導(dǎo)語：隧道千枚巖地施工管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文主要闡述了烏鞘嶺隧道千枚巖區(qū)地段快速掘進(jìn)技術(shù)，從地質(zhì)構(gòu)造、圍巖特性及地下水等方面論述了施工方法根據(jù)圍巖情況而動(dòng)態(tài)調(diào)整。

關(guān)鍵詞：隧道開挖千枚巖地質(zhì)施工技術(shù)

1.工程概況

1）地理位置及設(shè)計(jì)概況．

烏鞘嶺隧道位于既有蘭新線蘭武段打柴溝車站和龍溝車站之間,設(shè)計(jì)為兩座單線隧道，隧道長(zhǎng)20050m，隧道出口段線路位于半徑為1200m的曲線上，右、左緩和曲線伸入隧道分別為68.84m及127.29m，隧道其余地段均位于直線上，線間距40m，兩隧道線路縱坡相同，主要為11‰的單面下坡,右線隧道較左線隧道高0.56～0.73m，洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右線均采用鉆爆法施工，右線隧道先期開通。隧道輔助坑道共計(jì)15座，其中斜井13座，豎井1座，橫洞1座。

烏鞘嶺隧道地層巖性復(fù)雜,沉積巖、火成巖、變質(zhì)巖三大巖類均有,且以沉積巖為主，其分布主要受區(qū)域斷裂構(gòu)造控制。區(qū)內(nèi)出露地層主要有第四系、第三系、白堊系及三疊系沉積巖、志留系、奧陶系變質(zhì)巖，并伴有加里東晚期閃長(zhǎng)巖侵入體。隧道橫穿祁連褶皺系的北祁連伏地褶皺帶和走廊過渡帶兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元,褶皺及斷裂構(gòu)造發(fā)育。主要不良地質(zhì)為有害氣體，濕陷性黃土和膨脹巖。隧道預(yù)計(jì)最大涌水量為9621.81m3/d，施工中可能發(fā)生圍巖失穩(wěn)，突然涌水涌泥、巖爆、熱害、含煤層有害氣體等地質(zhì)災(zāi)害情況。

烏鞘嶺隧道九號(hào)斜井工程井口位于天?？h垛什鄉(xiāng)龍溝村石頭溝組，距312國(guó)道約12公里，洞口海拔高度2802米，常年氣候寒冷、干燥，冬季及夏季多雨雪，最高峰終年積雪，雨雪天氣約占40%，春季多風(fēng)沙，最大陣風(fēng)達(dá)到12級(jí)，歷史記錄最低氣溫為零下30度。

9號(hào)斜井井口標(biāo)高2804.20米，井底標(biāo)高2525.23米，高差278.97米，綜合坡度11.9%，扣除會(huì)車道的影響，坡度達(dá)到13.5%，為盡量減少F7斷層的影響，并便于在正洞開設(shè)兩個(gè)工作面，經(jīng)設(shè)計(jì)院勘查，斜井在1000米處轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向后斜井長(zhǎng)達(dá)2429米，是烏鞘嶺隧道無軌運(yùn)輸輔助導(dǎo)坑中坡度最大的斜井。

九號(hào)斜井所承擔(dān)的區(qū)段是控制工期的重點(diǎn)。

2.千枚巖圍巖的施工特點(diǎn)

1）地質(zhì)情況

志留系板巖、千枚巖，以千枚巖為主，局部夾有石英脈，板巖薄層狀，層理不明顯，節(jié)理、裂隙發(fā)育，呈薄層狀角礫結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，圍巖破碎，局部結(jié)構(gòu)面充填泥質(zhì)物，面光滑、穩(wěn)定性較差；千枚巖擠壓揉皺，松軟破碎，其中石英脈多呈酥碎砂狀，以散體結(jié)構(gòu)為主。開挖后呈碎石、角礫狀，掌子面無明顯滲水，但開挖后有少量滲漏水、滴狀及面狀洇濕，量小，拱部有掉塊、坍塌現(xiàn)象。圍巖整體穩(wěn)定性較差。為V級(jí)圍巖。

