讨论特殊地质隧道围岩的施工技术

　　摘要：特色地质隧道的施工除加强动态设计外，作为施工方要针对存在的潜在风险，本文介绍了特殊地质隧道围岩施工出现险情时采取的对策及措施。
　　
　　关键词：隧道围岩，隧道加固，信息化
　　
　　一、特殊地质隧道围岩现状
　　1.1工程概况
　　杭新景高速千岛湖支线蛇岭隧道设计为两座分离式隧道，左右洞间净距约30m。
　　隧道所处地形属浙西中低山区，千里岗山脉余脉，隧道地处低山区地貌，地形自然坡度20°-30°。植被茂盛。隧道区为石炭系沉积岩。山体表层为第四系残坡积含角砾（碎石）亚粘土，可塑状、松散，厚度1.80m，以下为灰岩、石英砂岩，中-厚层状、巨厚层状，层理发育，地层产状315°∠58°，根据工程地质特征，基岩划为强风化、中风化和微风化。
　　本区位于扬子地层区南东侧，基底为早古生代~中生代的碳酸盐岩~碎屑岩，地层经轻微变质，区域断裂较为发育，褶皱强烈。路线位于球川~萧山深断裂与马金~乌镇大断裂之间。路线横穿浙西千里岗复式向斜核部，区内共有小向斜五个，小背斜四个。
　　路线附近主要的断层为龙门－蔡郎岗断层，走向45º-50º，与路线方向基本垂直，位于路线北西，该断层破碎带宽数十至100m左右，断层面倾向多变，倾角60º-70º，在寿昌盆地西侧表现为逆断层性质，倾向南东，倾角60º。断层以东为中生界分布区，但近断层为狭长的元古界、震旦系和寒武系分布，断层以西近断层主要是寒武系和奥陶系，仅在断层两端有部分中生界分布。该断层为中生界与古生界分区的分界线，曾多次活动，并有可逆性活动，对区域中的隆起和拗陷的生成、转移及岩浆活动起着一定的控制作用。
　　其右洞进口山势陡峭，地质复杂。进口段约60m位于偏压段地层中，设计为Ⅵ级围岩；该滑坡主要为崩积块石土、碎石土，呈松散结构，岩体vp=730-1042m/s；隧道右洞进口正面及左侧均为深沟，造成隧道右洞存在严重偏压现象，千岛湖地区为山区多雨，地下裂隙水及地表水易渗入，对岩体稳定性会造成破坏。设计洞口采用15mΦ108的大管棚及间距60cm的钢拱架支护进洞，洞内采用Φ42超前注浆导管、间距60cm钢拱架及中空注浆锚杆喷射砼支护。该段Ⅵ级围岩开挖采用上下台阶预留核心土法施工。
　　1.2围岩变形情况
　　地质预报是在隧道施工中，通过现场测绘掌子面等各种方法来探测、预测开挖工作面前方几米至几十米甚至几百米以上的围岩工程地质和水文地质条件的基础上，结合掘进中地质条件的变化，及时提出预报，为后期隧道施工提供地质依据的隧道施工地质方法。
　　地质预报可以分为短距离的现场地质调查与远距离的超前地质调查。现场地质调查一般采用掌子面观察评定方法。隧道穿越多起不良地质路段，地质状况可谓千变万化。尤其是隧址区断层破裂带、围岩节理、裂隙差异风化带、煤矿采空区、煤与瓦斯地层、高涌水区段等危险区域，若不能事先查明，往往会造成施工过程中的塌方、涌水突泥、煤层与瓦斯爆炸等施工安全事故，给工程带来不可估量的损失。
　　在右暗洞开挖到约35m时，围岩变形急剧加快，隧道出现不稳定现象。山体表面出现了多条裂纹，其主裂纹位于两洞中间纵向向隧道开挖方向发展，最宽达2cm；全站仪三维坐标观测地表沉降及横向位移变化明显，洞内收敛量测拱顶沉降速率明显加大，且距掌子面越近下沉越快；但上断面拱脚收敛不明显；两洞左边墙部分区域初期支护出现裂纹和空鼓现象。
　　1.3原因分析
　　1.3.1复杂地质是隧道出现不稳定现象的主要原因
　　由于山体处于偏压状态其本身的松散结构决定了自稳能力极差，开挖后无法形成具有自稳能力的环形区域，变形快，易坍塌。开挖过程中发现岩块间存在稀泥夹层和空洞现象，这更加剧了岩体的变形。其中变形最快的区域在隧道拱顶，左右洞拱顶下沉速率加快后，在其牵引作用下，在两洞大致中间沿纵向形成地表主裂纹。隧道进口段约60m整个隧道处于偏压山体中，在隧道开挖过程中山体稳定遭到破坏后，在堆积体自身及偏压作用下，山体整体产生向前和向右侧移动，造成隧道整体随山体移动。即地表观测山体移动，但洞内上半断面拱脚收敛量测不明显。同时在偏压力作用下，两洞左边墙局部侧压力较大部位，初期支护变形较大，造成喷射砼表面出现裂纹及空鼓现象。
　　二、加固措施
　　根据隧道变形不稳定产生的原因，加固措施主要从山体加固、已开挖部分隧道围岩加固、局部初期支护增强等三方面考虑。
　　2.1山体加固
