試析復(fù)雜地形地質(zhì)條件下隧道進(jìn)洞施工技術(shù)

◎ 中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司 易春林 蔣 莉

復(fù)雜地形地質(zhì)條件會(huì)造成部分的洞口呈現(xiàn)一種偏壓現(xiàn)象。有的洞口屬于高壓集中區(qū)，受力狀態(tài)差、巖石破碎松軟。因此洞口在淺埋時(shí)，圍巖會(huì)體現(xiàn)出很差的自穩(wěn)性。圍巖沒有自穩(wěn)性，就無法形成洞口。因此，在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下，洞口的巖體都需要加強(qiáng)加固。

在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下進(jìn)洞，需要解決三個(gè)主要的問題，即坡腳坍塌、仰坡滑落、隧道頂板冒落。隧道洞口開挖以后，坡腳處于仰坡和隧道頂板的交叉處，該處一直處于一維受力的狀態(tài)。不進(jìn)行加固處理，很容易坍塌。坡腳坍塌，就會(huì)造成仰坡和頂板不穩(wěn)定。進(jìn)洞施工時(shí)，仰坡屬于二維受力，很容易滑落。而隧道頂板屬于懸臂梁結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性本來就很差，所以會(huì)發(fā)生冒落。需根據(jù)地形地質(zhì)的具體情況，對(duì)三者綜合加固處理。一處失穩(wěn)，就會(huì)造成進(jìn)洞施工困難甚至無法實(shí)施。而復(fù)雜地形地質(zhì)的預(yù)加固方法主要有管棚法和錨噴法等。還需選擇良好的開挖方式，一般采用短進(jìn)尺、分部段、弱爆破的方式。施工要定期的測量，及時(shí)掌握支護(hù)加固和圍巖的變化動(dòng)態(tài)。

1 工程概況

某鐵路隧道位于江西省境內(nèi)，隧道全長14372m，進(jìn)口里程為DK380+681；出口里程為DK392+665。隧道內(nèi)設(shè)3座輔助坑道。該鐵路隧道經(jīng)過的地段多為山區(qū)，以構(gòu)造腐蝕中山為主，地形險(xiǎn)峻，山谷低深，植被繁密。自然坡度大約為30～60度，溝谷的類型多屬切溝，表現(xiàn)為“V”字形。隧道內(nèi)部有著比較多的斷層，水流量比較大，而且地質(zhì)復(fù)雜。

2 洞口的地形地質(zhì)狀況

該鐵路隧道的出口屬于帽檐式洞門，洞口里程是DK392+665，隧線分界里程為DK392+665，明暗的分界處里程為DK382+640。在襯砌時(shí)，選用C30型的鋼筋混凝土。洞口在坡面之上而且比較陡峭，洞口出口部位連接著一條縣道，明暗開挖處的中心離縣道有12m，而隧道挖有8m的深度。隧道出口屬于頂部動(dòng)載隧道洞口，而且是偏壓深埋。洞口60m段為V級(jí)的設(shè)計(jì)圍巖，場地比較狹窄。

3 施工組織措施

在開始隧道進(jìn)洞施工之前，先做好跨線公路的防護(hù)，完善好洞口的排水。仔細(xì)的布設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)，并開始測量放線。該隧道的出口使用明挖法來開挖明洞，并預(yù)先分段、分層，用挖掘機(jī)開挖。拱的上部分，需要放坡開挖，拱的下部分，垂直邊坡開挖。在必要環(huán)節(jié)需要用微振動(dòng)爆破的方式來開挖，人工挖掘機(jī)刷仰坡。在施工完畢以后，根據(jù)設(shè)計(jì)需要開展防護(hù)措施。防護(hù)方法和措施有濕噴混凝土、鋼橫撐的防護(hù)、砂漿錨桿或者是掛鋼筋網(wǎng)。在其之后，用長管棚的辦法，偏壓抑制、并做好套拱施工。規(guī)劃好科學(xué)合理的隧道開挖辦法。一旦開挖完隧底以后，便可以開始勘探隧道底部的地質(zhì)情況。對(duì)勘探的結(jié)果進(jìn)行分析，實(shí)施地基處理，再開始仰拱施工。分析監(jiān)控量的測試結(jié)果，根據(jù)洞外混凝土的結(jié)構(gòu)做好明洞的襯砌。襯砌的外緣選擇復(fù)合防水板或者土工布材料。防水層鋪至墻腳泄水孔處和墻頂開挖時(shí)，在外側(cè)3cm的施工部位選擇M10型號(hào)的水泥砂漿，防止在回填期間把防水層扎破。

4 隧道進(jìn)洞施工技術(shù)方案

4.1 周邊縣道的防護(hù)

