隧道爆破開挖圍巖穩(wěn)定性檢測與錨桿設(shè)計

隧道爆破開挖圍巖穩(wěn)定性檢測與錨桿設(shè)計

鶴上隧道位于福州國際機(jī)場高速公路的3a標(biāo)。從k6250年到k6.70，全長450米，最大埋深69米。隧道洞身位于半徑為1710.00m的平曲線內(nèi)。是國內(nèi)罕見的3車道、大斷面、小凈距隧道,其中最大開挖跨度為16.692m,巖(土)核凈寬為5.66m。鶴上隧道屬于剝蝕低山丘陵地貌,進(jìn)口段天然坡腳為16°,出口段天然坡腳為20°。地形起伏較大,植被發(fā)育。地層自上而下為第四系殘積坡土,底部基巖為侏羅系上統(tǒng)南園組凝灰熔巖,風(fēng)化凝灰熔巖及其風(fēng)化層。本隧道的地層分別有:坡積亞粘土層、坡積碎石、坡積砂質(zhì)粘性土(可塑)、坡積砂質(zhì)粘性土層(硬塑)、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖、弱風(fēng)化凝灰熔巖、微風(fēng)化凝灰熔巖。隧道沿線地下水類型主要為孔隙裂隙水和基巖裂隙水。前者主要賦存于殘積坡土層、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層中,地下水隨季節(jié)變化;后者主要賦存于基巖裂隙和構(gòu)造裂隙中,含水量極不均勻,沿裂隙構(gòu)造帶補(bǔ)給及排泄,具有承壓性。1彈性波檢測傳播聲波檢測技術(shù)的基本原理是用人工的方法在巖土介質(zhì)和結(jié)構(gòu)中激發(fā)一定頻率的彈性波。這種波以各種波形在材料和結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播,并由接收儀器接收,通過分析和研究接收和記錄下來的波動信號,來確定巖土介質(zhì)和結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征,了解其內(nèi)部缺陷。超聲波檢測是利用縱波的波速來檢測圍巖的性質(zhì),其表達(dá)式為:Vp=E(1?μ)ρ(1+μ)(1?2μ)?????????√Vp=E(1-μ)ρ(1+μ)(1-2μ)由波速的表達(dá)式可知,彈性介質(zhì)的性質(zhì)及種類不同,彈性常數(shù)及密度不同,彈性波在介質(zhì)中的傳播速度也不同。圍巖爆破開挖后,洞室周邊的圍巖將發(fā)生應(yīng)力重分布,出現(xiàn)塑性變形形成非彈性變形區(qū),即應(yīng)力降低區(qū),也稱圍巖松動圈。松動圈中裂隙較發(fā)育,使得圍巖的完整性下降,應(yīng)力降低,密度變小,從而減低彈性波在此范圍內(nèi)的傳播速度。因此可利用彈性波來檢測圍巖松動圈的位置。測試采用RSM—SYS5聲波檢測儀,方法為一發(fā)雙收的單孔測試方法(見圖1),利用水耦合。由于解決了耦合問題(用一充氣氣囊堵塞孔口),使得超聲波測試可以成功的應(yīng)用于隧道的下向孔、水平孔及上向孔的測試。測試前首先用風(fēng)或水對鉆孔進(jìn)行清洗,之后將探頭放入測孔中,并接長水管。連接完畢后,用氣囊堵塞孔口,在用氣筒對氣囊充氣時用水泵對測孔注水。當(dāng)測孔內(nèi)的水充滿時,即可測得該點的縱波波速。然后,將氣囊放氣,移出探頭20cm,充氣、注水,進(jìn)行下一點的測試,直到完成。2爆破開挖對松弛圈范圍的影響根據(jù)隧道的工程地質(zhì)情況和巖體的力學(xué)性質(zhì),并結(jié)合工程進(jìn)度布置測孔,測孔孔徑為50mm,孔深為3.3m左右。從圖2可以看出,超聲波測試曲線(僅以YK6+550處為例),孔口的波速較小,但有變大的趨勢,在1.2m處波速約為4823m/s;之后波速變小,在1.7m處達(dá)到最小值約3040m/s;然后波速又變大并在2.2m處達(dá)到最大值4926m/s;之后波速的變化較為平緩,約為4700m/s。在孔口處由于爆破開挖的影響,圍巖比較破碎,爆生裂隙比較多,縱波波速較小。之后,由于爆破造成的影響逐漸變小,縱波波速逐漸增大,在1.2m處達(dá)到一極大值。圖2表明松動圈范圍在1.4～1.8m左右。由于地應(yīng)力向外圍轉(zhuǎn)移,形成彈性變形區(qū),即應(yīng)力升高區(qū),從圖中可以看出縱波波速在2.2m處達(dá)到最大值。之后波速又變小,但幅度不大,可以認(rèn)為此處的圍巖基本上未受到爆破開挖的影響。鶴上隧道采用上下臺階法開挖,在開挖下臺階時又分為內(nèi)側(cè)和外側(cè)開挖。在2004年12月29日進(jìn)行YK6+550上導(dǎo)坑開挖,開挖進(jìn)尺2.7m左右,用炸藥約132kg。超挖較為嚴(yán)重,拱腰處超挖達(dá)20～35cm。松動圈出現(xiàn)在1.4～1.8m的位置。YK6+550下臺階于2005年2月14號開挖,進(jìn)尺3m左右,超挖也比較嚴(yán)重,達(dá)30～50cm。在圖中表現(xiàn)出來的波速較其他測孔偏低。松動圈位置出現(xiàn)在1.6～1.9m左右。ZK6+390上導(dǎo)坑于2005年2月20日開挖,進(jìn)尺和用藥情況同YK6+550上導(dǎo)坑,爆破效果比YK6+550上導(dǎo)坑開挖時要好,超挖控制在10cm以內(nèi)。松動圈位置出現(xiàn)在0.8～1.0m。ZK6+390下臺階于2005年4月26日開挖,爆破效果比YK6+550下導(dǎo)坑開挖時要好,超挖控制在6～8cm左右。松動圈位置出現(xiàn)在0.9～1.3m。YK6+550和ZK6+390同屬Ⅳ類圍巖,結(jié)合爆破開挖和超聲波測試的情況可以看出,爆破效果的好壞直接影響松動圈的位置。爆破效果好則松動圈比較靠近洞口,爆破效果差,松動圈就離洞口遠(yuǎn)。換句話說,爆破效果好則圍巖受到擾動小。若松動圈范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,將導(dǎo)致隧道破壞,其原因是圍巖松動、裂隙擴(kuò)大造成的。因而,應(yīng)采用光面爆破控制松動圈厚度,以盡量減少對圍巖的沖擊破壞,阻止松動圈內(nèi)巖石的進(jìn)一步軟化,并作好錨噴支護(hù),使圍巖一部分恢復(fù)