　　主要采用钢管进行右洞山体注浆。宽度18m长约25m的带状范围内进行注浆。注浆管采用Φ42钢管，管身梅花型打眼，按间距150cm×150cm布置。注浆深度已开挖隧道到达拱顶，未开挖隧道伸入滑坡体下基岩2m。山体加固主要是增强岩体内的粘结性和整体性，限制其滑坡和偏压的发生。钢管注浆除实现了固结松散体中土颗粒，增强岩体内的粘结性和岩体的整体性外；主要是伸入岩体内的钢管经注浆后与周围岩体固结形成以钢管为中心的类似桩结构，尤其未开挖隧道钢管伸入基岩2m，即形成一抗滑桩。所有注浆管形成了抗滑桩群。这样对山体滑移和偏压起到了很大的限制作用。
　　2.2隧道加固
　　主要采用长3.5mΦ42钢管间距1.5m、排间距1.5m，按半径方向注浆对周边围岩进行加固。其作用是注浆范围内的岩体整体性得到加强，可形成厚度约4m环形具有一定自稳能力的围岩圈。它能很好抵抗外层岩石应力，限制围岩收敛变形。隧道下半断面开挖后，采用长3.5mΦ42钢管对拱底注浆，重点是拱脚部分。其目的是加强隧道底岩体的整体性，增加整个隧道的稳定性。
　　2.3局部初期支护补强
　　支护补强从临时支护和永久支护两方面考虑。主要是考虑到对山体注浆即洞内围岩注浆加固时，岩体在注浆时其结构将会被破坏，其失去自稳能力的范围势必扩大，围岩对初期支护的压力将会更加增大，所以在对山体围岩加固时，必须对已开挖隧道的初期支护予以加强。具体措施为:对开挖掌子面喷射约8cm厚混凝土进行封闭。增加临时支撑，用18#工字钢制作成临时仰拱，按间距1.5m布置；与初期支护钢拱架焊接，使得上半断面初期支护成为封闭环。用Φ150钢管作临时支撑，下端支撑在临时仰拱中部，上端分别支撑在钢拱架的四等分点上。对于渗水较严重地方，打专门排水孔排水，以免淤积在初期支护背后的水对围岩自稳能力造成更大的破坏。[!--empirenews.page--]
　　增加锁脚锚杆，针对岩体的松散结构，每榀钢拱架两侧拱脚各增加两根锁脚锚杆。锚杆采用长3.5mΦ42注浆钢管。一根水平方向打入，一根与水平方向成45度角斜向下打入；钢管与钢拱架焊接连接。对已变形初期支护分别采取补强措施，初喷混凝土仅出现裂纹处，采用初喷混凝土表面覆喷混凝土，将裂纹填充.对已出现空鼓区域采取凿除重喷混凝土。施工时凿除一块，迅速重喷一块。
　　2.4信息化施工及施工顺序
　　信息化施工又称动态施工，广泛意义上来说包括两个动态过程，一是指隧道施工过程中的地质条件是不断变化的，其力学状态也是动态的，因此施工不是一成不变的，而是动态的；另一是指隧道施工的各种决策都要在施工阶段的地质技术、量测技术和质量控制技术的基础上进行动态化管理，这就是动态施工的基本含义。隧道开挖后，由于在原有已稳定的地层中开挖部分岩土体，这样的卸荷作用会导致隧道周边围岩出现应力集中和围岩松驰变形，因此，公路隧道施工重视边开挖、边施测、边进行应力验算，以便根据实际情况，及时调整支护措施和确定最优的开挖方案，这种动态管理开挖方法是信息化施工的一个重要方面。
　　施工时重点是安排好施工顺序及加强对地表及围岩变化的监测。施工顺序为临时支护→隧道围岩注浆加固→隧道拱底加固→山体注浆一变形支护补强在加固措施完成后，及时进行下半断面开挖，仰拱和二衬模筑混凝土及时紧跟。隧道内围岩注浆时重点监测拱顶下沉及拱脚收敛变化情况；山体注浆时重点监控地表观测桩三维坐标的变化及隧道拱顶沉降。
　　
　　总之，蛇岭隧道右洞进口偏压段加固处理比较及时，最终该隧道成功渡过偏压段，安全有效掘进。复杂地质隧道的施工，除加强动态设计外，作为施工方要针对存在的潜在风险，制定和实施好施工方案及监控措施；遇到问题时要找准关键所在，及时采取针对性措施，以期实现隧道施工安全、高效。
　　
　　参考文献：
　　[1]黄茂松.隧道地震响应简化分析与动力离心试验验证[J].岩石力学与工程学报，2010，29(2)
　　[2]刘志春，李文江，朱永全等.软岩大变形隧道二次衬砌施作时机探讨[J].岩石力学与工程学报，2008，27(3)
　　[3]于丽，王明年，房敦敏等.岩质围岩施工阶段亚级分级的数量化理论研究[J].岩土力学，2009，30(12)

《讨论特殊地质隧道围岩的施工技术》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 讨论特殊地质隧道围岩的施工技术

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-8041