CN112943261A - 一种隧道围岩开挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于隧道施工技术领域，提供了一种隧道围岩开挖施工方法，包括：步骤一：施工准备，对施工现场进行标准化测量；步骤二：超前地质预报，采用地质素描和地质雷达共同结合的形式对隧道未开挖部分进行探测，获取地质素描图和地质预报，并通过地质素描图和地质预报判定安全等级；步骤三：隧道开挖，采用铣挖机对黄土隧道掌子面进行三台阶施工开挖，并实时进行变形量测和地质素描工作；步骤四：围岩变形智能监测，采用三维激光扫描仪和红外线热成像仪结合的方式实时、全方位获取空间结构数据，进行隧道变形分析；步骤五：对围岩软弱地区进行支护。本发明优点：操作简便，检测能力强，数据精确。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道围岩开挖施工方法。
背景技术
随着科技的发展，社会的进步，我国经济的到了迅猛发展，道路是致富的先行官，在山区主要进行隧道开挖。隧道穿越高地应力区、断层及遇到软弱围岩时，常产生软弱围岩大变形，由此影响施工安全和施工效率。山岭高速公路越来越多的被设计为三车道高速公路，同时，穿越山岭时隧道也成为三车道山岭隧道。虽然三车道隧道属于大跨径隧道，在修建时存在一定难度，但是还是越来越多的被采用。对于大断面隧道黄土V级围岩开挖支护施工中，选择如何开挖和支护是重难点内容，直接决定了使用的机械、投入的成本等。目前，国内对大跨径隧道黄土V级开挖支护往往影响了整个项目工期和效益，同时一旦发生初支变形沉降过大，或者拱顶坍塌等事情，将极大的影响隧道施工的安全、质量、进度和效益。尽管现代超前探测技术较为先进，但是隧道施工中不可预见因素太多，围岩变化较快，一整座长大隧道施工完毕，地质类型变更往往不可控，导致监控困难，存在非常大的安全隐患。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种隧道围岩开挖施工方法，旨在解决监控困难的问题。
本发明是这样实现的，一种隧道围岩开挖施工方法，包括：
步骤一：施工准备，对施工现场进行标准化测量；
步骤二：超前地质预报，采用地质素描和地质雷达共同结合的形式对隧道未开挖部分进行探测，获取地质素描图和地质预报，并通过地质素描图和地质预报判定安全等级；
步骤三：隧道开挖，采用铣挖机对黄土隧道掌子面进行三台阶施工开挖，并实时进行变形量测和地质素描工作；
步骤四：围岩变形智能监测，采用三维激光扫描仪和红外线热成像仪结合的方式实时、全方位获取空间结构数据，进行隧道变形分析，自动捕获隧道状态，做到异常状态报警，确保施工人员人身安全。
步骤五：对围岩软弱地区进行支护。
通过地质素描和地质雷达对隧道未开挖部分进行探测，地质素描获取地质素描图，地质雷达雷达进行岩性评价和地质预报，并通过地质素描图和地质预报判定安全等级；实时扫描图片和红外辐射能量分布图搭配分析，进行形态和能量互补分析，提高了检测能力，从而可以实时、全方位检测。该施工方法基于黄土地区隧道的特点，对隧道施工方法进行了特质进行分析监控，具有良好的经济效益和社会效益。本发明优点：操作简便，检测能力强，数据精确。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种隧道围岩开挖施工方法的地质雷达测线布置示意图；
图2为本发明实施例提供的一种隧道围岩开挖施工方法的施工布置示意图；
图3为本发明实施例提供的一种隧道围岩开挖施工方法中三维激光扫描仪和红外线热成像仪的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种隧道围岩开挖施工方法施工流程图。
附图中：上台阶1；中台阶2；下台阶3；玻纤锚杆4；通风管5；高分子逃生管6；光导***采光装置7；光导***漫射装置8；扬尘监测装置9；隧道竖井10；SDS系列隧道射流风机11，行走平台12，无线传输装置13，红外线热成像仪14，三维激光扫描仪15。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图4所示，为本发明实施例提供的一种隧道围岩开挖施工方法，包括：
