麻科义隧道砂层段施工关键技术研究

GXF360 2020-08-10

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1 前言

近年来我国中西部地区的路网设施建设步伐加快。由于中西部地区多为丘陵高原地貌，地质复杂，广泛分布有砂质新黄土、风积砂地质，多以长大隧道的方式通过。砂层隧道［1-3］在施工中受开挖扰动影响，极易出现漏砂、涌砂、塌方冒顶、沉降大变形等现象，施工难度极大。

2.1 两组患者术中情况比较研究组输卵管切除率为8.16%，对照组输卵管切除率为10.20%，差异无统计学意义(χ2=10.437，P>0.05)。研究组手术时间和术中出血量明显少于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

针对该种工况，通常做法是采取洞内或洞外注浆加固等措施。本文从另一个角度出发，采取改变施工工法、加强支护措施、合理组织施工管理等措施方面进行专项研究。

2 砂层段地质情况及施工难度分析

2.1 不良地质情况

新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程麻科义隧道位于陕西省延安市姚店镇境内，为单洞双线隧道，正洞全长8 728.55 m，最大埋深约234 m。隧道洞身穿越部分多夹有细砂层、细圆砾土，层间结合差，开挖后易发生剥落、产生坍塌。

隧道DK359＋900～DK360＋035段存在砂层，主要位于黄土和土石界面之间。洞身断面拱部1～3 m范围内为中砂，黄褐色，密实，稍湿，砂质均匀，呈松散结构；砾岩，灰褐色，碎屑结构，块状构造，强风化～弱风化；砂岩，灰褐色，砂质结构，层状构造，强风化～弱风化，呈角砾碎石状松散结构。浅埋段洞身地下水为基岩裂隙水，水量较大，见图1。

PISA2012的题型分为开放式构答(open-constructed-response)、封闭式构答(closed constructed-response)和选择题/多项选择题(selected-response/multiple-choice)[1]三种形式.其中开放式构答指需要学生有一些扩展性的回答的题目，比如学生需要写下步骤或者解释如何得到答案；封闭式构答指提供结构化设置的题目，学生容易判断正确与否，比如要求生处理的数据是出题者设置的简单数据；选择题值提供了一个或多个选项供学生选择的题目.据此对两份测试卷进行分类(见表5)：

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图1 DK359+943断面地质素描

2.2 施工面临的主要困难

（1）拱部砂层垮塌

饲养试验饲粮参考NRC（1994）肉鸡的营养需要，并结合养殖场饲粮组成标准进行配制。日粮组成及营养水平见表1。

隧道开挖拱部为中细砂层，自稳性较差，其余部分为砾石土、砂岩夹泥岩，需爆破开挖。受爆破扰动，拱部砂层垮塌严重，形成大的空洞，对下方施工人员的人身安全带来了安全隐患，见图2［4］。

图2 拱部砂层垮塌

（2）掌子面溜塌

由于隧道浅埋砂层段上覆地层较薄，开挖引起的变形极易诱发地表变形和围岩大变形。由于砂层的物理力学性质较差，开挖后围岩自身难以形成支撑环来维持洞室稳定。若施工方法和支护加固措施选取不合理，会使围岩产生过大变形，从而引起围岩坍塌破坏，甚至冒顶。因此合理选择开挖方法以及超前支护（加固）技术对掌子面的溜塌控制具有决定性作用。

（3）围岩变形

受到隧道开挖扰动的影响，围岩中原始应力的平衡状态被破坏，产生应力重分布，岩体的受力状态改变，致使岩体的强度降低，承载能力下降。当二次应力值大于岩体强度时，岩体发生塑性变形，形成围岩松动圈，隧道发生内空收敛变形［5］。

笔者作为陕西农垦集团朝邑农场有限公司外派到苏垦农发新洋分公司挂职的干部，全程参加了新洋分公司2018年三秋工作。新洋分公司运用现代公司化管理模式，依靠科技创新，落实关键技术措施，发展现代农业。新洋分公司发展现代农业的公司化管理模式，值得陕西农垦借鉴学习。

围岩中砂层及破碎的泥岩夹砂岩稳定性差，若采取的初支结构承载力不足，当围岩应力集中达到一定值后，会造成初支急剧变形破坏。初支结构被破坏后，变形进一步加剧，极易造成初支侵限。因此应根据围岩的变化情况及时调整支护参数及预留变形量。

