[发明专利]基于分区爆破的隧道洞口段预加固及开挖施工方法

说明书

本发明公开了一种基于分区爆破的隧道洞口段预加固及开挖施工方法，包括以下步骤：一、降水预加固；二、地表预加固：采用水泥土搅拌桩对所施工隧道洞口段中所述回填节段的地表进行加固；三、隧道开挖施工：由后向前分多个开挖节段进行开挖施工，过程如下：测量放线、钻爆施工、上部洞体开挖、中部洞体开挖和下部洞体开挖。本发明设计合理、施工简便且使用效果好，先通过降水预加固降低地下水位并对围岩进行有效加固，再利用水泥土搅拌桩对回填节段进行地表预加固后，采用三台阶同步开挖方式进行分区爆破开挖，能确保隧道开挖过程安全可靠，并能确保隧道结构稳定。

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种基于分区爆破的隧道洞口段预加固及开挖施工方法。

背景技术

铁路、公路隧道工程施工过程中，受地质条件限制及影响，在施工过程中给施工造成较大影响和困难。在隧道施工过程中经常会遇到各种不同岩层组合出现，例如围岩软弱不匀、浅埋偏压地貌、土石混合地质等情况层出不穷。对于穿越土石混合地层(也称为土石界面地质或土石分界地层)的隧道进行开挖及支护时，目前国内主要采取超前管棚注浆支护、超前水平旋喷桩加固、控制开挖进尺等方法进行处理，以防止隧道施工过程中出现坍塌或变形。

黄土是指在地质时代中的第四纪期间，以风力搬运的黄色粉土沉积物。黄土湿陷系数(也称湿陷系数)是评价黄土湿陷性的力学参数，指在一定压力下，黄土湿陷系数是指土样浸水前后高度之差与土样原始高度之比。黄土湿陷系数是评价黄土湿陷性的一个重要指标，可由试验直接测出。根据黄土湿陷系数不同，黄土分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。通过地质勘察发现，黄土地层中黄土的类型较多，根据材质划分为砂质黄土(也称为砂黄土)、黏性黄土(也称为粘性黄土或粘黄土)等，其中砂黄土是指含有细砂颗粒量较高一般大于30％的黄土且其实质是黄土状土，粘黄土是指细砂含量小于15％、粘土含量大于25％的黄土且其实质是黄土状土；根据所处地质年代分为新黄土和老黄土，老黄土是地质年代属于早、中更新世的黄土且其一般不具有湿陷性，新黄土指比老黄土年代晚的黄土，新黄土结构疏松且一般具有湿陷性，新黄土多分布于老黄土之上。

黄土地层具有多孔性、垂直节理发育、透水性强和沉陷性等地质特性。位于黄土地区的土石分界地层中，隧道开挖断面的上部为黄土且其下部为岩石，土石界面(也称土石分界面)高低起伏呈线形变化，上部土体主要以粉质黏土或黏质老黄土为主，下部为强风化或弱风化的泥岩砂岩互层；地下水以空隙水、裂隙水形式在存在岩土中，水量分布不均，并且隧道所处施工区域内可能存在泥岩高岭土化膨胀性土。实际进行隧道施工时，土石分界地层内隧道开挖施工主要存在以下问题：第一、岩土软硬不均，下部风化岩层爆破易造成上部土层坍塌，对施工人员形成危害；第二、地下水富集区对土石分界地层进行进一步软化，造成围岩变形严重；第三、膨胀土遇水膨胀造成初支变形开裂，严重情况下会造成初支拱架的变形结构破坏失去支护能力。尤其是对处于土石分界地层内且隧道上部覆盖层大于隧道洞跨(即隧道开挖宽度)2.5倍的深埋隧道进行施工时，由于深埋隧道的埋深大，并且当隧道开挖断面大于100m²时，洞体周侧岩土层变形大，开挖施工难度非常大。由于土石界面(即土石分界面)高底起伏变化，存在于上台阶、中台阶或下台阶上，最不利情况为土石界面位于上台阶上，爆破时爆破区距拱顶及掌子面最近，最容易造成拱顶及掌子面坍塌。

由上述内容可知，土石分界地层是一种上土下岩、软硬不均的特殊地质情况，有着较为特殊的形成机理。在土石分界的地质条件中进行隧道施工时，除了土石分界处地层的岩性与分布各不相同外，往往还存在地下水富集区对于土石分界地层的进一步软化作用以及隧道的浅埋与偏压等因素，围岩会出现变形，应力也会不均衡。一旦实际施工中没有采用与之对应的合理支护措施或是开挖方法不当，就很有可能造成掌子面前方支护变形，甚至塌陷的严重后果。