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大断面隧道设计及施工doc

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  石家庄铁道大学四方学院毕业设计 公路大断面紫荆山隧道大庆端 设计与施工 The Design and Construction of Large Section Zijingshan Tunnel Road Daqing 2013届 土木工程 系 专 业 土木工程 学 号 20095652 学生姓名 王许林 指导教师 李宏建 王君来 完成日期 2013年 5月30日 毕业设计成绩单 学生姓名 王许林 学号 20095652 班级 方0901-11 专业 土木工程 毕业论文题目 公路大断面紫荆山隧道大庆端设计与施工 指导教师姓名 李宏建 指导教师姓名 王君来 指导教师职称 讲师 指导教师职称 教授 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人 得分 答辩小组组长 得分 成绩: 院长(主任) 签字: 年 月 日 毕业设计任务书 题目 公路大断面紫荆山隧道大庆端设计与施工 专 业 土木工程 班 级 方0901-11 学生姓名 王许林 承担指导任务单位 四方学院土木工程系 导师 姓名 王君来 导师 职称 教授 一、设计内容 对紫荆山隧道大庆端公路大断面隧道进行设计,内容主要有: 1.设计依据及原则:包括设计应遵循的主要规范规程及主要原则。 2.工程概况:包括本工程的设计范围、工程地质、水文地质概述;地面环境等。 3.隧道结构选型及构造要求:包括结构选型、衬砌的构造要求、支护和衬砌设计参数的确定。 4.隧道衬砌结构设计检算:包括计算荷载的确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算。 5.施工方法设计:包括主要施工方法确定、主要施工工艺方法、施工组织、指导性施工进度、施工监控量测等。 应附图:地质纵剖面图,支护结构设计横剖面图、衬砌结构横剖面图、防水结构图,监控量测测点布置图等。 6.外文翻译,隧道及地下工程方向设计施工相关文献翻译。 二、基本要求 1.通过文献、资料阅读,掌握隧道结构设计方法;2.熟悉衬砌结构设计计算方法。 3.掌握隧道施工方法及施工组织设计。 三、主要技术指标 另见具体资料。 四、应收集的资料及参考文献 1.《隧道设计规范》; 2.《隧道施工规范》; 3.《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89); 4.《隧道设计手册》; 5.《隧道施工手册》; 五、进度计划 第1~2周 熟悉资料,查阅文献,外文翻译; 第3周 写出开题报告;第4~5周 隧道衬砌结构设计验算; 第6~10周 施工方法设计及防水设计;第11~12周 文整,答辩。 教研组主任签字 时间 年 月 日 毕业设计开题报告 题目 公路大断面紫荆山隧道大庆端设计与施工 学生姓名 王许林 学号 20095652 班级 方0901-11 专业 土木工程 一、研究背景 在我国山地、丘陵和高原很多,其面积约占国土总面积的69%。由于交通的滞后发展,而严重的影响了经济的发展。过去在山区或半山区修筑的公路,由于公路建设资金严重短缺,多以盘山公路为主。这种公路不仅等级低,绕行里程长,占用可耕的多,而且能耗高,安全隐患多,生态环境破坏大等。因而造成巨大的经济损失和人员大量伤亡。但随着经济的迅速发展,公路隧道不仅仅在山区和丘陵地区的建设,而且在江河跨越方案中,对公路隧道的选着也日益重视。公路隧道的修建不但能克服地理地形障碍,还能提高行车安全和舒适性,降低运输成本和节约时间,对恶劣气候时行车几乎不受影响。 二、国内外研究现状 近代隧道兴起于运河时代,从十七世纪起,欧洲陆续修建了许多运河隧道。其中法国兰葵达克(Languedoc)运河隧道,建于1666-1681年,长157m,它可能是最早用火药开凿的公路隧道。 隧道施工与地面建筑物施工不同,其空间有限,工作面狭小、光线暗,劳动条件差,给施工增加了难度。隧道工程的施工条件是极其恶劣的,体力劳动强度和施工难度都相当大。为了减轻劳动强度,人们曾经做过不懈的努力。古代一直使用“火焚法”和铁锤刚钎等原始工具进行开挖,直到上个世纪才开始采用钻爆作业,至今大约有一百多年的历史。在此期间发明了凿岩机,经过将近一个世纪的努力,发展成为今天的高效率大型多头摇臂钻机,工人们已经从繁重的体力劳动中解放出来了。和钻爆开挖法完全不同的还有两种机械开挖法。一种是用于软土地层的盾构机,发明于1818年,经过一个半世纪的不断改进,已经从手工开挖式盾构发展到机械化乃至全机械化盾构,能广泛用于各种复杂的软土地层的掘进。另一种是用于中等坚硬岩石地层的岩石隧道掘进机。 近十年来,我国已修建了不少长隧道、特长隧道以及隧道群,隧道占公路里程比重也不断增大。同时隧道建设技术不断提高和成熟。据统计公路隧道1790、总长度近1千公里。尤其是在2007年元月20日,由我国自行设计、自行施工、自行运营的秦岭终南山隧道通车,18.02公里的秦岭终南山隧道不仅长度一举超越了日本的关越隧道,相比单洞双向行驶的莱尔多隧道,它更是世界上第一个采用双洞单向行驶的特长隧道,双洞全长36.04公里,建设规模居世界第一。 但总体上来说,我国公路隧道建设技术还适应不了我国隧道发展的要求,与国外先进水平相比,还存在很大差距。 三、所要进行的主要工作和所采用的方法、手段 1、收集与本工程有关的规范资料 2、收集工程地质、水文地质、气象资料 3、绘制工程地质纵断面图,确定埋深 4、确定隧道的几何形状和尺寸 5、隧道衬砌和洞门形式设计 6、隧道衬砌结构设计分析与计算 7、确定施工方法 四、预期达到的结果 1、 时间 年 月 日 摘 要 随着我国高等级公路的发展,大断面公路隧道将成为高等级公路隧道的重要组成部分。我国大断面公路隧道是随着我国经济实力的提升而迅猛发展的,它适应于高等级公路,提高公路的通行能力,缓解因交通量剧增而带来的通行压力。由于我国大断面公路隧道发展较迟,在设计、施工及其关键技术、围岩稳定性研究等许多方面同一些发达国家有不小的差距。 本文深入的分析,进行了专门的研究,从理论上和实践上剖析了我国的应用和发展历程 Abstract With the development of high grade highway, the big section highway tunnel will become an important part of highway tunnel. Large section highway tunnel in China is as Chinas economic strength to enhance the rapid development, it is suitable for high grade road, improve road capacity, ease the traffic pressure caused by the increase of traffic. Because of the large section highway tunnel in China is relatively late in development, many aspects of design, construction and its key technology, research on surrounding rock stability, with some developed countries are not a small gap. Deeply studied the design and construction of large section tunnel in this paper, the study on Chinas commonly used new Austrian tunneling method, reviewed the NATM construction principles, principles of construction, excavation method and so on, back into the expansion of the new Austrian tunneling method related to the content of the discussion, in theory on the practice and analysis of the new Austrian Tunneling Method in the application and development of our country, and combining the knowledge of problem solving strategies are given. In addition, briefly