3 施工关键技术

参照大断面黄土隧道施工关键技术［6-8］，确定主要施工顺序：上台阶（两侧拱脚部分石质）及中下台阶测量放线，严格控制炮眼间距→固定人员钻孔爆破→使用带松土器的挖机进行拱部砂层开挖修整→人工修整拱部开挖轮廓线→上中台阶出渣→上中台阶初支钢架安装→下台阶及仰拱开挖出渣→下台阶及仰拱初支钢架安装（同时上中台阶喷射混凝土）→下台阶及仰拱喷射混凝土→进入下一循环施工。

总之，高度重视课本知识的积累，以及狠抓题型搜集整理工作，并对以上所有内容严格要求读记，对提高学生的语文基本素养和能力方面大有裨益。不过，真正有点规律可循、有基础知识可使用的题目不多，主要是文学类阅读、诗歌鉴赏、作文等，除此外，大部分语文题目其实很灵活，很需要厚实的语文素养，这不是一朝一夕可以达成的。怎样才能让学生拥有比较好的语文能力，还需在实践中做其他方面更灵活的探索。

3.1 开挖工法选择

拱部砂层段落围岩综合判定为V级，采用Vb土复合式衬砌。该段落采用三台阶预留核心土法［9］开挖，上台阶长度不超过4m，中台阶长度5m。为减少爆破扰动，下台阶长度适当加长，但最长不得超过20 m。

因拱部砂层自稳性较差，故采用逐榀开挖，严格控制每一循环的开挖进尺。在下部石质部分松动爆破完成后，应立即采用人工配合机械（安装了松土器的挖掘机）进行上台阶的开挖修整，尽量缩短围岩的暴露时间。下台阶开挖与上中台阶支护施作，下台阶支护与上中台阶喷射混凝土作业交叉进行。

3.2 支护参数及预留变形量设置

（1）初支采用H230格栅钢架，间距60 cm；C25喷射混凝土，厚度30 cm；单层φ8钢筋网片，20 cm×20 cm。在上、中、下台阶每节点处各打设4根φ42×5的锁脚锚管，每根长4 m，在施作之前预注1∶1水泥浆，以增强锁脚锚管的抗压强度。施作角度为向下30°～45°。

（2）二次衬砌采用C35模筑钢筋混凝土，厚度50 cm。

（3）预留变形量根据监控量测数据进行动态调整，含水砂层段按照10～15 cm设置，无水砂层段按照15 cm设置。

3.3 超前支护施工

超前支护措施为φ89超前短管棚＋φ42超前密排小导管。

（1）φ89超前短管棚施工

为防止塌孔，采用潜孔钻机从两侧拱脚向拱部方向依次施作。φ89超前短管棚配合3～4环φ42超前密排小导管为一个循环。

为保证锁脚施工角度，采用洞渣或简易小平台，实现洞身“中间高，两侧低”，为作业人员创造条件，提高锁脚施工质量。

超前小导管施工直接影响拱部围岩的超欠挖及稳定性。

（2）φ42超前密排小导管施工

3.4 下部石质松动爆破及超挖控制技术

因拱部的砂层自稳性较差，在隧道下部为石质需爆破开挖的地段，采用分区域、分段位、多打眼、少装药、间隔爆破等方式，以减少爆破施工对拱部砂层的扰动。

隧道超欠挖是影响隧道施工综合效益的关键因素。在经济性方面，超挖会增加爆破费用、增加出渣量、延长出渣作业时间、增加回填混凝土等额外工程量；欠挖则会造成误工和窝工。在结构安全可靠性方面，超欠挖造成隧道局部应力集中，围岩的塑性变形显著增大，洞身围岩变形增大。欠挖超过允许限度时必须处理，造成再次超挖和增加围岩扰动的次数［10］。

