6.4、鉆爆法隧道襯砌設計6、4。2、本條對山嶺隧道平面設計、縱斷面設計提出了具體要求,平面上宜直線布置,便于運輸 測量監(jiān)控、特殊條件下亦可選用折線形隧道,折線轉(zhuǎn)角處半徑與油氣管道曲率半徑相適應.縱斷面上宜采用人字坡 便于自流排水,6、4.3,本條對山嶺隧道的洞口布置提出了基本要求.6,4。5。本條對明洞的設置條件作了基本規(guī)定.隧道設計時應避免對洞口山體進行大量刷坡.6.4、6。隧道襯砌因其通過的地質(zhì)情況,結(jié)構(gòu)受力 計算方法以及施工條件的不同、有整體式襯砌,模筑混凝土襯砌及砌體襯砌 復合式襯砌。內(nèi),外兩層襯砌組合而成,噴錨襯砌,噴射混凝土,錨桿噴射混凝土.錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、噴鋼纖混凝土襯砌.等形式。噴錨襯砌是一種加固圍巖,抑制圍巖變形.積極利用圍巖自承能力的襯砌形式 它具有支護及時.柔性 密貼等特點 在受力條件上比模筑襯砌優(yōu)越,對加快施工進度、節(jié)約勞動力及原材料.降低工程成本等效果顯著。亦能保證管道運營安全。應予推廣,復合式襯砌由內(nèi) 外兩層襯砌組合而成.通常稱第一層襯砌為初期支護 第二層襯砌叫作二次襯砌,復合式襯砌內(nèi)外兩層組合的方式有噴錨與整體,裝配與整體。整體與整體等多種,一般常用的是噴錨與整體的組合,其優(yōu)點是能充分發(fā)揮圍巖的自承能力,調(diào)整襯砌受力狀態(tài),充分利用襯砌材料的抗壓強度.從而提高襯砌的承載力,整體襯砌是一次襯砌成形的傳統(tǒng)形式 施工進度較慢 小斷面隧道較少采用,襯砌結(jié)構(gòu)類型及強度,必須能長期隨圍巖壓力等承受作用,而圍巖壓力等作用又與圍巖級別.水文地質(zhì) 埋藏深度、結(jié)構(gòu)工作特點等有關,因此在選定時、可根據(jù)這些情況考慮,此外.襯砌結(jié)構(gòu)的選用還受施工方法、施工措施等影響 因而還需考慮施工條件等.鑒于地下結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)極為復雜 影響因素較多、單憑理論計算還不能完全反映實際情況.為了使理論與實踐相結(jié)合,選用的襯砌更為合理.除根據(jù)以上因素外。還要通過工程類比和結(jié)構(gòu)計算并適當考慮工程誤差確定.6。4 7,對設置襯砌時應符合的各項規(guī)定說明如下,1 隧道邊墻一般有直墻和曲墻兩種。一般隧道開挖后。圍巖均會產(chǎn)生較大側(cè)壓力導致襯砌破壞,故一般跨度不大于5m的小斷面隧道可采用直墻式襯砌、大斷面隧道應采用曲墻式襯砌、尤其嚴寒地區(qū)洞口若不封閉 洞內(nèi)冬季會冰凍,會產(chǎn)生較大側(cè)壓力導致襯砌破壞、更應采用曲墻式襯砌,2、當隧道外側(cè)山體覆蓋較薄 地面橫坡較陡、或因洞身巖層構(gòu)造不利 層面傾斜較陡。有順層滑動可能以及施工坍塌產(chǎn)生圍巖松動.滑移等情況而引起明顯偏壓的地段。為了承受不對稱的圍巖壓力。應采用偏壓襯砌.但也要注意當隧道外側(cè)覆蓋厚度過薄,會出現(xiàn)外側(cè)土坡失穩(wěn),因而尚應采取設置地面錨桿??