introduces the other methods used in the excavation of tunnel in our country, to understand its basic principle. Therefore, through this article to a profound understanding of Chinas current tunnel construction technology, master the basic content of each method, further study for the future work to lay the foundation. Keywords: Large section tunnel Construction methodNATM 目 录 第1章 绪论 3 1.1 引言 1 1.2 国内外研究现状 1 1.3 隧道施工问题 2 1.4 本设计的研究内容 9 第2章 工程概况 10 2.1 工程位置及范围 10 2.2 工程地质条件 10 2.3 水文地质条件 12 2.4 地震及区域稳定性 12 2.5 不良地质现象 13 2.6 隧道围岩类别分段划分及工程特性 13 第3章 衬砌结构设计与验算 17 3.1 工程概况和工况选择 17 3.2 ANSYS、FLAC3D介绍 18 3.2.1 ANSYS介绍 18 3.2.2 FLAC3D介绍 20 3.3 计算模型和计算参数 21 3.4 模拟结果及分析 22 3.4.1 模拟结果 22 3.4.2 模拟结果分析 26 第4章 施工方案 27 4.1 总体施工方案 27 4.2 洞口施工 28 4.3 洞身施工 29 4.3.1 Ⅱ类围岩开挖方案 29 4.3.2 Ⅲ、IV类围岩开挖方案 30 4.3.3 Ⅴ级围岩开挖方案 31 4.4 隧道爆破设计 32 4.4.1 Ⅲ级围岩段爆破设计 32 4.4.2 Ⅳ级围岩段爆破设计 36 4.4.3 爆破施工管理 39 第5章 施工工艺 42 5.1 超前支护 42 5.1.1 长管棚 42 5.1.2 超前注浆小导管 43 5.2 初期支护施工 45 5.2.1 锚杆 45 5.2.2 钢筋网安装 46 5.2.3 钢拱架安装 46 5.2.4 喷射混凝土 47 5.3 二次衬砌施工 48 5.3.1 二次衬砌混凝土 49 5.3.2 模板台车 50 5.3.3 防水混凝土灌注 50 5.4 隧道防排水设计 53 5.4.1 洞口防排水 53 5.4.2 洞内防排水 53 5.4.3 洞外防排水 56 第6章 现场监控量测 57 6.1 监测的意义及目的 57 6.1.1 意义 57 6.1.2 目的 57 6.2 监测内容 58 6.3 监控量测的主要设备 58 6.4 监控量测方法 58 6.4.1 测点布置及量测频率 59 6.4.2 数据整理 59 6.4.3 信息反馈 60 6.5 量测管理 61 第7章 结语 62 7.1 设计总结 62 7.2 存在的问题 62 参考文献 63 致谢 65 附 录 65 第1章 绪论 1.1 引言 随着我国社会、经济的高速发展,全社会客运量和货运量都成倍增长。公路在长途运输中占有明显优势。高速公路是现代化道路的重要标志,隧道是关键的基础工程。为解决这些问题,近年来我国在不断的修建公路大断面隧道。我国虽然已是隧道大国,但还不是隧道科技强国,在隧道及地下工程建设领域还存在一些待解决的问题。在我国具有国际影响的独创的隧道理论还没有形成,很多理论都是引进的,如新奥法理论、浅埋暗挖理论等。虽然我们对这些理论运用得很好,也丰富和发展了这些理论,但不是我国独创的。我国已处于隧道的大发展时期,如何按照科学发展观的要求,解决好可持续发展的问题,建设节能型、环保型的隧道,以确保我国隧道的良性、健康、有序的发展是急需解决的问题。同时本着创新的精神,结合经济的发展,隧道的研究也将会更上一层楼。由此可见,隧道的研究将对我国整体的技术水平有着重大的意义。 1.2 国内外研究现状 高速公路隧道大部分属于大断面隧道,所以开挖时应尽量采用机械化施工,以减少人工劳动强度,加快施工速度。国内外铁路隧道施工机械的发展正朝着高速、高精的数控技术发展。 施工方面,目前各国的高速公路隧道施工方法仍以新奥法为主,以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段,通过监测控制围岩的变形,充分发挥围岩的自承能力的施工方法。新奥法是按照实际观察到的围岩动态的各项指标来指导开挖隧道的方法。新奥法施工原则可以归纳为充分保护,并利用围岩的自承能力;施工要点为控制爆破、锚杆支护和施工监测;实施方法为设计、施工和监测三位一体的动态模式。 隧道的开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一。断面开挖方法的选择要注重开挖方法的多样性。如开挖隧道的TBM法、矿山法、不是相互排斥的方法,而是可以选择、可以组合的方法。在选择开挖方法时,一方面要考虑隧道围岩地质条件,一方面要考虑坑道范围内岩石的坚硬程度。高速公路隧道大部分属于大断面隧道,为了减少开挖对围岩的扰动,充分“保护围岩”,同时减小震动,保护隧道附近对震动有较高要求的结构物,选择部分地质件适宜的隧道采用铣挖机、单臂掘进机、液压破碎机、大功率挖掘机等装备开挖,将是一个发展趋势,这种采用非钻爆法施工的工法会逐步完善。同时,国内外公路隧道施工机械的发展正朝着高速、高精的数控技术发展。 国内外隧道施工都充分证实了在高速公路隧道施工阶段,重视和加强地质超前预报,最大限度地利用地质理论和先进的地质超前预报技术,预测开挖工作面前方的地质情况,对于安全施工、提高工效、缩短施工周期、避免事故损失都具有重要意义。随着科学技术的发展,超前地质预报的仪器设备也更加精密。国内外隧道施工期地质超前预报技术方法的发展主要经历了地质法阶段、超前平行导坑阶段、超前水平钻孔阶段、无力探测法阶段。目前应用较广的有TSP超前预报,和地质雷达超前预报法。TSP超前预报系统具有适用范围广、预报距离长、时间短、对施工干扰小、费用少等优点,可推断断层和岩石破碎带等不良地质体的位置、规模、产状、及岩石动力参数。地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩的不良地质探测效果最好,在超前平行导坑中应用可对正洞起到超前地质预报的作用。 1.3 隧道施工问题 (1)开挖是隧道施工的关键环节 开挖工作是隧道施工的第一流程,开挖工作的优越与否直接影响隧道施工的安全、质量和效益。提高光面爆破,可以减少对围岩的扰动,减少应力集中,有利于自然拱的形成,便于喷砼工艺,因此,隧道施工安全的关键是开挖。 良好的光面爆破可以减少超欠挖,这样减少了欠挖处理及超挖石碴的外运量,减少衬砌时砼的回填量,而且砼衬砌厚度均匀减少了应力集中。因此,开挖也是影响隧道衬砌工作的关键。 开挖是关键,还在于开挖决定了隧道的初始几何尺寸,表明了隧道的贯通及误差,一旦开挖出了问题,其它后续工序也就失去了意义,再次施工安全就很可能得不到保障。 爆破参数设计是光爆控制的重要环节,在综合考虑围岩状况、岩石整体性好坏、节理裂隙发育规律等多方面因素后,精确合理地设计爆破参数,降低工料消耗,提高光面爆破效果。 钻孔设备的选择对光面爆破的效果起重要作用,目前隧道开挖绝大多数采用人工开挖的方式,因此,操作手的经验及熟练程度至关重要。很多项目在施工隧道前对操作人员进行了岗前培训,操作人员在施钻时抓住了“准、平、齐、直”的要点,同时对风枪进行了适当改进,改造了部分风枪油壶的位置,减少了钻爆形成的台阶,拱顶和边墙光面爆破均达到了很高的水准。 (2)防坍是保证隧道施工安全的最重要环节 开挖中最重要的一点就是防塌。山岭隧道施工绝大部分采用传统的施工方法——钻爆法施工。钻爆法施工的山岭隧道由于受炸药爆破震动的影响,破坏了原有岩体内部受力平衡,当施工方法不当或支护不力时,围岩就会因失稳而发生坍塌。因此,采用钻爆法施工的山岭隧道如何防止坍方是确保隧道施工安全和工程质量的关键。 ①易发生坍方的地形和部位 在山区修建隧道,由于隧道穿越地区工程地质和水文地质的复杂多变,决定了山岭隧道的施工难度。下面列举容易发生塌方的地段和部位,以便遇到类似情况时能引起高度重视。 1)容易发生塌方的地段 a埋深较浅地段:山岭隧道埋深在200m以下时,围岩由于受到地表水侵蚀,岩层风化严重,如施工不当易发生塌方。 b断层破碎带及断层影响带:因其围岩破碎,自稳能力差,并含有大量的填充物和地下水,如施工不当易发生塌方。 c岩层接触带:因其岩层不同,且大多伴有小构造,如重视不够可能会发生塌方。 d高应力地段:在软质围岩中,由于受到高地应力的影响,围岩变形较大,若支护不力极易发生坍方。 e在高水位富水地段:岩溶呈不规律性分布,随时遇到意想不到的溶洞,若防备不及,溶洞内的填充物涌出或坍塌,也会给工程造成不利的影响。 2)容易发生坍方的部位 a隧道洞口:隧道洞口集埋深浅、石质较差、受力结构复杂等不利因素于一体,处理不当极易发生坍方。 