本隧道內(nèi)出露的千枚巖為黑色至深灰色，千枚狀構(gòu)造，顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)，含水量大時(shí)呈團(tuán)塊狀，含水量少時(shí)為鱗片狀，片理極其發(fā)育，層厚0.01~2mm，巖體破碎，片理面手感光滑，有絲絹光澤。千枚巖屬副變質(zhì)巖，主要由沉積巖中的頁巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成，主要礦物成分是絹云母、石英、綠泥石等，基本已全部重結(jié)晶，軟弱礦物成分較多，因而千枚巖硬度小，單軸抗壓強(qiáng)度小于1MPa，膨脹率13%，易風(fēng)化。擠壓緊密的炭質(zhì)千枚巖層具有弱透水性，是相對(duì)隔水層。

2）地下水的影響

地下水在隧道施工中，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性起著很大的作用，特別是在軟弱的千枚巖區(qū)，更是起著控制作用。

當(dāng)洞身開挖以千枚巖為主時(shí)，開始時(shí)無地下水，但不久即出現(xiàn)滴水，甚至股水。究其原因，可能是因?yàn)槎瓷淼那稁r層上部實(shí)為板巖層（由于受開挖斷面制約，開挖時(shí)未揭露出板巖層）。當(dāng)含有層狀板巖時(shí)，在構(gòu)造應(yīng)力作用下，巖性較硬的板巖中會(huì)產(chǎn)生不同方位的貫通裂隙，這樣就為地下水的流動(dòng)提供了通道。一般來說，圍巖洞身為千枚巖時(shí)，當(dāng)千枚巖厚度達(dá)到一定程度，洞身就不會(huì)出現(xiàn)地下水。在開挖時(shí)圍巖產(chǎn)生應(yīng)力重分布，發(fā)生變形，形成一定的松動(dòng)區(qū)與塑性區(qū)。當(dāng)塑性區(qū)的范圍還未接近板巖區(qū)時(shí)，而這個(gè)范圍不至于使板巖中的地下水由于滲透壓力而進(jìn)入塑性區(qū)時(shí)，這時(shí)洞身也不會(huì)出現(xiàn)地下水；當(dāng)初期支護(hù)不及時(shí)或初期支護(hù)強(qiáng)度不足以抵抗千枚巖的變形時(shí)，塑性區(qū)的范圍可能更大，當(dāng)超過這一范圍時(shí)，地下水進(jìn)入塑性區(qū)，而千枚巖遇水即軟化、泥化，使塑性區(qū)條件惡化，從而使塑性區(qū)加大，這又使地下水進(jìn)一步發(fā)育。塑性區(qū)的加大與地下水的發(fā)育互相促進(jìn)，互相作用，使圍巖穩(wěn)定性不斷變差，變形不斷發(fā)展，產(chǎn)生各種病害。這一點(diǎn)體現(xiàn)在千枚巖層中地下水的延遲性（即塑性區(qū)在地下水作用下逐漸加大的過程）。

烏鞘嶺隧道千枚巖區(qū)施工難度較大，主要受變質(zhì)巖的特征、地質(zhì)構(gòu)造、千枚巖的特性和地下水所決定。

3）隧道開挖

千枚巖與板巖互層區(qū)，軟硬巖相間，爆破藥量難以控制，一般來說，造成軟巖部分超挖、硬巖部分欠挖，導(dǎo)致開挖成型差。這使圍巖不同部位的應(yīng)力釋放產(chǎn)生差異，不利于應(yīng)力重分布，因而產(chǎn)生不同程度的掉塊或局部坍塌。

而在全千枚巖區(qū)，巖體相當(dāng)破碎，呈團(tuán)塊狀、片狀、鱗片狀。開挖時(shí)易于鉆進(jìn)，但易塌孔。千枚遇水后軟化似彈簧土，泥化呈淤泥狀。初期支護(hù)施作以后，圍巖變形大，且長(zhǎng)期不收斂，局部地段4~5個(gè)月不趨于穩(wěn)定；開挖時(shí)無地下水，后期地下水增大。這些病害都危及到隧道施工安全與結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3、進(jìn)行行之有效的各種技術(shù)參數(shù)的試驗(yàn)

一）、錨桿施工

1、打眼

通過施工現(xiàn)場(chǎng)記錄用50mm的鉆頭打1根3m長(zhǎng)的眼孔需要12分鐘，同樣的鉆頭4m的眼孔用時(shí)16分鐘，而6m的眼孔則需用時(shí)30~40分鐘，φ42的鋼管3m和4m深的眼孔進(jìn)管時(shí)間需用1~2分鐘，而6m的鋼管進(jìn)管時(shí)間則需用2~3分鐘，同時(shí)6m深的眼孔會(huì)有部分鋼管不能完全進(jìn)到圍巖里，外露部分長(zhǎng)約40~60cm，比例為10%。