3.5 初支施工

（1）钢架安装

若因超挖或坍塌造成进尺过大（超过10 cm）时，应增设一榀钢架，确保钢架紧贴掌子面围岩。在上、中台阶拱脚处采用泡沫铝或混凝土垫板进行支垫［11］，见图 3。

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图3 拱脚处支垫

（2）钢筋网片施工

相邻网片搭接不小于一个网格；若超挖较大，则采用2～3层钢筋网片，喷射混凝土直接封闭。

（3）锁脚锚管施工

若开挖台车长度不能满足小导管的施工要求，则先采用2 m的短钻杆预先成孔，完成后更换成3.5 m的长钻杆成孔。超前小导管外插角应控制在10°～15°，钻孔时风枪前端位于钢架腹板上固定孔位处且保证距离掌子面1 m（与线路中线平行）处，风枪枪身高度为18～27 cm。

（4）喷射混凝土施工

采用湿喷机械手进行喷射作业。每次施工时，必须将靠近掌子面的初支钢架端头采用喷射混凝土封闭密实，避免临空面过大而造成围岩坍塌。

在支护过程中安排专职安全员时刻观察拱部砂层的稳定情况，一是确保下方施工人员的人身安全，二是发现有漏砂处及时插入网片加强支护。每循环的钢架必须紧贴掌子面，在喷射混凝土时钢架与掌子面的间隙必须封闭，防止拱部的砂层继续向前方垮塌，形成恶性循环。

图3是He稀释剂条件下DF激光实测光谱.激光器输出的13支谱线，包含基于一能级跃迁的1P6～1P9谱线、二能级跃迁的2P6～2P9谱线和三能级跃迁的3P5～3P9谱线.激光谱线波长在3.6～4.0 μm范围，波长大于4.0 μm谱线未能输出.对比图2可知，采用N2稀释剂的燃烧驱动连续波DF激光输出光谱向长波偏移超过160 nm，且各振动能级跃迁谱线均为更高转动量子数跃迁谱线.

（5）初支背后回填注浆

虽然采取了一定的超前加固措施，但受到过大的爆破振动或施工工序衔接不紧促等因素的影响，松散的砂层结构极易产生坍塌掉块现象。若产生较大坍塌，需要在常规喷射作业完成后，再使用粉煤灰砂浆或C20细石混凝土进行拱部回填。

对于拱部超挖最大的位置，在初支钢架安装时预埋φ89注浆钢管，钢管外露15 cm，且不能紧贴岩面，距离超挖顶面预留5 cm，以免注浆料无法灌入。根据拱部需要回填的范围确定预留钢管的根数，一般预留2～3根即可，见图4。

图4 拱部预留注浆管

回填时间一般在初支施工后3 d左右，喷射混凝土3 d强度约为15 MPa。根据拱部需要回填的方量可分为两种情况进行回填注浆：回填方量不大于10 m3，可直接使用车载泵进行拱部回填；回填方量大于10 m3，需要在已支护好的上台阶钢架处设置临时钢支撑加固，并布置监控量测点进行观测。

使用车载泵进行泵送时，采用间歇式泵送，泵送速度不得超过10 m3/h，并时刻观察监控数据，每15 min采集一次数据，当两次采集的累计数据大于5 mm时应立即停止泵送，加强临时支撑系统，以提高泵送回填时原初支的稳定性，见图5。

由图4可以看出，发酵温度对酸奶品质的影响较大，高于43℃时，酸奶品质剧急下降；发酵温度42℃时，酸奶口感和组织机构最佳，评分85最高；发酵温度43℃时，酸奶口感润滑度下降，发酵温度44℃时，酸奶则产生大量乳清，凝乳不均匀，酸奶原有香味改变。因此选择42℃为最佳发酵温度。

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图5 拱部回填注浆及监测现场

3.6 安全步距控制

根据砂层段变形释放快、易失稳的特点，在原铁道部120号文的基础上，结合蒙华公司施工理念和现场实际围岩的特性，施工过程中以“仰拱封闭成环距掌子面距离不超过25 m，二衬仰拱、拱墙衬砌紧跟”的强制性规定来指导施工，这一强有力的措施很大程度上保证了施工安全［12］。

4 监控量测数据分析

4.1 监控量测情况

按5 m间距设置量测断面，每个断面埋设5个观测标，进行变形观测。该砂层段落长135 m，埋设监测断面28个，共埋设140个观测标。

第一，每一个教学点均安排一个蹲点领导具体分管该教学点的工作，教学点负责人直接对分管领导负责，分管领导对校长负责。

经统计，拱顶沉降GD累计最大值为13.8 mm，其最大变形速率为3.9 mm/d。水平收敛SL1累计最大值为-19.9 mm，其最大变形速率为-4.1 mm/d；水平收敛SL2累计最大值为-17.06 mm，其最大变形速率为-4 mm/d。