b隧道拱脚:当采用台阶法施工开挖下半断面时,若拱脚支护不力,极易造成坍方。 c隧道墙脚:当进行检底施工时,措施不当墙脚悬空时,致使边墙失稳而发生偏帮。 d隧道拱部:地质条件较差,拱部变形较大,支护强度不足时,易发生拱部坍塌。 e隧道与隧道的交叉部位,即主洞与支洞交叉的部位,也就是通常所说的交叉三角区,如果处理不当,支护不力,极易发生坍方。 f在水平岩层或近似水平岩层中,拱部易发生掉顶;在垂直岩层或近似垂直岩层中,边墙易发生偏帮。 ②防止出现坍方的预防措施 在山岭隧道施工中,如果施工方法及支护手段使用不当,不仅不能加快施工进度,而且也不能保证工程质量和施工安全,易造成坍方。为此,特别强调。 1)选择合适的施工方法 隧道施工过程和方法是多种多样的,目前在我们经常采用的矿山法中大致有全断面法、台阶法和分部开挖法三大类。 在当前的施工实践中,采用最多的方法是台阶法(含环形开挖预留核心土法),其次是全断面法。在大断面隧道中,中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)和双侧壁导坑法采用较多。选择施工方法,并不完全决定于地质条件。地质条件仅仅是选择施工方法的一个因素,而更应强调的是:施工方法必须符合快速、安全、质量及环境的要求。其中环境因素有时成为选择施工方法的决定性因素。选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为: a施工条件:实践证实,施工条件是决定施工方法的最基本因素,它包括一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。目前我国隧道施工队伍的素质和施工装备水平,有高有低,参差不齐,因此,在选择施工方法时,不能不考虑这个因素的影响。 b围岩条件:也就是地质条件,其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等。围岩级别是对围岩工程性质的综合判定,对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作用。 c隧道断面积:隧道尺寸和形状,对施工方法选择也有一定的影响。目前隧道断面有向大断面方向发展的趋势,如公路隧道已开始修建3车道甚至4车道的大断面,水电工程中的大断面洞室,更是屡见不鲜。在这种情况下,施工方法必须适应其发展。在单线和双线的铁路隧道中,越来越多地采用了全断面法及台阶法;而在更大断面的隧道工程中,先采用各种方法修小断面的导坑,再扩大形成全断面的施工方法极为盛行。 d埋深:隧道埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关,通常将埋深分为浅埋和深埋两类,有时将浅埋又分为超浅埋和浅埋两类。在同样地质条件下,由于埋深的不同,施工方法也将有很大差异。 f工期:作为设计条件之一的施工工期,在一定程度上会影响基本施工方法的选择。因为工期决定了在均衡生产的条件下,对开挖、运输等综合生产能力的基本要求,即对施工均衡速度、机械化水平和管理模式的要求。 g环境条件:当隧道施工对周围环境产生如爆破振动、地表下沉、噪声、地下水条件的变化等不良影响时,环境条件也应成为选择隧道施工方法的重要因素之一,在城市条件下,甚至会成为选择施工方法的决定性因素。 2)各种施工方法在不同围岩和隧道中适用情况 a全断面法 适用于单线铁路隧道Ⅰ~Ⅲ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅰ~Ⅱ级围岩地段。通常采用全断面钻孔一次起爆方法。为控制好开挖轮廓,减少超欠挖,提高光面爆破效果,可推广预留光爆层的开挖方法。 b台阶法 适用于单线铁路隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅲ级围岩地段。台阶数量和长度,要根据围岩条件而定。Ⅲ级围岩一般采用两台阶法;Ⅳ级围岩及Ⅲ级偏弱围岩,可改用三台阶法。 台阶法施工的循环进尺,要根据开挖跨度和围岩类别、自稳时间严格控制,并与初期支护钢架设计间距相对应。每次以架立1~2榀钢架为宜。 上部断面开挖视围岩自稳条件,可采用一次开挖成形和环形导坑预留核心土开挖法,该法适用于单线铁路隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩地段。当围岩自稳性很差时,必须采用小导管或锚杆(注浆)等超前支护措施;土质隧道还可采用人工预切槽,槽内嵌设钢架,喷混凝土预支护后再开挖的方法。 下部断面(中、下层台阶)是开挖作业的重要环节。近年来,在下部开挖中,因方法欠妥,作业不慎引起初期支护失稳造成的重大坍方事故已有多起,必须引起高度重视。在开挖顺序上,宜采用先挖侧槽、左右错开向前推进的做法,不宜采用拉中槽挖马口的方法。侧槽开挖长度,靠近边墙范围应采用风钻、风镐手工开挖,人工清壁扒碴,严禁使用重型机械开挖和装碴,以免对围岩过大扰动、破坏围岩和初期支护系统的整体稳定性。 c分部开挖法 分部开挖法主要有双侧壁导坑法(适用于单线铁路隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅳ~Ⅵ级围岩)、中隔法(适用于单、双线铁路隧道Ⅴ级围岩、浅埋隧道及三线隧道)或交叉中壁法(适用于双线、三线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩及浅埋隧道)。这些施工方法也适用于对地表沉降有严格限制的城市公路隧道。 双侧壁导坑法在控制地中和地表下沉方面,优于其它施工方法。此外,由于两侧导坑先行,能提前排放隧道拱部和中部土体中的部分地下水.为后续施工创造条件。因此城市浅埋、软弱、大跨公路隧道和山岭软弱破碎、地下水发育的大跨隧道可优先选用双侧壁导坑法。 d进洞方法 进洞施工方法要根据洞口段地形、地貌和围岩条件而定。 洞口段为整体性好的Ⅰ、Ⅱ级硬岩时,路堑成型后,即可按全断面法直接进洞。 洞口段为浅埋、坡积、软弱的Ⅳ、Ⅴ级围岩时,宜采用台阶法进洞。一般应结合洞口路堑施工分层开挖,到达暗洞进口里程前4m左右,沿设计开挖廓线mm小钢管,有条件的也可用89mm钢管)超前支护,而后按台阶法施工。拱部要采用环形开挖留核心土法,下部视情况分一层或两层开挖。为确保安全顺利进洞,暗洞前4m的初期支护通常做成套拱。当暗洞掘进20m左右后,要及时施作仰拱和二次衬砌。 3)采用正确的支护手段和方法 除了施工方法安全合理实用外,采用合理、经济的施工支护手段也是防止隧道坍方的关键。隧道支护应根据不同的围岩级别及地质状况进行施作,对洞口存在堆积体、滑坡体、浅埋及软弱地层等不良地质隧道,可采用大管棚、小导管注浆超前支护,地表注浆加固及地面旋喷桩加固等措施。部分隧道洞口设置抗滑桩保证坡体的整体稳定,进洞后尽快施做洞门,确保进洞洞口安全;洞内软弱地层地段以锚、喷、网为主要支护手段,必要时加格栅钢架,强化支护措施,同时减少对岩体的扰动,抑制围岩过度松弛变形,确保洞内施工安全。 一次支护是主要受力结构,应按永久结构没计,且必须在其基本稳定后开始进行防水层和二次模筑衬砌,尚未稳定情况下,企图用模筑衬砌进行支护是不安全的,衬砌会产生开裂。若采用铺底超前、仰拱超前的模筑衬砌的方法,是有利于地层稳定的。一次支护由钢筋网、钢拱架、喷混凝上组成,钢拱架接头联结处设锁脚锚管(灌浆)。 二次衬砌为安全储备和承受部分流变荷载、地震力等。二次衬砌由模筑混凝土、钢筋混凝土两种型式组成。 ③施工中应注意以下问题 1)浅埋或软弱围岩隧道正台阶施工不允许分长、中、微台阶,台阶长度为一倍洞径,第一个上台阶高度定为2.5m,有利于快速将顶部一次支护、网构钢架安装定位,有利于安全。小导管长度应为台阶高度加1m。所以,初期设置小导管长度3.5m是指台阶高度2.5m时的情况。 2)大断面硬岩隧道宜采用小导洞超前爆破,可减震30%,取消预裂爆破。也可采用小TBM超前,钻爆法扩大。其优点为:a.可以超前预报;b.爆破减振30%,炸药比全断而爆破减少5%~10%;c.扩大爆破,炮眼利用率为100%,所以提高开挖速度2~3倍:d.炮眼半孔保仃率80%,线cm;e.爆破碴堆、碴块均匀、集中,便于快速出碴;f.纵向爆破冲击波小,对后部工序影响小。 3)在任何情况下,使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。 4)支护结构施工必须是一次支护从上向下施作,二次模筑衬砌必须从下向上施作。 5)在软弱地层段隧道衬砌施工采取紧跟的原则:即衬砌施工以距掌子面不超过150m为限。仰拱超前、衬砌紧跟能在洞内迅速形成闭合环,防止围岩过度松弛变形,保证施工安全的作用更为显著。 6)实施性施工组织设计必须把安全方案作为重要内容,从技术工艺、设备器材、作业流程、风险应对等各个方面做好预控措施。 (3)必须坚持动态设计、动态施工、动态管理 必须遵循信息化反馈设计、信息化施工、信息化动态原理。设计人员必须及时修改图纸,必须尊重施工信息。