软弱围岩隧道液压破碎锤开挖工法

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1、软弱围岩隧道液压破碎锤开挖工法（中铁二十三局集团第三工程有限公司四川成都）倪修泉樊建国刘慧李松钟正军摘要：阐述了将液压破碎锤用于铁路软弱围岩隧道开挖的创新施工方法，并结合格鲁吉亚第比利斯绕城铁路项目隧道施工的工程实例，讲述了液压破碎锤开挖软岩隧道的成功经验。关键词：隧道软弱围岩液压破碎锤工法1.前言隧道作为铁路土建施工的重点、难点工程和节点工程，历来受到业界重视，虽然目前隧道施工理论发展成熟，技术和装备先进，经验丰富，但选择合适的施工方法一直是各施工单位研究的课题。2.工程简介中铁二十三局集团有限公司承

2、建的第比利斯绕城铁路项目，是格鲁吉亚近年来投资最大的铁路工程项目，是中国铁建在格鲁吉亚的首次建设项目，也是集团公司成立以来第一次以总承包模式中标的海外项目，更是我们走出国门参与市场竞争，展示企业形象的重要项目。该项目于2010年5月18日中标，6月14日与格鲁吉亚铁路有限责任公司签订合同，合同项目总投资为3.039亿瑞士法郎，折合人民币约20亿元。绕城铁路项目全长38.612km，新建双线轨道28.73km，既有线改造9.96km,新建车站2个，隧道4座总长3585m，桥梁1368.5m，路基土石方85

3、0万方，通信、信号、电力94.46km，设计时速100km/h，轨距1520mm。主要技术标准正线数目：双线，最大纵坡坡度：18‰，最小曲线半径：600m，与Kakheti线路连接的轨道上采用300m；既有线改建段采用250m，到发线有效长度：850m。牵引种类：直流电力。列车类型：VL-10、VL-11。列车运行方式：自动闭塞。3.工法形成背景3.1工程地质项目地质条件较差，隧道内围岩为软弱泥质沉积岩，围岩强度不高，属于Ⅲ～Ⅴ类软弱围岩。此类岩石遇水易膨胀、风化或遇空气便风化为粘土，需尽量避免对围岩扰

4、动，而且此类围岩的特性，钻杆容易打入，但不易拔出，也增加了钻孔难度。3.2政策法规格鲁吉亚对炸药管制严格，审批程序复杂，项目位于首都第比利斯近郊，每次爆破都需向当地政府提出申请，且爆破时必须由格鲁吉亚专业爆破人员进行监控，导致洞内施工无法形成有效的24小时无间断循环作业，严重的影响了工程进度。3.3材料问题格鲁吉亚重工业不发达，炸药依赖进口，且当地市面的炸药性能不稳定，难以确定爆破参数，对实施光面爆破难度大、效果差，而且炸药价格高，难以有效节约施工成本。若采用传统的钻爆法，无论对工程结构还是施工进度和成

5、本控制，都相当不利。经过对隧道的岩石样本进行土工试验，对隧道施工方法进行专项研究，提出了“基于新奥法采用液压破碎锤进行掘进”的施工方法，并在第一座隧道——5#隧道进行尝试，不断改进和完善施工工艺流程，取得了很好的效果。此施工方法很快就被施工队熟练掌握，并推广到其他三座隧道。4.理论依据、工法特点、及适用范围4.1理论依据根据新奥法基本理论，充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆、钢筋网片、工字钢拱架和喷射混凝土为主要支护手段，将软弱围岩视为隧道承载结构的一部分。基于锚杆对围岩的挤压加固和

6、对岩层的组合作用，以钢拱架为骨架，通过安装钢筋网片和喷射混凝土，在围岩表面形成一层薄壁支护，对围岩进行加固,与围岩共同构成了隧道的初期支护结构，约束围岩的松弛和变形。薄壁支护通过监测了解初期支护围岩的变形情况，待支护抗力与围岩压力适应时进行封底，使变形收敛，隧道围岩趋于稳定，随后进行二次衬砌。根据隧道地质情况和围岩土工性能，将围岩分级。对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩，采用液压破碎锤开挖具有显著的优越性，其工法基本相同，即分台阶开挖、初期支护、二次衬砌。针对以上三类围岩的具体施工要求如下：表4-1各种围岩级别的软岩

7、隧道开挖围岩级别支护类型超前支护开挖方法预留核心土Ⅲ、Ⅳ×二台阶四步开挖法×Ⅴ超前锚杆三台阶七步开挖法√表4-2各种级别的软岩隧道初期支护与衬砌围岩级别支护类型初期支护二次衬砌初喷系统锚杆工字钢拱架钢筋网片锁脚锚杆喷射混凝土Ⅲ、Ⅳ××√√√√√Ⅴ√√√√√√√4.2工法特点该施工方法按照新奥法“管超前、严注浆、强支护、短进尺、早成环、环套环、勤量测”的施工方法，按台阶法开挖。采用反铲履带挖掘机装备液压破碎锤对台阶、仰拱和洞室进行开挖。相对于传统的钻爆法，无需钻孔，以良好的安全性、适应性、经济性、灵活性、

8、低噪声、对围岩扰动小、易控制超欠挖、机械化程度高、工序简单及对环境污染小等优点得到了业主、监理及所有施工人员的认可和好评。4.3适用范围根据实践经验，该工法适用于Ⅲ～Ⅴ类软弱围岩，且围岩有一定的自稳能力。5.施工工艺流程及操作要点5.1三台阶七步开挖法此法较为传统，在Ⅴ类围岩地段利用液压破碎锤掘进时采用，相关的实践与论文繁多，具体的工艺不再赘述。5.2二台阶四步开挖法此法用于Ⅲ、Ⅳ类围岩，液压破碎锤掘进的优势在此得到突出体现。二台阶四步开挖