矿山法隧道喷射混凝土超耗控制技术.pdf
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1、 年 月第 卷第 期?年 月第 卷第 期中 文 引 用 格 式:李 建 林,周 长 林,吴 金 刚矿 山 法 隧 道 喷 射 混 凝 土 超 耗 控 制 技 术 特 种 结 构,():英 文 引 用 格 式:,():矿 山 法 隧 道 喷 射 混 凝 土 超 耗 控 制 技 术李 建 林周 长 林吴 金 刚北 京 市 市 政 工 程 设 计 研 究 总 院 有 限 公 司 摘 要:为 了 控 制 山 岭 隧 道 施 工 过 程 中 喷 射 混 凝 土 超 耗 问 题,本 文 以 实 际 工 程 中 喷 射 混 凝 土 超 耗 现 象 突出 为 背 景,利 用 调 研 和 现 场 试 验 相 结
2、 合 的 方 式,开 展 了 超 挖 引 起 的 超 耗 和 喷 射 混 凝 土 回 弹 引 起 的 超 耗两 方 面 的 研 究,得 出 控 制 好 隧 道 开 挖 过 程 中 钻 杆 角 度、装 药 结 构 可 有 效 改 善 超 挖 现 象 和 优 化 混 凝 土 配合 比、喷 射 工 艺 参 数 及 喷 射 方 案 可 有 效 控 制 回 弹 的 结 论。另 外,通 过 试 验 得 到 隧 道 喷 射 混 凝 土 施 工 中速 凝 剂 掺 量 和 喷 射 距 离 的 最 优 解,并 应 用 在 黄 台 隧 道。结 果 表 明,通 过 优 化 相 关 影 响 因 素,隧 道 喷 混回 弹
3、 率 可 从 下 降 到,效 果 明 显。关 键 词:矿 山 法 隧 道喷 混 超 耗超 挖喷 混 回 弹速 凝 剂:牞 牞 牞 牶 牞 牞 牷 牞 牞 牞 牶 引 言随 着 我 国 社 会 与 经 济 的 飞 速 发 展,我 国 隧 道及 地 下 工 程 发 展 迅 猛,截 止年,我 国 公 路隧 道 数 量 达 到处,总 长 度 达 到 万米,其 中 特 长 隧 道处,总 长 度 达 到 万 米。我 国 已 成 为 世 界 上 隧 道 建 设 规 模 最 大、数 量 最 多、速 度 最 快 的 国 家 之 一。随 着 我 国 公 路 隧 道 的 大 规 模 建 设,也 暴 露 出一 些 技
4、 术 问 题 亟 待 解 决,其 中 隧 道 喷 混 超 耗 就 是典 型 问 题 之 一。建 筑 业 碳 排 放 量 超 过 全 国 碳 排放 量 的 一 半,其 中 钢 材、水 泥 碳 排 放 占 建 材 生 产碳 排 放 的。钻 爆 法 隧 道 建 设 过 程 中,控制 超 挖、减 少 喷 混 回 弹 量 等 对 降 低 项 目 成 本、提高 经 济 和 社 会 效 益 都 有 着 积 极 的 影 响,将 是 碳 中和 进 程 中 重 要 的 一 个 环 节。对 于 隧 道 超 挖 控 制,巩 中 江 等 为 减 少 铁 路 隧道 超 挖,通 过 对 周 边 孔 间 距、光 爆 层 厚
5、度、炮 孔长 度、装 药 量 和 分 段 装 药 结 构 进 行 优 化,实 现 了矿山法隧道喷射混凝土超耗控制技术李 建 林周 长 林吴 金 刚?爆 破 效 果 满 足 铁 路 隧 道 光 面 爆 破 控 制 的 要 求。刘 义 等 针 对 上 软 下 硬 的 不 均 匀 地 质,提 出 采 用 机械 开 挖 辅 以 弱 爆 破 的 开 挖 方 式 及 其 他 措 施 来 降 低隧 道 超 欠 挖 程 度,并 提 出 改 进 每 循 环 进 尺、精 准计 算 炮 眼 深 度、充 分 利 用 超 前 小 导 管 等 方 式 可 减小 隧 道 超 欠 挖。对 于 隧 道 喷 混 回 弹 控 制,