必须在现场建立建设方牵头,以施工单位为主体的设计、监理动态管理小组,实现及时支护、及时封闭、及时量测、及时反馈、及时修正的地下工程管理办法。 现代隧道施工中,利用先进的信息技术,及时反馈地质变化情况和支护受力变形情况,适时调整施工方法和支护手段,准备预防应急措施,避免坍方施工的发生,确保施工安全。在目前隧道施工中,一般采用超前地质预探探报技术、监控量测技术等手段预报隧道开挖前方工程地质和水文地质情况,监测支护结构受力变形情况,为设计变更及施工中采取相应的施工方法和支护手段提供依据。 必须重视隧道的综合地质超前预报,将超前地质预报作为一道工序来保证。预报方法宜长短结合以短为主,预报范围前方≧30 m,隧道周边外l倍洞径,做为工序列入。预报方法:以钻孔为主,配合地质描述。 采用监控量测技术控制地表下沉和防塌方是最可靠的力法。监控量测是施工的核心,必须认真、快速获取结果,掌握洞身的变化特点,尤其要重视一倍洞径处的稳定性,这往往是塌方、变形的最危险时间的区段。必须重视时空变化效应,纵向一次支护的监控长度一般为洞径的6倍左右,6倍洞径以后必须确保结构的变化速率不变或快速减少,6倍洞径以内只允许施作仰拱和边墙基础,不允许模板台车进行边墙和顶部混凝土的灌注。 (4)重视初期支护的施工质量 支护是安全的保证。初期支护应及时施作,早封闭,快成环,控制变形。开挖后,岩石暴露时间要控制在2~4h以内,应先初喷4~5cm厚混凝土封闭岩面,然后安装格栅、锚杆等初期支撑,再复喷至设计厚度。软弱地层必须采用潮喷混凝土,不提倡湿喷混凝土。因湿喷工艺不过关,不能将围岩的的承载力提高,形成围岩、喷层两张皮。湿喷早期强度低,回弹量很大。潮喷也可以把围岩裂隙阻死,形成围岩组成的承载拱,这正是强调围岩爆破后不找顶及时初喷的原因。喷射混凝土标号不得低于200号,ld龄期的标号小宜低于50号。 格栅钢架安装须符合设计位置,紧贴围岩,中间有空隙时,必须用喷混凝土充填密实,绝不允许填塞木柴和片石,出现“两层皮”现象;有很多隧道坍塌都是与初支背后空洞有关,这方面有血的教训,因此,施工中必须加强对此道工序的控制。两榀格栅钢架之间必须用斜拉杆焊接,拱脚处要根据现场情况采用纵向托梁、锁脚猫管(猫杆)或扩大拱脚等措施进行加强,这是保证下步开挖安全最重要的措施,必须认真落实;钢架落底接长时应沿隧道两侧交错进行,根据围岩条件每次接长1~3榀,上下格栅钢架必须对接牢固;格栅钢架安装好后,复喷混凝土到设计厚度,保护层厚度不得小于3~4cm。 锚杆根据设计要求和现场地质条件选用。一定要保证锚杆方向和数量,采用砂浆锚杆时要确保注浆饱满,稠度适中,锚杆插入深度不得小于设计长度的95%;有水地段优先采用药包式、楔缝式或缝管式锚杆,端头锚固锚杆一定要保证端头锚固部分的紧固质量。尾部必须加托板,托板应紧固密贴围岩和格栅,以提高锚固效果。 (5)浅埋暗挖隧道施工原则 ①首先系统采用小导管超前支护技术。 ②设计采用8字形格栅拱架,做到在x、y2个方向实现等强度、等刚度、等稳定度。 ③突出快速施工,考虑时空效应,做到5个及时:及时支护、及时封闭、及时量测、及时反馈、及时修正。 ④采用复合式衬砌结构,一次支护由喷射混凝土、钢筋网、网构钢拱架组成。钢拱架联结处将索脚锚管和钢拱架焊接,形成一次支护。 ⑤浅埋暗挖法18字方针是施工的原则和要点的精辟总结,即:“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”。 ⑥拓宽浅埋暗挖法在有水、不稳定地层中应用时,要采用以注浆堵水为主,以降水为辅的原则。采用劈裂注浆加固和堵住80%的水源,降掉20%的少量裂隙水,以达到减少地表下沉的目的。 ⑦选择适宜的辅助施工工法。 常用的有:环形开挖留核心土;喷射混凝土封闭开挖工作面;超前锚杆或超前小导管支护;超前小导管周边注浆支护;设置上台阶临时仰拱;跟踪注浆加固地层;洞内真空泵降水、洞内超前降排水;洞外深井泵降水等。 ⑧大跨施工应选择变大跨为小跨的施工方法,如CD法、双立柱法、柱洞法、中洞法、侧洞法等。在确保安全经济的前提下,开挖方法的选择次序应为:当开挖断面宽度大于10m以上时,应优先选用CD法,或者是双立柱法,在迫不得已情况下可考虑侧壁导坑法,或者CRD法。当开挖宽度小于10m时,应优先采用正台阶法,当下沉量控制不住时再考虑用CD法或CRD法,工程实践证明,如在北京地层浅埋情况下,当开挖宽度在12m以内时采用正台阶法是成功的。 ⑨长管棚的直径要和地层刚度相匹配,当直径超过150mm时,对控制地表下沉作用很小。长管棚法一般在洞口段采用,在隧道内一般不宜采用,用双层小导管法是完全可以通过的。 ⑩仰拱应紧跟下台阶,超前于衬砌施工。Ⅳ级以下围岩段铺底宜超前施工,以便改善运输条件,方便衬砌作业。仰拱(铺底)施工前必须先将底部杂物、虚碴、积水排除干净,超挖时采用同标号混凝土或浆砌片石回填。 1.4 本设计的研究内容 本文研究了隧道的衬砌的选择,支护参数的选取、开挖方法的选择、防排水、监测技术的研究。根据初步设计资料所提供的参数,查询各类规范,结合公路大断面隧道的自身的特点,选择所需参数和资料,弄清相关图纸,计算隧道所承受的各种荷载以及结构内力,结构选型、衬砌、支护和衬砌设计计算荷载的确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算对的发展背景、现状、意义进行了简单介绍。介绍了 第2章 工程概况 2.1 工程位置及范围 紫荆山隧道位于阳新县龙岗镇郭家冲至郭家垄村之间,隧道采用分离式。左线m;右线m,属长隧道,隧道概况见表2-1。 入口(大庆端) 出口(广州端) 隧道长度﹝m﹞ 桩号 高程(m) 纵坡 桩号 高程(m) 纵坡 2310 K219+953 118.77 17.83% K222+263 96.77 -43.48% 表2-1 紫荆山大断面隧道概况表 2.2 工程地质条件 (1)地形地貌 该隧道为构造剥蚀-溶蚀低山丘陵地貌,地处富水主流与其支流——八湘河间之次级分水岭,为鄂东南侵蚀-剥蚀山地余脉越岭地段,地势较高,最高海拔为438.9m,相对高差约300~400m,地形表现为北坡较缓,自然坡度为20°~30°,南坡较陡,自然坡度40°~50°,山顶较缓,坡脚较陡。通过遥感判释和地表调查,坡面大部分区域基岩裸露,岩溶较为发育,多为溶蚀洼地、溶洞、溶沟、溶槽等,在16.1km2内,有一定规模,较易识别的岩溶塌陷、天坑、暗河出口、漏斗等岩溶形态有50多处。有一条简易公路通往隧道进口和中部,与106国道相连,隧道出通不便。 (2)地质构造 据区域资料,隧道区大地构造属于扬子准地台太子庙台褶束, 地处大幕山复背斜的倾伏端,隧道通过其次级褶曲――徐立中~郭家冲向斜南翼。该向斜轴向NEE,枢纽向NEE倾伏。两翼为志留-泥盆系砂页岩,核部为二叠-三叠系碳酸盐岩。隧道从进口至出口出露地层有T1d2 、T1d1 、C2h 、P1m+P1q、S3m等,受构造作用影响,向斜南翼发生倒转,岩层倾向SEE。 通过遥感判释、地质调查以及物探成果资料分析, 隧道区断裂构造分布较有规律。RF2(郭家冲断层)发育于向斜核部,走向约NE60°,宽约2.3m,断裂长度大于6800m,为压性断层和区域性富水断层,该断层为隧道区地下水的集水、输水廊道,控制隧道区地下水的总体流向,未与隧道相交。右线或左线,断层处岩石破碎,岩溶发育,走向NEE,N倾,倾角70~80°左右。右线或左线附近发育一条压扭性断层F2,断层走向125~210°,倾向东南,倾角75~85°,断裂带宽3.5m,可见2cm角砾状角砾岩,岩石破碎,断层面可见擦痕,为逆冲断层,断裂长度大于3600m。右线或左线,断层走向SSE,倾向S,倾角70~80°。此外,根据遥感判释,隧道区尚存在NE及NW向两组“X”型断层-RF1与 RF5,RF6与RF4等,它们控制着岩溶的发育与分布。隧道区地质构造特别复杂,隧道穿过地层多,地层产状变化快,断层发育,对隧道的围岩稳定和水文地质条件有较大影响。 (3)地层岩性 ①第四纪覆盖层 第四纪覆盖层在灰岩区域与砂岩区域性质有较大区别,灰岩为裸露型,覆盖层薄,砂岩表层覆盖层厚,分别叙述如下: 1)亚粘土夹碎石:为灰岩表层残坡积层,主要成份为亚粘土含少量砾石,褐黄色,硬塑,含铁锰结核,碎石含量小于5%。厚度一般小于0.5m,局部陡坎和洼地发育较厚,达到2m左右,主要分布在进洞口坡脚区域。 2)碎石土:厚度为3.00m左右,碎石成份为强风化石英砂岩、灰岩,块径5~12cm,中密状,表层有0.7m种植土,含植物根系。 ②基岩 根据地质调查和钻孔揭示,基岩主要岩性有:灰岩(弱风化)、泥质灰岩(弱风化)、白云质灰岩(弱风化),局部为硅质灰岩(弱风化),以及石英砂岩(强风化)等,下面分别叙述: 1)弱风化灰岩:浅灰色~深灰色,中厚~薄层状构造,裂隙较发育,多充填方解石石脉;溶蚀现象较发育,地表岩溶洼地、溶洞等发育,在岩芯表面有小溶蚀孔洞,且充填粘土;岩质坚硬,岩芯较完整,以5~30cm柱状为主,局部为50~70cm长柱状,少量呈碎块状;钻进速度缓慢,较平稳,无掉钻、漏水现象。 