步骤一：施工准备，对施工现场进行标准化测量；
步骤二：超前地质预报，采用地质素描和地质雷达共同结合的形式对隧道未开挖部分进行探测，获取地质素描图和地质预报，并通过地质素描图和地质预报判定安全等级；
步骤三：隧道开挖，采用铣挖机对黄土隧道掌子面进行三台阶施工开挖，并实时进行变形量测和地质素描工作；
步骤四：围岩变形智能监测，采用三维激光扫描仪和红外线热成像仪结合的方式实时、全方位获取空间结构数据，进行隧道变形分析，自动捕获隧道状态，做到异常状态报警，确保施工人员人身安全。
步骤五：对围岩软弱地区进行支护。
在本发明的一个实例中，施工前准备，需要对施工的端面按照施工需求进行测量，将检测数据设计成施工方案，通过地质素描和地质雷达对隧道未开挖部分进行探测，地质素描获取地质素描图，地质雷达雷达进行岩性评价和地质预报，并通过地质素描图和地质预报判定安全等级；安全等级在操作范围内，对隧道进行开挖，洞身开挖采用三台阶分部开挖法进行施工，配合3台自卸汽车及1台装载进行同步出渣作业。过程中先进行上台阶分部开挖、分部修边，开挖完成后移机至中台阶，监控量测小组对上台阶进行变形量测和地质素描工作，中开挖完成后移机至下台阶，监控量测小组对中台阶进行变形量测和地质素描工作，待下台阶开挖完成，监控量测数据处理后，确定掌子面围岩稳定、变形数据正常，然后上中下台阶进行初期支护作业。
隧道最大跨处净空宽度为13.25m，ER1500铣挖机定位截割范围的最大高度为6.78m、最大宽度7.43m，开挖过程中需进行一次移机，经过第一阶段的工艺总结，确定铣挖机按照以下方法进行开挖作业。
施工顺序：采用三台阶开挖，包括上台阶1、中台阶2、下台阶3；上台阶1核心土开挖→上台阶1轮廓修边→掘进机移机至中台阶2右侧→中台阶2右侧开挖→中台阶2右侧轮廓修边→掘进机移机至中台阶2左侧→中台阶2左侧开挖→中台阶2左侧轮廓修边→下台阶3开挖→下台阶3右侧开挖→下台阶3右侧轮廓修边→下台阶3左侧开挖→下台阶3左侧轮廓修边。截割一般要求：利用截割头上下、左右移动截割，截割出初步断面形状，截割断面与实际需要断面不一致时，进行二次修正。截割第一步进尺不超过1倍的钻头长度，待截割范围均截割完成后，掘进机再向前进行截割第二步截割范围。截割路线尽量利用从下而上左右移动截割的方法进行。施工安全进尺，根据试验段采用的施工进尺参数和观察量测掌子面围岩变形情况，开挖进尺2.4m，掌子面围岩稳定，无掉块现象，开挖轮廓圆顺，监控量测数据正常，经过现场数据统计，上台阶掘进2.4m用时2小时15分钟以内，上台阶掘进完成后移机至中台阶施工，中台阶掘进2.4m用时1小时30分钟，中台阶掘进完成后移机至下台阶施工，至下台阶施工完成时间在4.5小时以内，作业人员工作强度适中，开挖3m整体完成时间在5h小时以内，与掘进2.4m相差0.5小时，经过试验段工艺总结确定的进尺参数为2.4m～3m之间，过程中根据围岩条件、监控量测数据等进行合理动态调整。
作为本发明的一种优选实施例，地质素描：隧道作业队技术人员按相关要求完成地质素描工作，在掌子面开挖后规定时间内进行，规定时间为1-3小时，其中以2小时为最优，地质素描的主要内容；岩性描述，岩性描述包括岩石风化程度、层间结合程度、岩体结构面状态等；层性描述，层性描述包括描述褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状等，断层的位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及与隧道的关系，判断岩体完整程度；围岩的稳定特征及支护情况，记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式及初期支护后变形的情况，发生围岩失稳或变形加大的地段，详细分析、描述围岩失稳或变形发生的原因、过程、结果等；进行隧道施工围岩分级；采集观察面影像资料。