够瑯痘蛑踅Y(jié)構(gòu)等措施.3.洞口地段.一般埋藏較淺 地質(zhì)條件較差,受自然條件,雨水侵蝕。冰凍破壞。氣候變化等.影響。土質(zhì)較松散 巖石易風化 穩(wěn)定性較洞內(nèi)差、襯砌受力情況也較洞內(nèi)不利.如有時受仰坡方向的縱向推力等.因此 洞口應設置洞口段襯砌或加強襯砌,根據(jù)經(jīng)驗,本款規(guī)定應不小于5m的加強襯砌長度.4。在洞身地質(zhì)條件變化地段。圍巖壓力是不相同的.為了避免強度不夠,引起襯砌變形 圍巖較差地段的襯砌及偏壓襯砌段應適當向圍巖較好的地段延伸 以起過渡作用,延伸長度應視圍巖的具體變化情況而定。一般延伸5m.10m。5,在洞身有明顯的硬軟地層分界處。由于地基承載力相差很大,前后襯砌下沉不勻、往往造成破裂、甚至引起其他病害、此時應設置變形縫.6,4 8.采用復合式襯砌有關規(guī)定說明如下 1。復合式襯砌的初期支護多采用噴錨支護,具有支護及時,柔性的特點,并在一定程度上能夠隨著圍巖的變形而變形 力求最大限度地發(fā)揮圍巖的自承能力 根據(jù)圍巖條件。復合襯砌初期支護采用噴射混凝土、錨桿,鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護形式單一或組合施工,并通過監(jiān)控量測手段,確定圍巖已基本趨于穩(wěn)定,再進行內(nèi)層二次襯砌施工、二次襯砌可采用模筑混凝土,噴錨 拼裝式襯砌等,2.影響二次襯砌受力狀態(tài)的因素很多、除圍巖級別,地下水狀態(tài).隧道埋置深度外 還有初期支護的剛度.隧道斷面大小及其施作時間等,故設計二次襯砌時.應綜合考慮各種因素的影響,以期達到經(jīng)濟安全的目的 目前,多采用工程類比法設計二次襯砌,管道隧道均屬于小斷面隧道 若采用模筑混凝土二次襯砌工法 則襯砌臺車與出渣設備在空間上產(chǎn)生矛盾,初支和二襯不能同步施工,因而絕大多數(shù)隧道都是待貫通之后才施作二次襯砌、造成較差的圍巖段施工中存在不安全因素、也造成隧道工期的延長,若二襯也采用噴錨支護就可解決上述兩項缺點、二次襯砌一般受力比較均勻。為防止應力集中.故宜采用連接圓順 等厚的馬蹄形斷面 3。表6.4.8中復合襯砌的設計參數(shù) 是根據(jù)國外鐵路 公路,隧道支護參數(shù)統(tǒng)計。類比.結(jié)合專家意見進行調(diào)研修改的、其中.級圍巖當初期支護設置格柵鋼架時 要求噴射混凝土必須覆蓋鋼架、6 4,9,采用噴錨襯砌時.應符合的規(guī)定說明如下,1、為確保襯砌不侵入隧道限界,噴錨襯砌內(nèi)輪廓除考慮按整體式襯砌內(nèi)輪廓要求放大外,尚應預留100m作為補強之用、噴錨襯砌是柔性結(jié)構(gòu)。厚度較薄、并與圍巖共同作用,考慮必要時需要加強噴錨襯砌 以防內(nèi)輪廓尺寸不夠 因此預留,3,鑒于有水時不利于噴層與圍巖的緊密黏結(jié),難以充分發(fā)揮噴射混凝土的應有作用。甚至給噴射混凝土帶來不利影響、洞內(nèi)地下水具有侵蝕性的地段,易造成襯砌腐蝕 由于噴層厚度較薄,受腐蝕的危害甚于模筑混凝土襯砌。巖性較軟的巖層。