2)弱风化硅质灰岩:暗灰色,中薄层状构造,隐晶质结构,裂隙发育岩芯完整,呈节柱状,节长3~25cm,为极硬岩,RQD=30~75%,岩溶发育,岩芯有溶蚀孔洞,充填粘土,无漏水现象。 3)弱风化泥质灰岩:灰色~深灰色,次坚硬,中~薄层状,夹薄层页岩,裂隙发育,岩石破碎,局部受构造影响呈褶曲状。 4)弱风化灰岩夹炭质灰岩:浅灰色~灰色,中薄层状构造,节理不甚发育,含泥质灰岩结核,层间夹有薄层炭质灰岩层,炭质灰岩较破碎,染手,易软化。 5)强风化石英砂岩:灰黄色,中层状,夹薄层泥质灰岩,质地较坚硬,产状为177°∠54°,岩体破碎,节理发育密集,主要有:产状72°∠76°,3~4条/m;产状256°∠59°,4~6条/m,呈碎石状压碎结构。 2.3 水文地质条件 (1)地表水 本隧道为越岭隧道,大气降水在山体上部地势低凹处易汇集成地表水体,水量大小受季节性影响变化,向低洼处排泄基本畅通,隧道区附近未发现其它形式的地表水体(如堰塘、水库等)。隧道区岩溶洼地、溶洞,落水洞等岩溶形态非常发育,地貌上表现为峰林洼地,通过遥感判释和地表调查,坡面大部分区域基岩裸露,岩溶较为发育,多为溶蚀洼地、溶洞、溶沟、溶槽等,在16.1km2内,有一定规模,较易识别的岩溶塌陷、天坑、暗河出口、漏斗等岩溶不良地质体至少在50处以上。其中对隧道汇水有较大影响的岩溶主要集中在隧道左侧,洼地为封闭和半封闭型,为地表汇水集中区,是地表水与地下岩溶水的连通通道。 (2)地下水 该隧道地下水主要为岩溶水、岩溶裂隙水及风化裂隙水。隧道区属于岩溶发育区。岩溶水对对隧道施工影响很大。岩溶发育受岩性、构造运动影响,溶蚀作用以包气带竖向岩溶发育为主,层状岩溶地貌并不显著,水平循环带溶蚀作用受地质构造及地方性侵蚀基准面控制。根据物探CSAMT的判释分析,隧道深部岩溶发育,并且岩溶沿断层带发育与深部岩溶发育相联系。测绘调查中发现左线L/s,为村民生活用水水源。隧道出口砂岩为风化裂隙水,地下水不发育。 2.4 地震及区域稳定性 根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),湖北省大冶市阳新县抗震设防烈度属六度区,设计基本地震加速度值a=0.05g,地震动反应谱特征周期T=0.35s;依据《公路抗震设计规范》(JTJ004-89)的有关规定,拟建构筑物建议按地震烈度七度进行设防,则其设计基本地震加速度值a=0.1g,地震动反应谱特征周期T=0.35s。 ,近期未发现新构造运动,无断裂通过,相对稳定)Ⅱ、Ⅲ、IV、Ⅴ类等四大类。具体分类分段情况及围岩性质见表2-2。 表2-2 紫荆山隧道(左线)围岩类别分段划分一览表 里程桩号 围岩类别 长度(m) 工程地质条件 水文地质 K219+953~ K220+000 Ⅱ 47 顶板厚度不够,由风化残积土、弱风化灰岩组成,裂隙及岩溶较发育,岩石呈角碎状松散结构,隧道埋深浅,围岩稳定性很差,易坍塌。 渗水、涌水 K220+000~K220+115 Ⅲ 115 顶板厚10-50m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以弱风化灰岩为主,岩石坚硬,岩石裂隙及岩溶现象发育,呈块碎状破碎结构,围岩稳定差,拱部无支护可产生较大坍塌。 渗水、涌水 K220+115~K220+200 Ⅳ 85 顶板厚50-150m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以微风化灰岩为主,岩石坚硬,,岩石裂隙及岩溶现象发育,呈块碎状镶嵌结构,围岩稳定较差,拱部无支护可产生小坍塌。 渗水、面流 续表2-2 里程桩号 围岩类别 长度(m) 工程地质条件 水文地质 K220+200~+230、K220+260~+290、 Ⅲ 60 顶板厚150m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以弱风化灰岩为主,岩石坚硬,受地质构造影响较严重,岩石裂隙及岩溶现象发育,呈块碎状破碎结构,围岩稳定差,拱部无支护可产生较大坍塌。 渗水、涌水 K220+230~K220+260 Ⅱ 30 顶板厚150m左右,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以微风化灰岩为主。有一条断层穿过隧道,断层带岩石破碎,岩溶发育,围岩稳定性差,易坍塌。该处易造成突水突泥现象。 涌水、突水 K220+290~K220+320 Ⅳ 30 顶板厚约150m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以微风化灰岩为主,受地质构造影响,岩石坚硬,岩石裂隙及岩溶现象发育,围岩较不稳定,拱部无支护可产生小坍塌。 涌水、渗水 K220+320~ K220+920 Ⅴ 600 顶板厚200~230m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以微风化灰岩为主,岩石坚硬,裂隙及岩溶现象发育,呈大块状砌体结构,围岩较稳定,暴露时间长可能产生局部坍塌。 渗水、涌水 K220+920~K220+960 Ⅳ 40 顶板厚约150m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以微风化灰岩为主,岩石坚硬,岩石裂隙及岩溶现象发育,围岩较不稳定,拱部无支护可产生小坍塌。 涌水、渗水 K220+960~ K221+130 Ⅲ 170 顶板厚210~230m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以微风化灰岩为主。推测为构造核部,上部为岩溶洼地,该段岩石破碎,岩溶发育,围岩稳定性差,拱部无支护时可产生较大坍塌。地表水易于通过断层岩溶汇于隧道,易造成突水突泥现象。 渗水、涌水 K221+130~+160、K221+350~+380 Ⅳ 60 顶板厚约220m,由弱风化-微风化泥质灰岩组成,洞室段以微风化灰岩为主,岩石坚硬,岩石裂隙及岩溶现象发育,围岩较不稳定,拱部无支护可产生小坍塌。 涌水、渗水 K221+160~ K221+350 Ⅴ 190 顶板厚220~360m,由弱风化-微风化泥质灰岩、灰岩组成,洞室段以微风化灰岩、泥质灰岩为主,岩石坚硬,裂隙及岩溶现象发育,呈大块状砌体结构,围岩较稳定,暴露时间长可能产生局部坍塌。 渗水、涌水 K221+380~+410、K221+440~+470、 Ⅲ 60 顶板厚250m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以弱风化灰岩为主,岩石坚硬,受地质构造影响较严重,岩石裂隙及岩溶现象发育,呈块碎状破碎结构,围岩稳定差,拱部无支护可产生较大坍塌。 渗水、涌水 续表2-2 里程桩号 围岩类别 长度(m) 工程地质条件 水文地质 K221+410~ K221+440 Ⅱ 30 顶板厚330m左右,以微风化灰岩为主。有一条断层穿过隧道,呈压扭性,岩石破碎,岩溶特别发育,为地表水与深部岩溶水的连通通道,围岩稳定性差,易坍塌。地表为岩溶洼地,地下水为岩溶水,该处可能会造成较大的突水突泥现象。 突水、突泥 K221+470~K221+500、K221+980~K222+000 Ⅳ 50 顶板厚约250m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以微风化灰岩为主,受地质构造影响,岩石坚硬,岩石裂隙及岩溶现象发育,围岩较不稳定,拱部无支护可产生小坍塌。 涌水、渗水 K221+500~ K221+980 Ⅴ 480 顶板厚38~330m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以微风化灰岩为主,岩石裂隙及岩溶现象不甚发育,呈大块状砌体结构,围岩稳定,暴露时间长可能产生掉块现象,局部产生小坍塌。地下水为岩溶裂隙水或岩溶水,不发育,局部可能出现涌水现象。 渗水、涌水 K222+000~+020、K222+050~+130、 Ⅲ 100 顶板厚250m,由弱风化-微风化灰岩组成,洞室段以弱风化灰岩为主,岩石坚硬,受地质构造影响较严重,岩石裂隙及岩溶现象发育,呈块碎状破碎结构,围岩稳定差,拱部无支护可产生较大坍塌。 渗水、涌水 K222+020~ K222+050 Ⅱ 30 顶板厚25~38m,围岩由弱风化~微风化灰岩组成,有一逆断层通过,裂隙很发育,岩溶极发育,岩石破碎,物探表现为低阻带,呈角碎石状松散结构,围岩稳定性较差,易坍塌。地下水为岩溶裂隙水、岩溶水,可能产生突水现象。 涌水、突水 K222+130~ K222+263 Ⅱ 133 顶板厚0~10m,由弱风化灰岩组成,表层有较厚的坡积层,岩石裂隙非常发育,呈角碎状松散结构,隧道埋深浅,围岩不稳定,易坍塌。 