为体现出砂层段的变形特征，选取该段落中拱顶沉降和周边收敛累计值最大的断面DK359＋940、DK360＋020作为典型断面。

（1）DK359＋940典型断面

上台阶施工时间2017年6月4日，中台阶施工时间2017年6月7日，下台阶施工时间2017年6月24日。典型断面的变形趋势见图6。

图6 隧道DK359+940典型断面测点变形曲线

GD累计变形13.8 mm，SL1累计变形-4.2 mm，SL2累计变形-3.2 mm。初支成环时，GD累计变形量占总变形量的101%，SL累计变形量占总变形量的69%。初支外观无异常。

解法二：由（f x）=sin2x+a cos2x的图象关于直线对称，利用函数（f x）的图象关于直线x=m对称⇔（f x）=f（2m-x）可得：sin2x+a cos2x=sin，然后取代入即可求得a=-1.

（2）DK360＋020典型断面

但是即便是经典好题，如果使用不当或使用不到位，好题也很难发挥出原有的功效。就以这题为例，在实际教学时经常会出现学生看到题目后，个别学生就已知道正确答案的情况，于是教师便会请这些学生来讲解，而其他对答案不是很清楚的学生一旦知道结果，就失去了深入思考图形的周长、面积和形状三者之间关系的机会。而这道练习题的核心价值就在于对这三者之间关系的理解与周长内涵的进一步巩固。

上台阶施工时间2017年4月26日，中台阶施工时间2017年4月29日，下台阶施工时间2017年5月11日。典型断面的变形趋势见图7。

推荐理由:作者从历史中国所面临的至关重要的核心政治问题出发，逐一阐释了“齐家”“治国”“平天下”等构成制度，以及军事制度、官僚体系、经济制度等，对历史中国的宪制经验进行了总体把握和深度总结，从而重构了历史中国的制度图景。揭示了历史中国千年传承、具有强大活力的原因，并力图阐释中国在制度文明上独有的贡献。

图7 隧道DK360+020典型断面测点变形曲线

GD累计变形12.6 mm，SL1累计变形-19.9 mm，SL2累计变形-5.2 mm。初支成环时，GD累计变形量占总变形量的88%，SL累计变形量占总变形量的104%。初支外观无异常。

4.2 典型断面数据分析

对上述典型断面的量测数据进行分析，得出以下结论：

（1）通过分析累计变形值可知，采用超前加固和超前支护措施的砂层段初支水平收敛SL2大于拱顶沉降GD和水平收敛SL1，其变形特征以收敛变形为主，拱顶沉降和水平收敛变形均在可控范围之内，整体上初支变形累计值均不大（20 mm以内）。

（2）初支变形主要发生在施工初支成环之前，故控制上、中台阶开挖支护时初支变形和压缩上台阶开挖至初支成环的时间间隔，可减少初支累计变形量。

（3）采用超前加固和超前支护措施后，在施工过程中各量测断面均未出现预警，初支表面未出现起皮开裂等异常情况。监控量测方案确定的预警值适用于该种工况下的黄土隧道。

从有理数到实数，是数系的第二次扩充.教师在实际教学时，应合理利用教材中的计算表格(见图5)估计近似值，借用有理数来不断逼近无理数，从而引入无理数的概念，完成数系的自然扩充.教师要引导学生先借助计算器得到近似值，在计算过程中巧妙渗透逼近思想，让学生意识到无理数不是有限小数，再借助计算机的计算结果认识无理数也不是无限循环小数，从而正确建立无理数的概念——无限不循环小数.

由图5可知，随着明胶用量增加，20%vol红枣白兰地的透过率先增加后趋于稳定。当明胶用量为0.8 mL/100mL时，透过率达到最大，为97.949%，此时澄清效果最佳。

（4）在监测数据无异常时，监测数据采集频率按设计的1次/d来进行。施工过程未出现异常情况，故此量测频率满足施工安全需求。