2、注漿

注漿用的材料為甘肅永登水泥廠生產(chǎn)的祁連山牌普通硅酸鹽水泥P·032.5R水泥凈漿，水灰比W/C為0.6

3、張拉

3m長(zhǎng)的φ42錨管注漿前的錨桿拉拔力為10.2KN，為1.04t，注好漿后的拉拔力為1.04t，注漿后1天的錨管拉拔力為51KN為5.2t

4m長(zhǎng)的φ42錨管注漿前的錨桿拉拔力為12.2KN，為1.24t，注好漿的錨桿拉拔力為12.8KN為1.31t，注漿后1天的錨管拉拔力為51KN為5.2t

6m長(zhǎng)的φ42錨管注漿前的錨桿拉拔力為28.6KN，為2.92t，注好漿的錨桿拉拔力為29.1KN為2.97t，注漿后1天的錨管拉拔力為61.2KN為6.24t

3m長(zhǎng)的錨桿28天的拉拔力為6~8t。

4、2004年7月2日，在武威方向YDK175+375~+380段邊墻部位對(duì)φ32的錨管進(jìn)行試驗(yàn)，其中4m深的眼孔3根，6m深的眼孔3根，注漿漿液配比不變，36h后張拉，4m長(zhǎng)的錨管張拉力為81.6KN、81.6KN、96.9KN，平均拉拔力為86.7KN，為8.85t，6m長(zhǎng)的錨管張拉力為96.9KN、96.9KN、102.2KN，平均拉拔力為98.6KN，為10.1t。

通過以上試驗(yàn)結(jié)果并對(duì)比，得出：在施工中采用φ32的錨管可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

二）、水泥漿液的試配與配比選擇

1、2004年7月5日，對(duì)浙江金華華夏注漿材料有限公司生產(chǎn)的MC型注漿材料（以下簡(jiǎn)稱超細(xì)水泥）摻水玻璃雙液漿進(jìn)行試驗(yàn)試拌

試驗(yàn)條件：水玻璃S=30Be’，W/C=0.8，膠凝時(shí)間為24s，室溫17℃水溫11℃，雙液漿W/C=0.8C：S=1：1

試驗(yàn)結(jié)果：

時(shí)間

4h

6h

8h

1d

2d

3d

強(qiáng)度值（MPa)

1.8

4.8

6.3

8.5

7.0

12.5

超細(xì)水泥摻水玻璃：

時(shí)間

1d

2d

3d

強(qiáng)度值（MPa)

摻量0%

1.6

1.6

摻量2%

4.1

3.1

摻量3%

3.1

4.1

4.7

2、2004年7月9日，對(duì)普通水泥摻早強(qiáng)劑與超細(xì)水泥摻早強(qiáng)劑進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)試拌

試驗(yàn)條件：室溫17℃，水溫14℃，

試驗(yàn)結(jié)果：

普通水泥

超細(xì)水泥

摻量

3d強(qiáng)度值（MPa)

摻量

3d強(qiáng)度值MPa

水灰比0.8

水灰比0.6

水灰比0.8

水灰比0.6

0%

5.5

8.7

0%

10.3

11.0

2%

15.1

2%

13.2

13.1

4%

15.8

4%

10.1

17.0

6%

14.1

6%

7.0

17.5

8%

19.5

8%

7.0

10%

19.5

10%

13.2

15.6

3、2004年7月13日晚，對(duì)普通水泥不摻早強(qiáng)劑與超細(xì)水泥不摻早強(qiáng)劑進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：室溫15℃，水溫13℃，

試驗(yàn)結(jié)果：

普通水泥

超細(xì)水泥

時(shí)間（h)

強(qiáng)度值（MPa)

時(shí)間（h)

強(qiáng)度值（MPa)

水灰比0.8

水灰比0.6

水灰比0.8

水灰比0.6

12

0.07

0.16

12

0.07

0.13

24

0.68

1.53

24

0.81

1.6

36

2.01

3.37

36

1.58

3.29

48

3.2

2.84

48

2.4

4.4

4、2004年7月14日晚，對(duì)HSC漿液與硫鋁酸鹽水泥加外加劑注漿強(qiáng)度對(duì)比

試驗(yàn)條件：室溫15℃，水溫13℃，

試驗(yàn)結(jié)果：

HSC

硫鋁酸鹽水泥（摻3%外加劑）

時(shí)間（h)