渗水 本隧道大庆端主要以II、III、IV、V级围岩为主,其中除了洞口段为浅埋之外,洞身均为深埋隧道,本隧道围岩埋深情况见表2-3II 47 3.29<h≤12.21 K220+000 K220+115 深埋 III 115 12.21<h≤46.82 续表2-3 起讫里程 埋深情况 围岩级别 长度 (m) 埋深 (m) K220+115 K220+200 深埋 IV 85 46.82<h≤93.48 K220+200 K220+230 深埋 III 30 93.48<h K220+230 K220+260 深埋 II 30 h≤119.48 K220+260 K220+290 深埋 III 30 119.48<h≤137.11 K220+290 K220+320 深埋 IV 30 137.11<h≤152.81 K220+320 K220+920 深埋 V 600 152.81<h≤242.09 K220+920 K220+960 深埋 IV 40 234.57<h≤242.09 K220+960 K221+130 深埋 III 170 234.57<h≤273.72 K221+130 K221+160 深埋 IV 30 273.72<h≤296.14 K221+160 K221+350 深埋 V 190 296.14<h≤349.97 隧道的深、浅埋只是一种表面的称谓,其内在意义在于可以确定隧道支护体系的设计思路。在荷载或自重的作用下,隧道围岩产生压缩或沉降,当隧道开挖时将产生不均匀沉降。由于位移的不均匀性,致使围岩中产生相互“楔紧”作用,于是在一定范围内的岩体承担着自身荷载及周围岩体的围岩压力,另外还有变形产生的抗力。作为一种具有拱的力学特性的结构,其作用是确保上方的岩体不会塌落,是围岩自承能力的体现。要确定能否充分利用围岩的自承能力,首先应该确定在施工中隧道周围能否形成有自承能力的压力拱。因此,隧道深、浅埋的划分,应以隧道顶部上方能否形成安全有效的压力拱为原则来确定,而不能简单地从埋深或者围岩条件来判断。对于判断为浅埋的隧道,应采用较强的支护体系,以保证安全;对于判断为深埋的隧道,采用较弱的支护体系,从而产生显著的经济效益。 第3章 衬砌结构设计与验算 大断面隧道设计关键技术如同其他类型的隧道一样,根据公路等级要求,确定行车道间距,拟定断面尺寸,确定其净孔轮廓尺寸后,再根据地质条件,选用适宜的衬砌结构,进行受力分析。,可以采用数值模拟方法对隧道支护体系进行分析,从而达到优化设计的目的。采用有限差分序FLAC分析软岩大断面隧道在同类围岩条件下用同一种方式开挖时,分别采取不同的衬砌结构时围岩应力分布、衬砌受力状态对围岩稳定的影响等,可以确定出软岩大断面隧道在一定的围岩级别下最优的衬砌方案,并可为大断面隧道与地下工程的支护参数的优选、技术规范的修订提供参考。 3.1 工程概况和工况选择 拟建的公路大断面紫荆山隧道,是连接大庆和广州的重要交通道路,该公路隧道能有效解决当地交通问题,加强地区间交流,降低运输成本,节省运输时间,促进经济发展。紫荆山公路隧道位于此高速公路上,隧道分为左、右行线分离式隧道,行车道宽度均按设计行车速度100km/h考虑;隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌、高压钠灯光电照明、机械通风;隧道洞门型式主要采用削竹式、端墙式洞门。隧道围岩岩性以碎粉岩、碎裂岩、碎裂状白云岩为主,围岩级别以II、Ⅲ、Ⅳ级、Ⅴ级为主。该隧道对克服地形障碍,改善线形,提高车速,缩短里程,节约燃料,节省时间,减少对植被的破坏以及保护生态环境起到了重要作用。 本隧道围岩分级主要有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩,本次模拟计算以Ⅲ级深埋段为例,进行模拟计算,模拟长度为三级围岩的一部分,隧道内轮廓图如图3-1所示。 Ⅲ级围岩大断面隧道洞身支护采用格栅钢架,榀距1.0m,钢筋网片Φ8mm钢筋网,20cm×20cm,单层布置,锚杆Φ25mm中空注浆锚杆,L=2.0m,环向间距1.2m,纵向间距1.2m,C25喷射混凝土,厚20cm。台阶开挖长度为20m,循环进尺为3.0m,隧道净宽为14.95m,隧道净高为9.55m。 设计依据及执行规范: 《公路工程技术标准》(JTG B01—2003) 《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004) 《公路隧道设计细则》(JTG/T D70—2010) 《公路隧道施工技术规范》(JTG F60—2009) 《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1—1999) 图3-1 隧道内轮廓图1:100 3.2 ANSYS、FLAC3DANSYS介绍 ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域: 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。软件主要包括三个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域: 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等软件主要包括三个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块。 前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 FLAC3D介绍 本文采用数值分析方法中的快速拉格朗日差分法 FLAC3D进行分析研究。拉格朗日法来源于流体力学,用于研究某一流体质点在任一时间内的运动轨迹、速度、压力等特性。在固体力学中采用拉格朗日法,它通过把所研究区域划分网格,结点相当于流体质点,单元通过结点连接。在微小时间内,结点荷载只与相邻结点有关。根据运动定律可求得该结点的速度,通过高斯公式由速度求得单元的应变率,再根据单元的本构关系,求得单元应力,最后计算整个体系单元之间的不平衡力,并把不平衡力又分配到结点上,进行下一步计算。如此循环,直到整个体系的不平衡力足够小为止。拉格朗日法以有限差分为基础,利用差分格式按时步积分求解,它能不断更新坐标,介质可以有大的变形出现。拉格朗日法是一种显式计算方法,而通常的有限元法和边界元法是一种隐式计算方法、显式差分法求解时未知数集中在方程的一边,无需形成刚度矩因而占用内存少,便于微机求解较大的工程问题。 FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of eontinua in 3Dimensions)是由美国 Itasea Consulting Group Inc开发的基于拉格朗日法的三维显式有限差分法程序,它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为,允许材料出现屈服、塑性流动及大变形。FLAC3D有弹性、Mohr-C0ulomb理想弹塑性、应变软化、片节理、修正剑桥模型等多种本构模型和shell、pile、 eable、geogrid、liner等多个结构单元。它在施工过程动态模拟、土体与结构相互作用研究方面有很大优势,适合于边坡、隧道、地下采场、基坑、地基等岩土工程问题分析。FLAC3D自带FISH语言,可以针对自己的特殊需要进行二次开发,如编写本构模型、结构单元修正和计算数据的导入导出等。FLAC3D软件被公认为是岩土力学中进行数值模拟的最有效的方法之一。 FLAC3D对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法”。这种方法比有限元法中通常采用的“离散集成法“更为准确、合理。即使模拟的系统是静态的,仍采用了动态运动方程,这使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。 此外FLAC3D还采用了一个“显式解“方案。因此,显式解方案对非线性的应力-应变关系的求解所花费的时间,几互与线性本构关系相同,而隐式求解方案将会花费较长的时间求解非线性问题。面且,它没有必要存储刚度矩阵,这就意味着, 采用中等容量的内存可以求解多单元结构; 模拟大变形问题几互并不比小变形问题多消耗更多的计算时间,因为没有任何刚度矩阵要被修改。 当然,它也存在以下几个不足之处。对于线性问题的求解,FLAC3D比其他有限元程序运行得要慢;但是,当进行大变形非线性问题或模拟实际可能出现不稳定问题时,FLAC3D是最有效的工具。用FLAC3D求解时间取决于最长的自然周期和最短的自然周期之比。 3.3 计算模型和计算参数 为减少边界约束效应,计算范围按左右边界距隧道中心线倍净宽和净高考虑,整个计算模型在X、Y、Z三个方向尺寸为48m×40m×45m,模型左、右、前、后和下部边界均施加法向约束,地表为自由边界,模型上部边界距地表为28.43m,作用在模型上部边界处的地应力大小为6.62Gpa,作用范围为25.47m~52.36m。围岩及初期支护均采用八节点六面体单元来模拟,模型共划分了20384个节点和18650个单元。