6、张 海 波 建 议 降 低 喷射 混 凝 土 超 耗 主 要 从 控 制 隧 道 平 均 线 性 超 挖、控制 喷 射 混 凝 土 回 弹 量、加 强 施 工 组 织 管 理 这个方 面 着 手;刘 康 研 究 了种 矿 物 掺 合 料 和种有 机 高 分 子 材 料 作 为 回 弹 抑 制 材 料 对 混 凝 土 性 能的 影 响,并 验 证 了 其 对 喷 射 混 凝 土 回 弹 抑 制 的 效果;郭 永 忠 采 用 现 场 喷 射 试 验 手 段 发 现 提 高 砂率 有 助 于 降 低 混 凝 土 的 回 弹 率,同 时 粉 煤 灰 加 入量 的 提 升,需 水 量 也 随 之 逐 步
7、 提 升,回 弹 率 有 所下 降;宁 逢 伟 等 为 理 清 湿 喷 混 凝 土 回 弹 率 的 主要 控 制 因 素,从 混 凝 土 原 材 料、配 合 比、施 工 工艺 三 个 方 面 综 述 了 各 因 素 对 回 弹 率 的 影 响,得 出掺 加 掺 合 料、掺 加 纤 维、提 高 掺 合 料 细 度、降 低骨 料 最 大 粒 径 等 措 施 均 可 降 低 混 凝 土 在 喷 射 传 输过 程 中 的 分 散 性,从 而 降 低 回 弹 率。在 此 大 背 景 下,本 文 基 于 国 道新 线 高 速公 路 工 程,开 展 隧 道 喷 混 超 耗 的 试 验 和 研 究。工 程 概
8、 况国 道新 线 高 速 公 路 工 程 东 起 西 六 环 路,向 西 经 门 头 沟 区 妙 峰 山、王 平、雁 翅、斋 堂、清水,出 市 界 接 河 北 省 张 涿 高 速 公 路,路 线 全 长 约。全 线 设 隧 道处,其 中 特 长 隧 道处、长 隧 道处,中 短 隧处,累 计 路 线 长 度,占 比。其 中 黄 台 隧 道 左 线 长,右 线 长,为 特 长 隧 道,全 线 地 质 条 件 主 要 为 强 风化微 风 化 的 灰 岩。隧 道 喷 混 超 耗 主 要 影 响 因 素本 文 结 合 黄 台 隧 道 实 际 施 工 情 况,对 施 工 过 程中 已 施 工 部 分 区
9、段 隧 道 喷 混 超 耗 及 喷 混 回 弹 等 相 关数 据 进 行 了 统 计 分 析,得 出 隧 道 总 体 喷 混 超 耗 率 平均 达 到,喷 混 回 弹 率 平 均 达 到。隧 道 喷 混 超 耗 在 隧 道 施 工 中 主 要 体 现 在 两 个方 面,一 方 面 是 隧 道 超 挖 引 起 的 超 耗,另 一 方 面是 初 支 喷 射 混 凝 土 回 弹 引 起 的 超 耗。喷 混 超 耗 直接 造 成 工 程 投 资 的 增 加 和 资 源 浪 费,非 常 有 必 要进 行 喷 混 超 耗 的 影 响 因 素 和 控 制 措 施 的 研 究。隧 道 超 挖 影 响 因 素根
10、 据 隧 道 实 际 施 工 流 程,隧 道 开 挖 主 要 包 含测 量 放 样、钻 眼 和 装 药 爆 破,每 一 步 操 作 不 当 都可 能 会 造 成 隧 道 超 挖。隧 道 开 挖 掌 子 面 钻 眼 前,测 量 人 员 通 过 测 量放 出 隧 道 中 线、开 挖 轮 廓 线 和 炮 眼 等 的 位 置,钻眼 作 业 人 员 根 据 测 量 放 样 位 置 钻 眼。因 此,测 量放 样 准 确 性 对 超 挖 影 响 较 大。钻 眼 作 业 人 员 根 据 测 量 放 样 钻 眼,由 于 操 作空 间 的 局 限 性,一 般 钻 眼 时 均 需 保 证 一 定 的 外 插角,钻