開挖后易風化潮解,親水性很強。遇水泥化、軟化 膨脹.圍巖壓力大.嚴重者發(fā)生淤泥狀流淌。穩(wěn)定性較差。噴錨襯砌難以阻止其迅速的變形 噴錨襯砌抗凍脹性能較差、嚴寒和寒冷地區(qū)。土壤凍脹導致襯砌破壞的危害甚于模筑混凝土襯砌.故大面積淋水地段.能造成腐蝕及膨脹性地層的地段,嚴寒和寒冷地區(qū)不封閉的隧道,不宜采用噴錨襯砌.對于地下水不發(fā)育的,級圍巖的山嶺隧道、通過現(xiàn)場試驗確定相關參數(shù)后。也可采用錨噴支護,6 4,10 采用整體式襯砌時 應符合的規(guī)定說明如下、1。隧道洞口地段,如線路中線與地形等高線斜交.地質(zhì)條件較好 為降低邊 仰坡開挖高度、選用斜交洞門時、可采用斜交襯砌 但因斜交地段地層壓力和襯砌受力較為復雜、施工也較困難.特別是在松軟地層地段,易出現(xiàn)病害或造成事故,為了安全.故制定本條規(guī)定.2,在嚴寒地區(qū) 冬春季節(jié),洞內(nèi)氣溫常在0,以下,襯砌圬工由于冷縮影響、往往導致開裂、變形,為了結(jié)構(gòu)安全.應設置伸縮縫、伸縮縫的間距可視隧道長度及其所在地區(qū)最冷月平均氣溫等條件確定。一般是洞口段短些 洞內(nèi)長些,氣溫影響較大者短些、影響較小者長些,設計時,可根據(jù)具體情況.每隔10m。30m設置一道、如圍巖較好。又無地下水時。亦可采用貫通拱圈與邊墻的工作,當洞身通過地質(zhì)不良地段或傍山有偏壓地段、一般地壓較大,且不對稱,如不及時壓注水泥砂漿填充襯砌與圍巖間空隙 襯砌更易變形.因此要求向襯砌背后進行斷面壓注水泥砂漿或其他漿液、既填充空隙 改善襯砌受力狀態(tài) 又加固圍巖,減少圍巖壓力.有地下水地段設有引水設備時.應采取措施,防止堵塞通路,但不能因為需引水而不壓漿。襯砌是主體結(jié)構(gòu),防止襯砌變形是主要的。如壓漿后排水通路堵塞造成滲漏時 可再鉆孔。鑿槽或埋管引水 或采取其他防水措施、6 4、11、初期支護應具有合理的剛度,并且在一定程度能夠隨著圍巖的變形而變形、由于噴射混凝土 錨桿、鋼筋網(wǎng),鋼架或格柵鋼架等的不同作用各不相同 初期支護的剛度與其組成成分有著密切關系、故在設計時應根據(jù)工程地質(zhì)。水文地質(zhì)。隧道斷面尺寸,覆蓋層厚度等條件選擇初期支護的組成部分,確定初期支護的剛度時。除上述因素外,還應考慮地面及地下建筑物的種類及狀態(tài)和使用目的等因素,當隧道所在地區(qū)對地表下沉量有嚴格限制時,在此條件下,應進行現(xiàn)場試驗,防止單憑經(jīng)驗處理問題.在松散、膠結(jié)性差的地層中可加設鋼筋網(wǎng),以提高噴射混凝土與受噴巖面間的黏結(jié)力.防止噴層剝落和松散介質(zhì)坍塌。在不同地質(zhì)條件下 使用錨桿的目的也不同、在節(jié)理 層理發(fā)達的硬巖和中硬巖中 因巖石本身強度高。一般會出現(xiàn)因開挖而使圍巖中的應力超過圍巖本身強度的現(xiàn)象,在此條件下.采用錨桿的目的在于抑制巖塊間的滑動。以保持圍巖穩(wěn)定,在軟巖或土砂地層中。往往因開挖而使圍巖中的應力超過本身的強度,從而在圍巖中出現(xiàn)塑性區(qū).