強(qiáng)度值（MPa)

時(shí)間（h)

強(qiáng)度值（MPa)

水灰比0.8

水灰比0.6

水灰比0.8

水灰比0.6

2

無

無

2

無

0.13

4

1.025

0.28

4

2.1

4.5

8

1.5

4.6

8

3.51

6.04

1d

4.2

8.5

1d

8.57

11.55

3d

5.20

9.45

3d

8.21

12.5

5、2004年7月15日，HSC摻1%封口外加劑強(qiáng)度

試驗(yàn)條件：室溫17℃，水溫14℃，

試驗(yàn)結(jié)果：

時(shí)間

強(qiáng)度值（MPa)

水灰比0.8

水灰比0.6

2h

1.00

3.75

4h

2.93

7.05

8h

4.55

8.17

1d

4.61

9.82

6、2004年7月16日，各種水泥強(qiáng)度對(duì)比(試件放在養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)）

試驗(yàn)結(jié)果：

普通水泥

硫鋁酸鹽水泥

硫鋁酸鹽水泥

摻3%外加劑

硫鋁酸鹽水泥

HSC

時(shí)間

強(qiáng)度值（MPa)

水灰比0.6

水灰比0.8

水灰比0.8

水灰比0.7

水灰比0.8

8h

無

3.42

4.67

5.87

4.18

24h

2.16

4.83

6.34.

7.82

7.54

48h

3.28

4.68

6.56

9.17

6.82

72h

8.1

5.51

6.62

9.60

9.12

三）、錨索施工

2004年6月29日在B通道開始進(jìn)行錨索試驗(yàn)，由于風(fēng)鉆的原因直到2004年7月4日才開始錨索注漿工作，7月6日下午錨索注漿后33h進(jìn)行錨索張拉試驗(yàn)，錨索長(zhǎng)度為10m，錨固段長(zhǎng)度為2米，張拉結(jié)果為16.5t，千斤頂伸長(zhǎng)值為34mm。2004年7月8日上午進(jìn)行第2根錨索張拉試驗(yàn)此時(shí)為注漿后3天，錨索長(zhǎng)度為10m，錨固段長(zhǎng)度為2米，張拉結(jié)果為6.4t，千斤頂伸長(zhǎng)值為24mm試驗(yàn)失敗。與此同時(shí)，在正洞YDK175+380~+395段進(jìn)行錨索鉆孔施工，于7月8日打好6m長(zhǎng)的眼孔6根，進(jìn)行錨索下錨并注漿工作，其中錨固段長(zhǎng)度為2m，7月11日錨索注漿3天后進(jìn)行張拉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為錨索張拉力為15t，千斤頂伸長(zhǎng)值為18~24mm，試驗(yàn)成功，7月9日，在正洞YDK175+380~+400.5段又進(jìn)行錨索打眼施工,眼深為9m、10m長(zhǎng)度不等，7月12日進(jìn)行下錨注漿工作，其中錨固段分別為2m、3m、4m和5m，2004年7月15日進(jìn)行張拉，張拉結(jié)果為15t，千斤頂伸長(zhǎng)值為17~20mm，通過量測(cè)資料表明，在錨索張拉后，正洞變形明顯下降，于是把錨索當(dāng)作一種工序進(jìn)行推廣，截止到目前在武威方面已經(jīng)試做錨索45根，張拉30根，張拉力為3t，千斤頂伸長(zhǎng)值為9~14mm，蘭州方向在橫通道拱頂及對(duì)面邊墻施做錨索16根已張拉。

4、采取動(dòng)態(tài)的施工技術(shù)

主要施工方法

1、超前支護(hù)

超前支護(hù)采用Φ42小導(dǎo)管，拱部設(shè)置，間距25cm，數(shù)量40根。超前注漿排管長(zhǎng)度4.0m，排距控制在2.0m以內(nèi)（每循環(huán)進(jìn)行一次），注水泥水玻璃雙液漿。

2、開挖

開挖采用微震光面爆破，輔以人工風(fēng)鎬開挖。

3、扒碴、裝碴運(yùn)輸

上斷面松碴采用挖掘機(jī)扒碴，裝碴采用312挖裝機(jī)，自卸汽車運(yùn)輸。

4、初期支護(hù)