11、杆 外 插 角 控 制 不 好 就 容 易 造 成 超 挖 过 大,同 时,钻 眼 长 度 也 直 接 关 系 超 挖 大 小。因 此,钻眼 也 是 影 响 超 挖 的 重 要 因 素 之 一。装 药 必 须 严 格 按 照 爆 破 设 计 装 药 结 构 进 行,明 确 是 连 续 装 药、间 隔 装 药 还 是 不 耦 合 装 药。实际 过 程 中,经 常 出 现 按 照 经 验 进 行 装 药,装 药 超过 设 计 装 药 量 就 容 易 造 成 超 挖。因 此,装 药 也 是影 响 超 挖 的 重 要 影 响 因 素 之 一。综 上,测 量 放 样 虽 影 响 大 但 易 控 制,钻
12、孔 角度 和 装 药 结 构 是 需 重 点 控 制 的 因 素。隧 道 喷 混 回 弹 影 响 因 素隧 道 开 挖 完 成 后,需 及 时 对 围 岩 进 行 初 期 支护,初 期 支 护 主 要 由 喷 混、锚 杆、钢 筋 网 及 钢 拱架 组 成,根 据 围 岩 级 别 的 不 同,支 护 方 式 会 有 不同,但 喷 混 是 各 围 岩 级 别 共 同 的 支 护 材 料 之 一。隧 道 喷 混 超 耗 除 超 挖 引 起 外,另 一 个 主 要 因素 是 初 支 喷 混 回 弹 造 成 的 超 耗。喷 混 回 弹 是 喷 混粒 料 与 围 岩、钢 拱 架、钢 筋 网 或 已 喷 射
13、 粒 料 相 碰撞 后,喷 混 粒 料 从 受 喷 面 弹 落 的 现 象。喷 混 回 弹与 原 材 料 配 合 比、喷 射 工 艺 参 数 和 喷 射 方 案 等 直接 相 关。原 材 料 包 括 骨 料、水、水 泥、矿 物 掺 合料 和 速 凝 剂 等;喷 射 工 艺 参 数 包 括 喷 射 角 度、喷射 距 离 和 喷 射 压 力 等;喷 射 方 案 包 括 喷 射 厚 度、素 喷 或 挂 网 喷 等。本 文 将 依 据 现 场 实 际 条 件,结 合 试 验,重 点研 究 速 凝 剂 掺 量 和 喷 射 距 离 对 喷 混 回 弹 的 影 响。隧 道 超 挖 控 制 措 施隧 道 超
14、挖 需 从 测 量 放 样、钻 孔 和 装 药 爆 破 三个 方 面 进 行 重 点 控 制。测 量 放 样 时,建 议 采 用 隧 道 激 光 断 面 仪 等 仪 年 月第 卷第 期 器 准 确 确 定 隧 道 开 挖 轮 廓 线 和 炮 孔 位 置。利 用 醒目 标 识 标 记 轮 廓 线、炮 孔 的 准 确 孔 位,以 便 钻 眼作 业 人 员 准 确 钻 眼。同 时 建 议 开 挖 完 成 后 准 确 测量 开 挖 后 的 轮 廓,为 超 挖 控 制 提 供 数 据 支 撑。钻 眼 作 业 人 员 施 钻 前,需 熟 悉 炮 眼 布 置 图,严 格 按 钻 爆 设 计 和 测 量 放
15、样 施 钻,不 得 随 意 更 改炮 孔 的 间 距 和 位 置。周 边 眼 施 钻 时,需 严 格 控 制凿 岩 机 钻 杆 角 度,以 控 制 超 挖 量。装 药 前,装 药 工 需 熟 悉 各 炮 孔 爆 破 设 计,准确 按 照 爆 破 设 计 装 药。同 时,相 关 人 员 需 根 据 爆破 后 超 挖 情 况,动 态 调 整 周 边 眼 等 装 药 结 构,以控 制 爆 破 引 起 的 超 挖。实 际 工 程 中,建 议 施 工 单位 与 爆 破 团 队 建 立 有 效 的 沟 通 管 理 机 制,尽 可 能控 制 隧 道 超 挖。黄 台 隧 道 施 工 单 位 为 了 减 少 超
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