[发明专利]煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法，属于隧道施工工法技术领域。

背景技术

中国专利公报于2010年2月3日公开了专利申请号为200910305045.9、专利名称为《海底隧道断层破碎带铣挖支护施工方法》的发明专利。该专利技术使用铣挖机对隧道的上半部分沿隧道轮廓进行刻槽，安装钢格栅后对上半部分中间岩体进行铣挖（全部用铣挖机作业完成），然后进行下半部分的铣挖或先进行爆破开挖，预留50～100cm的铣挖层，待爆破后，使用铣挖机进行轮廓铣挖。该专利技术适用于海底破碎地层，其适用的断面小，对上半部分中间岩体使用铣挖作业，工作效率较低，铣挖过程中无法进行其它工序；再者对下半部分中间岩体若使用铣挖作业，同样存在工作效率低的问题，若使用爆破作业，并预留铣挖层，那么在复杂的地层隧道中，爆破时其冲击力会通过预留铣挖层传递到周边岩体中，可能引起周边岩体塌方等问题。随着我国交通基础建设的快速发展，特别是西部大开发战略的不断推进，山区高速公路快速发展，为缩短公路里程、适应山区地形、节省投资，减少耕地占用，隧道成为很重要的一种公路结构形式。目前隧道开挖施工主要根据新奥法原理，开挖方法分为机械切削法和钻爆法两种，但限于掘进机、劈石机、TBM等大型机械设备价格昂贵、维修困难、工效低等因素，实际工程中以钻爆法为主，在未来隧道建设中仍将占据着重要地位。新奥法强调通过光面或预裂爆破方法降低爆破振动，减少对隧道围岩和支护体系的振动影响，最大限度地保护围岩，控制爆破对围岩体的损伤程度，减少超欠挖，充分利用围岩的自承载能力。光面爆破技术在隧道钻爆法施工中被确认为控制周边超欠挖的标准方法之一，它对地质条件适应性强、有着开挖质量控制好、节约支护成本等优点，能有效提高开挖作业的工作效率。根据市场调研以及我公司大量的隧道工程实践，光面爆破技术在Ⅰ～Ⅲ级硬质围岩掘进中获得较好的应用效果，但在节理发育的Ⅳ、Ⅴ、VI级中等硬度或较软围岩体中应用时往往效果不佳，爆破扰动大，超欠挖严重，拱顶部位常出现不同程度的掉块或塌方问题。在偏软的Ⅳ、Ⅴ、VI级围岩中应用时，除了上述问题，还面临围岩大变形和初支倾斜等难题。调查统计表明，出现上述问题的主要原因一方面是隧道施工控制问题，如隧道开挖台阶长度过长、初期支护未及时封闭成环和二次衬砌未及时跟进导致围岩失稳等，另一方面是源于钻爆法自身的缺陷，如对围岩扰动深、爆破振动大、变形不易控制等，仅通过光爆优化无法从根本上解决钻爆工法的不足。贵州是我国南方产煤大省，煤系地层分布广泛，随着西部高速公路建设的快速发展，大量公路隧道将不可避免地穿越煤系地层，煤系地层是隧道建设中的不良地质现象，直接关系到隧道施工及营运的安全，围岩级别多为IV～VI级软弱破碎岩体，实际工程中除了面临防突、防瓦斯等安全问题，还面临大变形、塌方及冒顶等难题，施工风险高，难度大。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法，解决煤系地层隧道在施工时对于节理发育的Ⅳ、Ⅴ、VI级中等硬度或较软围岩体钻爆施工时引起的爆破扰动大、超挖严重、局部塌方不断的技术难题以及煤层瓦斯隧道具有高风险等施工问题。

本发明的技术方案：一种煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法，根据上下台阶法将煤系地层隧道横断面划分为上台阶弧导部分、上台阶核心土部分、下台阶右侧边墙部分、下台阶核心土部分以及下台阶左侧边墙部分，对于各部的施工按如下步骤进行：

A、对上台阶弧导部分实施铣挖切槽；

B、上台阶弧导部分切槽完成后，进行初期支护，形成稳定的承载拱；

C、对下台阶左侧边墙部分、下台阶右侧边墙部分进行下台阶两侧边墙部分铣挖切槽，并施作初期支护；

D、对上台阶核心土部分、下台阶核心土部分进行核心土钻孔、装药、起爆作业，通风后出渣；

E、重复步骤A～D，直至整个隧道开挖结束。

上述的煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法，所述步骤C中对下台阶左侧边墙部分、下台阶右侧边墙部分连续铣挖作业时，保持左、右边墙部分纵向错开2～3榀，待一侧施作完成初期支护后，再进行另一侧边墙铣挖切槽并施作初期支护。

上述的煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法，所述步骤B中对上台阶弧导部分施作初期支护的时候，同时进行步骤C。