4.1立拱掛網(wǎng)

鋼支撐采用I20或H175型鋼；縱向連接鋼筋設(shè)雙層，為Φ22螺紋鋼筋，每層鋼筋的間距為1.0m；鋼筋網(wǎng)設(shè)雙層，采用Φ8圓鋼焊制而成，網(wǎng)片網(wǎng)格間距20х20cm。

鋼支撐架立后，立即打設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿為φ42管式注漿錨桿，長(zhǎng)度4.0m。每榀設(shè)置，上斷面8根，設(shè)置在拱腳和兩節(jié)拱架連接板0.5m范圍內(nèi)，下斷面4根，設(shè)置在拱腳上1.0~1.3m范圍內(nèi)。

4.2噴射混凝土

噴射混凝土采用鋼纖維混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)C20。9號(hào)斜井位于富水區(qū)，臨時(shí)支護(hù)噴砼中可添加微纖維，封閉毛洞壁、增加抗?jié)B性，改善施工作業(yè)環(huán)境，加快進(jìn)度。

4.3系統(tǒng)錨桿

系統(tǒng)錨桿采用φ32管式注漿錨桿，間距80х80cm，梅花形布置，拱部長(zhǎng)度4.0m，數(shù)量16根，邊墻長(zhǎng)度6.0m，數(shù)量10根。

管式注漿錨桿采用硫鋁酸鹽水泥漿液注漿，注漿結(jié)束36h以后安裝墊板和螺母。

4.4錨鎖

錨鎖采用單股鋼絞線，截面積15.2cm2，一般地段采用6m長(zhǎng)的錨索，特殊地段采用10m長(zhǎng)的錨索，錨固長(zhǎng)度3m，剩余為自由段長(zhǎng)度。注硫鋁酸鹽水泥注漿，注漿36小時(shí)以后開始張拉，初始預(yù)應(yīng)力3t。

4.5回填注漿

對(duì)噴射混凝土背后可能存在空洞的地方進(jìn)行注漿，注漿材料為普通水泥漿或水泥砂漿。位置為拱頂和上斷面拱腳。

5、仰拱施工

仰拱采用挖掘機(jī)開挖人工配合清碴，必要時(shí)進(jìn)行弱爆破。開挖前加臨時(shí)橫撐，開挖后及時(shí)進(jìn)行封閉，每次的開挖長(zhǎng)度2~3m。

5.結(jié)論

烏鞘嶺隧道在千枚巖地段施工，必須值得引起足夠重視的是地下水的影響，在硬巖中裂隙發(fā)育，地下水的影響相對(duì)較小，而在軟弱的千枚巖段，地下水的作用加速了圍巖的變形，使圍巖穩(wěn)定條件惡化，易形成大塌方。所以在開挖時(shí)如有地下水，就應(yīng)該及時(shí)施作初期支護(hù)，而且變化超過正常水平時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)，抑制圍巖的進(jìn)一步變形，防止發(fā)生坍塌。

2000m以上的長(zhǎng)斜井，在我國(guó)鐵路建設(shè)中是極少見的，無軌運(yùn)輸重車長(zhǎng)距離上坡所產(chǎn)生的廢煙、廢氣對(duì)坑道的污染會(huì)相當(dāng)嚴(yán)重，施工通風(fēng)應(yīng)能滿足規(guī)范允許的坑道施工環(huán)境要求。同時(shí)要有足夠的備用設(shè)備和零配件，以保證通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為保證施工的順利進(jìn)行，施工用電也至關(guān)重要，在斜井口需配置保證不停電的備用電源和足夠的功率；為加快施工進(jìn)度，斜井進(jìn)入正洞后，承擔(dān)多個(gè)工作面的運(yùn)輸任務(wù)，無軌運(yùn)輸?shù)膯诬嚨佬本當(dāng)嗝?，其運(yùn)輸能力明顯不足，需加強(qiáng)車輛調(diào)度系統(tǒng)管理。

由于烏鞘嶺隧道九號(hào)斜井采取了超強(qiáng)支護(hù)措施，靈活動(dòng)態(tài)的施工方法，形成了快速的施工生產(chǎn)能力，受到了總指揮部和鐵道部的賀電表揚(yáng)。