云山隧道软弱围岩光面爆破技术研究报告.docx

和榆高速公路云山隧道超长隧道综合施工技术研究中铁十五局集团有限公司兰州交通大学云山隧道软弱围岩光面爆破施工技术一、工程概况云山隧道位于山西省左权县城东北5公里处，横穿太行山脉西翼的阳曲山东南延，设计为分离式隧道，左线起止里程ZK43+570-ZK54+978，全长11408米，右线起止里程K43+590-K54+967，全长11377米。左右线均为超长隧道，间距为30-35米，最大埋深742.67米，共设附属工程—斜井3处，竖井一处。隧道主洞（出口端）及斜井围岩级别分Ⅴ（Ⅴ级围岩）、Ⅳ3（Ⅳ级围岩深埋有仰拱）、Ⅳ2（Ⅳ级围岩深埋无仰拱）、Ⅳ1（Ⅳ级围岩浅埋）、Ⅲ2（Ⅲ级围岩加强段）、Ⅲ1（Ⅲ级围岩正常段），其中Ⅴ级围岩为2#斜井进洞段10米，Ⅳ35313.85米，Ⅳ21605米，Ⅳ130米，Ⅲ25540米，Ⅲ11310米，III级围岩占总开挖量的49.64%。根据围岩级别划分情况，总体围岩较好，但部分地段围岩条件较差，如2#、4#斜井洞身段全部通过泥质页岩地段，主洞地段可能通过岩溶、突水段和岩爆等不良地质地段，中铁十五局施工的施工范围为：左线zK49+300-ZK54+978，左线长5678米；右线K49+300- K54+967，右线长5667米。2#、4#斜井属于本合同段的任务范围。1.1地形、地貌隧址区位于山西省东部，横穿太行山山脉中南部西翼的阳曲山东南延，地形地貌极为复杂，崇山峻岭，峰峦叠嶂，沟壑纵横，海拔介于1215.33-2070.70米，相对高差855.37米，总的地势为东高西低，微地貌为基岩山脊、梁、悬崖、峭壁、陡坎、冲沟，较大冲沟以北东向为主。隧址区位于孟信垴自然保护区。1.2气象隧址区属暖温带季风气候区，四季分明，年平均气温为7.9℃，最冷月份在一月，平均气温为-5.4℃；年平均降水量为540㎜，最大降水量为1069㎜；最大冻土深度为103㎝。1.3地层岩性隧道穿过白云岩夹竹叶状白云岩、泥质条带灰岩、鲕状灰岩、泥页岩、石英状砂岩夹泥页岩、铁质长石砂岩、石英岩状砂岩、含铁质长石石英砂岩，软硬岩比例2:8，层间结合较好，节理裂隙不发育，岩体较完整，富水性一般。1.4设计标准云山隧道按双向四车道高速公路标准进行设计,主要设计标准如下: 设计速度80/小时，分离式建筑限界采用单洞限宽10.25m，限高5.0m;人行横通道:限宽2.00m,限高2.50m;车行横通道:限宽4.50m,限高5.0m;紧急停车带:限宽13.00m,其横断面组成为(0.75+0.5+3.75×2+3.5+0.75)m,限高5.0m; 汽车荷载等级:公路一级。二、新奥法施工2.1软弱围岩软弱围岩和软质岩不是同一概念。软弱围岩通常指工程软岩范畴，包括软弱、破碎、富水等不良地质条件下的围岩。导致软弱围岩强度较低的原因主要可分为以下三类。1. 岩石强度低根据我国工程岩体分级标准、岩土工程勘察规范、铁路隧道设计规范等资料，一般将单轴饱和抗压强度低于34MPa的岩石称为软质岩。软质岩主要包括未成岩的岩石、己风化的岩石以及含有软弱矿物的岩石。未成岩的岩石，也即尚未固结的岩石，其范围大致是新第三系以后的低固结、未固结的砂岩、泥岩;以及形成一部分冲积层的砂质土、砾质土、火山灰等未固结的以及固结度低的岩石，统称为未固结岩石。已风化的岩石是指由于风化作用而使强度降低的岩石，包括全风化的各类土。含有软弱矿物的岩石主要包括泥质岩组，含煤岩组，含盐、含石膏岩组，云母片岩、滑石片岩组等。2. 岩体破碎对于一些坚硬的岩石，如坚硬的岩浆岩、石灰岩、砂岩等，虽然其岩石强度较高，但若受到强烈的构造运动影响，导致节理、裂隙、断层等结构面发育，从而致使岩体强度降低，围岩稳定性变差。3. 围岩赋存环境差隧道围岩由于赋存于富水、高地应力等不良地质环境中，而易引起涌水、塌方等地质灾害，赋予于这种地质环境下的围岩也可称为软弱围岩。隧道工程的软弱围岩，通常是指包括软弱、破碎、富水等不良地质条件下的围岩。从围岩级别上看，这类围岩，基本上属于V , VI级围岩，对大断面和特大断面隧道，也包括一部分Ⅳ级围岩在内。简单地说，隧道软弱围岩就是用通常的初期支护及简易的小导管支护不能控制开挖后的围岩变形，而需要采用“有针对性的控制变形对策”(即所谓的辅助工法)的围岩。按照国际隧道协会（ITA）定义的隧道的横断面积的大小划分标准分类：分为极小断面隧道（2～3㎡）、小断面隧道（3～10㎡）、中等断面隧道（10～50㎡）、大断面隧道（50～100㎡）和特大断面隧道（大于100㎡）。本课题将要研究的正是处于Ⅳ、V级围岩的（特）大断面主隧道和斜井的施工。2.2新奥法20世纪60年代提出了一种新的隧道设计施工方法，即新奥法，新奥法的核心是利用隧道围岩的自承作用来支撑隧道，促使围岩本身变为支护结构的重要组成部分，使围岩