三维计算模型如图3-2所示。 图3-2 三维数据计算模型 隧道开挖模拟过程中为了监测隧道周边的位移变形量的最大值,将整个监测断面选取在模型Z轴的中部Z=22.5m ,在隧道轮廓线 监测点的布置图 围岩视为摩尔-库仑理想弹塑性材料,支护结构视为弹性材料。围岩及初支的物理力学参数根据地质资料及现行《公路隧道设计规范》确定,其物理力学指标如表3-1和表3-2所示: 表3-1 围岩物理力学性能指标 容重/kN·m-3 弹性模量/GPa 泊松比 内聚力/MPa 内摩擦角/° 剪胀角/° 24.0 20 0.25 1.5 40 10 表3-2 隧道初期支护力学性能指标 材料类型 容重/kN·m-3 弹性模量/GPa 泊松比 C25 23 28.0 0.2 钢架 29.5 210 0.31 3.4 模拟结果及分析 3.4.1 模拟结果 本隧道模拟的是III级围岩段,隧道开挖后,支护完成之后,各方向位移及应力变化如图所示: (1)隧道x、y、z位移如图3-4、3-5、3-6所示: 图3-4 隧道X方向位移 图3-5 隧道Y方向位移图 图3-6 隧道z方向位移图 隧道周边监测点中,1号监测点隧道拱顶下沉的位移为0.42mm,2、3号监测点水平相对位移为0.6mm,4、5号监测点水平相对位移为0.2mm,6号监测点隧道拱顶下沉的位移为0.1mm。 (2)隧道主应力如图3-7、3-8所示: 图3-7 隧道最小主应力图 图3-8 隧道最大主应力图 (3)初期支护x、y、z位移如图3-9、3-10、3-11所示: 图3-9 隧道支护结构X方向位移图 图3-10 隧道支护结构Y方向位移图 图3-11 隧道支护结构Z方向位移图 隧道初期支护结构监测点中,1号监测点隧道拱顶下沉的位移为0.3mm,2、3号监测点水平相对位移为0.15mm,4、5号监测点水平相对位移为0.05mm,6号监测点隧道拱顶下沉的位移为0.05mm。 (4)隧道支护结构最小和最大主应力图如图3-12、3-13所示: 图3-12 隧道支护结构最小主应力图 图3-13 隧道支护结构最大主应力图 3.4.2 模拟结果分析 长度方向(X轴方向)隧道结构变形位移最大为0.875mm;宽度方向(Y轴方向)隧道结构变形最大为5.113mm。竖向隆起(Z方向)最大值为0.421mm,发生在靠近隧道拱顶的部位,且随深度无变化。支护最小主应力以压应力为主,最大值为11.982MPa,最大主应力以拉应力为主,最大值为2.648MPa,隧道最小主应力以压应力为主,最大值为13.812MPa,最大主应力有拉应力也有压应力,最大值为3.970MPa。支护结构基本上可以控制并且减缓隧道周边围岩的变形,使围岩与初期支护形成整体组成一个共同的承载体系,两者共同作用使支护结构体系达到平衡状态。 结合以上应力数据图可知,支护结构承受的最大压应力和最大拉应力均大于隧道围岩承受的主应力,因此隧道初期支护结构采用的C25混凝土满足强度条件。 第4章 施工方案 隧道施工将严格按照新奥法组织,施工原则:少扰动、管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、紧衬砌、勤量测、速反馈。具体指隧道开挖时,应尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动持续时间及扰动范围。采用超前长管棚、超前小导管、超前锚杆及加固注浆等辅助施工措施。掘进循环进尺宜采用短进尺,支护应紧跟开挖面。对易风化的自稳性较差的软弱围岩地段,应对开挖面及早作封闭式支护。结合现场实际情况,将超前地质预报和隧道监控量测贯穿于整个隧道施工过程,准确预报隧道掌子面前方围岩构造及水文情况、监控量测隧道围岩变形、隧道支护与衬砌结构受力情况,以及时改变稳定围岩的辅助措施和调整初期支护参数或修改衬砌结构类型,确保隧道施工安全和隧道结构的稳定。Ⅳ级、Ⅴ级围岩初支紧跟掌子面,仰拱距开挖面距离不得大于30m;Ⅳ级、Ⅴ级围岩二衬的施工时间必须在围岩与锚喷支护变形基本稳定后及时进行,距离开挖面不得大于100m。 隧道从紫荆山隧道大庆端掘进,采用自制钻孔台架配合凿岩机钻孔、人工装药、挖掘机配合侧卸式装载机装碴、自卸汽车出渣。隧道主洞二次衬砌采用12m自行式液压钢模衬砌台车立模,混凝土拌合站集中拌制混凝土,砼运输车运送、混凝土输送泵泵送入模,边拱墙全断面衬砌。 对于IV、V级围岩而言,在施工过程中,应做到“管注浆超前、弱爆破、短进尺、少扰动、早喷锚、勤量测、早成环、二次衬砌紧跟”。 在III围岩洞段,应采用“短进尺、弱爆破、少扰动、早喷锚、勤量测、早成环、快衬砌”等技术措施,并应根据监控量测成果,及时调整开挖方法,恰当地调整设计参数,以保证结构和施工安全。 4.1 总体施工方案 根据紫荆山隧道的地质情况,确定该隧道的总体施工方案:(洞口段工程地质条件比较差,覆土厚度比较薄,容易造成塌方,因此要超前支护,管棚)。 由于本隧道属于分离式大断面隧道双线隧道,单洞为三车道,而且以II、III、IV、V级围岩为主。根据公路隧道设计规均采用台阶法开挖。施工中采用哪一种台阶法,要根据两个条件来决定:第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求,围岩越差,要求闭合时间越短;第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。对软弱围岩,主要考虑前者,以确保施工安全;对较好围岩,主要考虑如何更好地发挥机械设备的效率,保证施工中的经济效益,因此只考虑后者。 根据紫荆山隧道的实际情况,II级围岩采用长台阶法开挖;III、IV级围岩采用短台阶法开挖;V级围岩采用微台阶法开挖。台阶法施工工序如图4-1所示。 图4-1 台阶法施工工序 施工顺序:上部开挖→上部初期支护→下部开挖→下部初期支护→底部开挖(捡底)→仰拱及混凝土填充→二次衬砌。 4.2 洞口施工 本隧道洞口段为Ⅱ类围岩,由风化残积土、弱风化灰岩组成,裂隙及岩溶较发育,岩石呈角碎状松散结构,隧道埋深浅,围岩稳定性很差,容易坍塌。根据设计文件采用长管棚法施工,用MD50潜孔钻打眼,Φ127×4.5mm有孔、无孔管花管。施工顺序:施做导向砼套拱→钻孔及安装钢管→压浆→开挖→挂网→喷砼→支撑钢架→喷砼→二次衬砌。因洞口段围岩稳定性差,初期支护完成后,尽快施作二次衬砌,发挥二次衬砌的承载能力。必须坚持短开挖、早支护、衬砌紧跟等,步步为营,稳扎稳打,以策安全。施工时应注意以下事项: (1)在场地清理作施工准备时,应先清理洞口上方以及侧方有可能滑踏塌的表土、灌木及山坡危石等。平整洞顶地表,排除积水,整理隧道周围流水沟。之后施作洞口边、仰坡顶处的天沟。 (2)洞口施工应避开雨季和融雪期。 (3)洞口部分圬工基础必须置于稳固的地基上。 (4)洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连接成整体,以确保拱墙连接良好。洞门端墙的砌筑与回填应两侧同时进行,防止对衬砌产生侧压。 (5)洞口段洞身施工时,应根据地质条件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素选择开挖方式和支护方式。洞口段洞身衬砌应根据工程地质、水文条件及地形条件,至少设置不小于5m长的模筑混凝土加强段,以提高圬工的整体性。 (6)洞门完成后,洞门以上仰坡脚受破坏处,应及时处理。 4.3 洞身施工 4.3.1 Ⅱ类围岩开挖方案 由于隧道进口位于米亚罗断层内,节理裂隙发育,洞身施工易坍塌,围岩属Ⅱ类,根据围岩地质情况在Ⅱ类围岩段遵循隧道“短开挖,强支撑,弱爆破、早封闭”的原则,开挖前先按设计在开挖轮廓线位置打设小导管,并注浆,采用长台阶法开挖,长台阶法开挖断面小,有利于维持开挖面的稳定,适用范围较全断面法广,一般适用I~Ⅲ级围岩。在上、下两个台阶上,分别进行开挖、支护、运输、通风、排水等作业线,因此台阶长度长。但台阶长度过长,如大于l00m,则增加了支护封闭时间,同时也增加了通风排烟、排水的难度,降低了施工的综合效率。因此长台阶一般在围岩条件相对较好、工期不受控制、无大型机械化作业时选用。Ⅱ级围岩施工方法及相关支护参数见表4-1。 表4-1 Ⅱ级围岩洞段开挖方案 围岩级别 施工方法 台阶长度(m) 循环进尺(m) Ⅱ级深埋 长台阶法 80 4 Ⅱ级浅埋 长台阶法 80 4 其施工顺序如下: (1)首先开挖上断面拱部,为了防止Ⅱ类图岩掌子面失稳,在拱部预留核心土。 (2)上弧开挖完毕,清理开挖轮廓,初碴砼2cm,架设拱部格栅、挂网、打设锚杆,喷砼至设计厚。 (3)上弧开挖推进一定距离以后,准备下断面开挖,首先开挖上部核心土,核心土与下部断面开挖同时推进。 (4)开挖下断面中槽。 (5)进行左右边墙开挖,左右开挖交替推进,跳槽开挖。 (6)进行边墙初期支护,架设墙部格栅,挂网、打设锚杆,喷砼至设计厚。墙推进10m左右,及时开挖仰供。 (7)仰拱开挖完毕后立即进行仰拱浇筑,使开挖断面形成环形支护结构。 (8)仰拱施工完毕,施工二次衬砌,形成隧道永久封闭。 