作为本发明的一种优选实施例，地质雷达：采用LID型探地雷达进行隧道横截面分层检测，由于采用三台阶进行开挖，所以地质雷达采用单层检测，单次预报距离为30～50m。因地质雷达预报距离较短，项目部需根据掌子面施工情况及时联系第三方进行地质预报工作，预报及时不间断，保证施工安全。地质雷达测线布置如图1所示；
如图2所示，作为本发明的一种优选实施例，采用三维激光扫描仪15对隧道内部进行扫描。实时、准确、全方位获取空间结构数据，进行隧道变形分析，指导隧道信息化施工，从而能及时对隧道的施工进行风险预警预报。扫描过程中对隧道内部进行分段扫描，由三维激光扫描仪15所搭载的无线传输装置13将实时扫描图片传输到主控模块进行远程获取点云数据；在获取完点云数据后主控模块对数据进行处理并自动生成隧道结构图。另外，所测得的点云数据分别在以各测量站点为原点的相互独立的坐标系中，因此在隧道变形分析时，需要对各测站点数据进行拼接。将生成的隧道截面图与设计规范进行对比，观察其隧道的周边位移、拱顶下沉等位移量是否处于正常状态，当实测数据收敛速率出现反弯点等异常情况时，则说明围岩出现异常性变形，需采取加强支护措施。
三维激光扫描仪15与红外线热成像仪14安装在同一行走平台12上，行走平台12底部可以安装万向轮或者前进驱动装置，以方便移动。红外线热成像仪14与三维激光扫描仪15对隧道内部同时进行监测。红外热像仪14是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描***组成，主要用于接收隧道内各个位置的红外辐射能量分布图，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过显示模块显示红外热像图。显示模块可以是电视屏或监测器等；红外线热成像仪14同样利用配备的无线传输装置12对传输隧道施工环境。这有利于对隧道内的异常红外辐射(例如突水现象)进行监测。实时扫描图片和红外辐射能量分布图搭配分析，进行形态和能量互补分析，提高了检测能力，从而可以实时、全方位检测。
作为本发明的一种优选实施例，隧道内部的避险通道采用高分子逃生管6，高分子逃生管6具有重量轻、管道韧性好、抗冲击强度高、耐压性好、不易变形、可重复使用等综合性能，为隧道施工逃生应急救援提供了极为安全可靠的保障。
如图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述支护：
针对黄土隧道易渗水的特点，隧道初次支护采用玻纤锚杆4对围岩进行加固，一来防止黄土中水分与锚杆发生氧化反应而锈蚀，另一方面玻纤材料以其优越的抗拉拔性能十分适用于黄土隧道围岩支护。
针对黄土隧道的防水处理，采用聚脲喷涂的方式，能够快速固化，涂层致密柔韧，富有弹性和高强度，优异的抗震性能，一次涂刷2-3mm。最优涂刷2.5mm。
作为本发明的另一种优选实施例，隧道拱顶安装喷雾降尘设备进行降尘作业，当进行机械施工所引起的隧道内较大灰尘时，及时喷雾降尘，从而减少隧道洞内空气粉尘含量。另外，洞内进行土方运输作业时，将柴油运输装置改为电动运输装置，从而可以减少或消除隧道内的机动车尾气排放。隧道竖井10、储土场、砂石料场、搅拌***都实行彩钢棚封闭式管理，有效隔离噪声、粉尘；
作为本发明的一种优选实施例，隧道照明采用光导照明***，光导照明***可接在洞口或者隧道竖井10，将外界自然光经过无损传输送至隧道内部。光导照明***包括光导***采光装置7和光导***漫射装置8，光导***采光装置吸收光能传递给光导***漫射装置8进行漫反射，从而进行照明。光管采光***无需配置电器设备和电线，节约日间电力照明费用，采光时长平均每天约可达10小时。一次性投资，回收期短，同时***使用寿命长，能够减少普通电灯具的人力物力，没有运营成本，无需维护。另外，光导照明***外接光伏电池并连接有照明灯，以供夜晚隧道内部施工照明充足。在隧道竣工后，光导***依然能继续运营使用。
作为本发明的一种优选实施例，隧道通风装置采用SDS系列隧道射流风机11，SDS系列隧道射流风机11连通通风管5，利用射流风机产生的高速喷射气流，推动隧道内的空气顺着射流方向运动，从而实现通风换气，风机具有噪声低、抗腐蚀、耐高温等特点。