使凈空變形加大 此時采用錨桿的目的在于限制塑性區(qū)的產(chǎn)生及發(fā)展。盡力減少圍巖變形.以達到穩(wěn)定圍巖的目的 錨桿類型可分為端頭錨固型.全長黏結(jié)型,摩擦型.預應力錨桿等。6。4、12,對隧道的仰供襯砌提出了具體要求,6,4。13、鉆爆法隧道設計,施工應遵循新奧法 是集設計。施工,勘察于一體的動態(tài)控制過程。通過施工勘察與監(jiān)測,可以調(diào)整設計支護參數(shù)和施工工藝、提前發(fā)現(xiàn)工程難點、疑點。及早進行技術(shù)準備 實現(xiàn)安全,可靠.經(jīng)濟。合理的目標.因此工程設計中應針對具體的條件提出具體的施工勘察和監(jiān)測要求,6 4 19,隧道設計應采取下列施工防水,防坍塌措施,保證施工安全 1.留設隔水巖柱,一般山嶺鉆爆法隧道 其頂面上覆蓋層厚度一般不小于隧道橫斷面高度的2.5倍 3倍。但對于水下隧道來講,在隧道開挖后,受打眼.爆破作業(yè)的擾動 圍巖原始狀態(tài)遭到破壞.從而產(chǎn)生導水裂隙或使原裂隙擴張導通,因此必須留設隔水巖柱將河水與開挖隧道、隔離,防止涌水,保證施工安全。隔水巖柱,實際就是隧道埋深、參照煤礦水下采煤方法在采區(qū)頂部保留一定厚度的隔水巖柱.以防止水的侵入。一般而言隧道頂與水體之間的豎向距離不宜小于隧道橫斷面高度的10倍,防水侵入的保護巖層厚度按下式計算。式中,S。保護巖層的厚度,m,H、水頭高度。m 水深與隧道最小埋深之和。要考慮頂部基巖的預水裂隙長度 B,隧道毛斷面寬度,m、F,圍巖的強度系數(shù)、C。風化層厚度,m,2、超前探水、對于有的圍巖、裂隙發(fā)育或巖石破碎.甚至有斷裂帶,斷裂帶中充填物膠結(jié)不實等情況下、僅留隔水巖柱隔水是不夠的.為了確保開挖面安全作業(yè),設計應要求施工中必須向開挖面打超前鉆,探水.探水鉆孔有兩個作用、一是根據(jù)探水鉆孔所取巖芯判斷開挖前方巖石破碎情況、裂隙發(fā)育程度等,因為工程地質(zhì)勘察時、按詳勘要求一般鉆孔孔距50m 孔與孔之間地層情況很難預測.二是根據(jù)鉆孔流水流量判斷裂隙是否導水,是否與河水有水力聯(lián)系 一般流水是清水而不帶黃色說明與河水無水力聯(lián)系、從而確定是否需要采取進一步措施治水。一般超前探水鉆孔3個,鉆孔口應有防突水措施.在孔口安裝閘門、一個鉆孔取巖芯,兩個不取巖芯,鉆孔長度一般30m 50m,孔徑為100m,150mm 鉆孔搭接長度10m,鉆孔外插角一般3.3 超前地質(zhì)預報.根據(jù)圍巖狀況,對于斷層較多、圍巖破碎的隧道除了要進行超前鉆孔探水外.還應進行超前地質(zhì)預報.采用CQTC.1,TSP等超前地質(zhì)預報探測系統(tǒng),可以探測前方各種地質(zhì)構(gòu)造、破碎帶 充水帶.與超前探水結(jié)合、有效地避免大量涌水。坍塌等地質(zhì)災害,確保施工安全,4。注漿,堵水。超前鉆探發(fā)現(xiàn)開挖面前方出現(xiàn)異常狀況,圍巖破碎、裂隙發(fā)育,鉆孔水流量大。不采取措施施工難度較大且存在較大風險時 應立即停止開挖作業(yè),采取注漿措施 堵水.以防止大量的裂隙水涌人開挖面。