施工时应注意以下几个问题: (1)上下台阶长度要适中,以不影响上台各工序正常操作及出碴运输为宜,同时要考虑到上台掌子面通风、供风、供电的需要。若上台开挖支护变形稳定可靠时,可考虑加长台阶。 (2)局部围岩软弱地段,应缩短每循环开挖进尺。 (3)及时进行锚杆抗拔试验和监控量测,防止洞身变形过大,以便及时修正支护参数,调整支护时间。 (4)仰拱开挖及支护应超前衬砌交替进行,尽快形成闭合环。 4.3.2 Ⅲ、IV类围岩开挖方案 隧道Ⅲ、IV类围岩采用短台阶法开挖。短台阶法适用于Ⅳ和V级围岩,台阶长度定为1-2倍开挖宽度,主要是考虑既要实现分台阶开挖,又要实现支护及早封闭。上台阶一般采用少药量的松动爆破,出渣采用人工或小型机械转运至下台阶。因此台阶长度又不宜过长,如果超过15m,则出渣所需的时间显得过长。短台阶法可缩短支护闭合时间,改善初期支护的受力条件,有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大,不能全部平行作业。Ⅳ、IV级围岩段施工方法及相关支护参数如表4-2所示: 表4-2 III、IV级围岩洞段开挖方案 围岩级别 施工方法 台阶长度(m) 循环进尺(m) III级深埋 短台阶法 20 3 IV级深埋 短台阶法 20 2 开挖方式采用光面控制爆破。由于Ⅲ类围岩较为稳定,所以在进行上台阶开挖时取消核心土,上台阶开挖后,就立即进行拱部的初期支护,初期支护采用锚、网、喷联合支护,然后进行下台阶的开挖与支护。 其具体施工工序为: (1)首先进行上断面拱部开挖。 (2)上断面开挖完毕立即进行拱部初期支护,支护方式采用锚杆、挂网、喷混凝土。 (3)上断面开挖一定距离后,开始进行下断面中槽开挖,下断面分左右侧开挖,首先开挖左侧边墙。 (4)左右边墙跳槽开挖。 (5)边墙开挖后及时进行初期支护。 (6)仰拱开挖,控制超前挖。 (7)进行仰拱浇注。 (8)待隧道围岩稳定后,在监控量测下施作二次衬砌。 施工时应注意以下几个问题: (1)初期支护全断面闭合要在距开挖面30m以内,或距开挖上半断面开始的30天内完成。 (2)初期支护变形、下沉显著时,要提前闭合 。 (3)要研究在保证施工机械正常工作的前提下台阶的最小长度。 4.3.3 Ⅴ级围岩开挖方案 V级围岩采用微台阶法开挖,台阶长度为5m,循环进尺为1m。微台阶法是全断面开挖的一种变异形式,适用于V~VI级围岩,一般为3~5m的台阶长度,台阶长度小于3m时,无法正常进行钻眼和拱部的喷锚支护作业,台阶长度大于5m时,利用爆破将石渣翻至下台阶有较大的难度,必须采用人工翻渣。微台阶法上下断面相距较近,机械设备集中,作业时相互干扰大,生产效率低,施工速度慢。V级围岩段施工方法及相关支护参数如表4-3所示: 表4-3 V级围岩洞段开挖方案 围岩级别 施工方法 台阶长度(m) 循环进尺(m) V级深埋 微台阶法5m 5 1 微台阶法施工时,上、下断面同时爆破,避免了多次爆破对周边围岩的扰动,有利于隧道结构的稳定。相对其他台阶法,施工时避免了上台阶出碴对下断面施工的干扰,同时下断面出碴时,上断面进行立拱及喷砼作业,下断面喷砼时上断面可进行钻孔作业,循环时间缩短。但是由于微台阶上、下台阶作业相互干扰大,要注意施工组织。在微台阶施工过程中,对于下断面的左右错进的控制,扒碴时对上断面拱架的保护、上断面锁脚锚杆的施工质量等要求较高。 微台阶法施工时采用自制台架,循环进尺为0.8m,台阶长度5m。,人工手持YT-28型风动凿岩机上、下断面同时打眼,同时人工装药,用非电微差毫秒雷管将上、下雷管束连接在一起,然后引爆下断面的引爆雷管,上下台阶同时响炮,挖掘机扒碴,装载机配合自卸汽车进行出碴。 施工顺序:台架就位→钻爆→上台阶翻碴→上台阶立架、挂网、打锚杆(与出碴作业同时进行)→出碴→下台阶立架、挂网、打锚杆→上台阶喷砼(出碴完成后即可进行)→下台阶喷砼→进入下一循环。施工时,上台阶初喷、打锚杆、立架、挂网工序与出碴工序同时进行,上台阶喷砼与下台阶初喷、打锚杆、立架、挂网同时进行。 施工时应注意以下几个问题: (1)根据工程围岩特性合理选用炸药,导爆管、雷管起爆、掏槽方式、循环进尺等。 (2)采用微台阶法施工,上下台阶前后错开3~5m,下台阶分左右两侧错开前进,错开距离根据围岩情况而定,一般采用1~3m,并不得大于6m;下台阶开挖时,严禁拉中槽施工,避免断面两侧拱脚同时悬空。 (3)下台阶开挖后,及时进行初支仰拱的施工,使初支结构及早成环。 (4)上台阶开挖前,由测量组画出开挖轮廓线,开挖过程中及时检查超欠挖情况;根据围岩情况,适当调整炮眼底口距开挖轮廓线的距离;并根据初支结构的实测沉降值,调整预留沉降值。 (5)严格控制隧道超欠挖,超挖部分采用喷砼的方法予以回填,严禁初支背后出现空洞。 (6)钢拱架加工时,严格控制结构尺寸,洞外加工后试拼检查后方可使用。 (7)认真加固拱脚、如扩大拱脚、打锁脚锚杆、加强纵向连接等,使上部初期支护与围岩形成完整体系。拱脚所处岩石破碎及软弱时,加垫预制砼块或钢板;锁脚锚杆尽可能地与拱架焊接。 (8)加强洞内排水,完善洞内排水设施。 4.4 隧道爆破设计光面爆破施工,可以减少对围岩的扰动,增强围岩的自承能力,特别是在不良地质条件下效果更为显著,不仅可以减少危石和支护的工程量,而且保证了施工的安全;由于光面爆破使开挖面平整,岩石无破碎,减少了裂隙,这样可以大大减少超欠挖量。据有关资料统计,光面爆破与普通爆破相比,超挖量由原来的15%~20%降低到4%~7%,不但减少出碴量,而且还很大程度的减少了支护的工作量,从而降低的成本,加快了施工进度。根据公路隧道“新奥法”施工的需要和工程地质条件,结合施工现场实际情况,决定采用光面爆破施工①炮眼直径 炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、工作面的炮眼数目、单位耗药量、爆落岩石的块度和隧道轮廓的平整性。根据隧道岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等进行综合分析,选用炮眼直径42mm。 ②炮眼数目 炮眼数目主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药性能有关。炮眼数目确定的原则是在保证爆破效果的前提下,尽可能减小炮眼数目。 1)上台阶炮眼数 上台阶面积S=45.37m2单位耗药量q取1.2kg/m3 ,装药系数取0.5 。 炮眼总数N=qs/τγ=139.6,所以炮眼数取140个。 掏槽眼设置8个。 周边眼数N周的确定,需先确定周边眼的间距E。周边眼间距E与岩体的抗拉、抗压强度以及炮眼的直径有关。一般情况下,间距E=(10~15)d,d是炮孔直径。软质岩石E宜取大值,此处取E=0.5m。所以取N周1 =35,N底1=26。 辅助眼数=140-35-8-26=71 2)中台阶炮眼数 中台阶面积S=37.15m2,单位耗药量q取0.9 kg/m3,装药系数取0.5 。 炮眼总数N=qs/τγ= 0.9×37.15/0.5×0.78=85.7,取86个。 周边眼边距E取0.5m,N周2=9.526 0.5=19.05,取20个 底眼数目 N底2=27 辅助眼数=86-20-27=39 3)下台阶炮眼数 下台阶面积S=30.28 m2,单位耗药量q取1.0 kg/m3 ,装药系数取0.5。 炮眼总数N=qs/τγ=77.64 ,取78个 周边眼边距E取0.5m,N周3=15.590.5=31.18,取31个 辅助眼数=78-31=47 ③炮眼深度 炮眼深度指炮眼底部到工作面的垂直距离。炮眼深度决定每一循环进尺的工作量,循环时间和次数,对掘进速度的影响很大。考虑该段为III级围岩,围岩为凝灰岩,三个台阶炮眼深度均取3m,掏槽眼深度为取3.2m。 ④装药量计算 装药量是影响爆破效果的重要因素。本设计采用的方法是,先根据装药量体积公式计算出一个循环的总装药量Q1,然后再按各种不同类型的炮眼进行分配,按装药系数计算单孔装药量及总装药量Q2,将Q1和Q2进行比较,选取更合适的装药量进行装药。 1)上台阶装药量计算 按装药体积公式计算:Q1=qV=1.2×45.36×3×0.93=151.8kg 按装药系数计算:III级围岩掏槽眼装药系数=0.55,辅助眼装药系数=0.45,周边眼装药系数=0.45 8个掏槽眼:单孔装药卷数=0.55×3.20.2=8.8,实际取9卷 单孔装药量=9×0.15=1.35kg 35个周边眼:单孔装药卷数=0.45×30.2=6.75,实际取7卷 单孔装药量=7×0.15=1.05kg 26个底眼:单孔装药卷数=0.45×3.20.2=7.2,实际取7卷 单孔装药量=7×0.15=1.05kg 71个辅助眼:单孔装药卷数=0.45×30.2=6.75,实际取7卷 单孔装药量=7×0.15=1.05kg Q2=8×1.35+35×1.05+26×1.05+71×1.05=149.4kg Q1与Q2

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