本发明上述实施例中提供了一种隧道围岩开挖施工方法，通过地质素描和地质雷达对隧道未开挖部分进行探测，地质素描获取地质素描图，地质雷达雷达进行岩性评价和地质预报，并通过地质素描图和地质预报判定安全等级；实时扫描图片和红外辐射能量分布图搭配分析，进行形态和能量互补分析，提高了检测能力，从而可以实时、全方位检测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，所述隧道围岩开挖施工方法包括：
步骤一：施工准备，对施工现场进行标准化测量；
步骤二：超前地质预报，采用地质素描和地质雷达结合对隧道未开挖部分进行探测，获取地质素描图和地质预报，并通过地质素描图和地质预报判定安全等级；
步骤三：隧道开挖，采用铣挖机对黄土隧道掌子面进行施工开挖，并实时进行变形量测和地质素描工作；
步骤四：围岩变形智能监测，采用三维激光扫描仪和红外线热成像仪结合的方式，实时、全方位获取空间结构数据，进行隧道变形分析；
步骤五：进行支护。
2.根据权利要求1所述的一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，所述地质素描，在掌子面开挖后规定时间内进行，地质素描包括：岩性描述、层性描述、围岩的稳定特征及支护情况、隧道施工围岩分级和采集观察面影像资料。
3.根据权利要求2所述的一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，所述岩性描述包括：岩石风化程度、层间结合程度、岩体结构面状态；层性描述包括：描述褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状，断层的位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及与隧道的关系，判断岩体完整程度；围岩的稳定特征及支护情况包括：记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式及初期支护后变形的情况，发生围岩失稳或变形加大的地段。
4.根据权利要求2所述的一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，所述规定时间为1-3小时。
5.根据权利要求1所述的一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，所述地质雷达进行隧道横截面分层检测。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，所述三维激光扫描仪将实时扫描图片传输到主控模块获取点云数据；在获取完点云数据后，主控模块对数据进行处理并自动生成隧道结构图；将生成的隧道截面图与设计规范进行对比，观察其隧道的周边位移、拱顶下沉等位移量是否处于正常状态。
7.根据权利要求1所述的一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，所述红外热像仪接收隧道内各个位置的红外辐射能量，将红外辐射能量转换成电信号，经放大处理、转换并通过显示模块显示红外热像图并获得分布图。
8.根据权利要求1所述的一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，隧道初次支护采用玻纤锚杆对围岩进行加固。
9.根据权利要求1所述的一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，所述隧道的防水处理采用聚脲喷涂的方式，一次涂刷2-3mm。
10.根据权利要求1所述的一种隧道围岩开挖施工方法，其特征在于，隧道采用光导照明***进行照明，光导照明***包括光导***采光装置和光导***漫射装置，光导***采光装置接在洞口或者隧道竖井，将外界自然光经过无损传输送至光导***漫射装置进行漫反射。
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