該隧道的洞頂和縣道只差12m的距離。下穿縣道要保證公路的安全和穩(wěn)定。根據(jù)設(shè)計(jì)文件和鉆孔勘探結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)有著比較穩(wěn)定的地質(zhì)條件。為了保證安全性，在未開展施工前建設(shè)一個(gè)1m×1m的連續(xù)混凝土防撞墻。防撞墻的防護(hù)范圍在離洞頂左右各22m。設(shè)四個(gè)減速帶在縣道路面上，彼此的為35m的間距。依據(jù)設(shè)計(jì)文件，處理邊仰坡，并在縣道邊緣的土路上排打兩排的小導(dǎo)管，做好注漿處理。噴錨的方法對(duì)土路肩進(jìn)行封閉，避免遭受雨水侵蝕。檢測洞口的左高邊坡，一旦發(fā)生變形或者是位移的現(xiàn)象，就要及時(shí)的準(zhǔn)備加固。

4.2 超前長大管棚的施工技術(shù)

對(duì)該鐵路的地形進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)其對(duì)隧道出口存在一定的限制，導(dǎo)致“零”挖洞的辦法難以得到使用。通過測量斷面之后發(fā)現(xiàn)，地形地質(zhì)明暗的分界處里程DK382+644處，可進(jìn)行混凝土導(dǎo)向墻的制作，此處便長管棚的起點(diǎn)。長管棚施工先做好導(dǎo)向墻，等到導(dǎo)向墻達(dá)到強(qiáng)度需求之后，利用預(yù)留下的孔口鉆孔來鉆孔和安裝好長管棚。注漿完畢以后固結(jié)好鋼管、孔壁內(nèi)、圍巖中間隙，對(duì)并圍巖和管棚進(jìn)行固定，使其足夠緊密。以便對(duì)鋼管的強(qiáng)度有所提高。結(jié)束開挖后，應(yīng)采用拱形鋼架進(jìn)行支撐，使其以保持棚狀，足夠緊密。發(fā)揮出超前的支護(hù)作用。從而避免圍巖發(fā)生坍塌和地表出現(xiàn)下沉。這樣不但可以對(duì)施工安全有所保證，還可對(duì)隧道本身的穩(wěn)定性有一定的保證。

4.3 拱套加固的施工技術(shù)

大管棚施工之后，以明暗分界的區(qū)域向里程5m內(nèi)做拱套，拱套選擇C30型號(hào)的混凝土，并且保持0.8m的厚度。拱套選擇明洞襯砌的外緣尺寸作為內(nèi)緣尺寸。拱套之內(nèi)設(shè)置好鋼架，鋼架為拱套內(nèi)外緣的中心。彼此相鄰的鋼架縱向連接螺紋鋼間距為1m，成60度的鋼架夾角，為鋼架內(nèi)翼緣處。套拱施工步驟是從拱部往邊墻。邊墻為側(cè)邊施工，等到開挖為左側(cè)，墻拱套便可以支設(shè)仰拱部拱架，與兩側(cè)邊墻相連，形成閉合環(huán)，從而增強(qiáng)拱架整體穩(wěn)定。

4.4 洞口偏壓抑制

測量實(shí)際斷面發(fā)現(xiàn)，明暗的分界處里程DK382+644的前后5m存在著明顯斷面。長管棚右側(cè)起到了支撐偏壓和擴(kuò)大拱腳的作用。長管棚的施工之后，棚架也將洞口偏壓消除。為了保證支撐的安全性，在洞頂和坡面上設(shè)置好地面變形、沉降的觀測點(diǎn)。如果問題產(chǎn)生，及時(shí)處理。

4.5 洞口段洞身掘進(jìn)

該隧道為V級(jí)的圍巖出口段，進(jìn)行開挖時(shí)選用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。施工前要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，例如布置炮眼、爆破參數(shù)、施工進(jìn)尺控制等。爆破時(shí)要保證弱爆破、強(qiáng)支護(hù)，而且要做到親兩側(cè)和早封閉。根據(jù)規(guī)范進(jìn)行操作，并監(jiān)控分析洞身的結(jié)構(gòu)，提供支護(hù)的參數(shù)。 等到隧道開挖進(jìn)尺之后，要緊跟著實(shí)施仰拱和二襯施工，形成封閉受力環(huán)，并用二襯剛性結(jié)構(gòu)消除圍巖的余變，保證掘進(jìn)洞口的成功。

4.6 監(jiān)控測量

洞口的測點(diǎn)布置，需要滿足相關(guān)的監(jiān)控測量規(guī)程。該隧道功能布設(shè)19個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，并且根據(jù)實(shí)際情況在DK382+621斷面設(shè)置9個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，彼此為5m的間距。并在左側(cè)仰坡上設(shè)置3個(gè)變形觀測點(diǎn)，彼此為8m的間距。另設(shè)6個(gè)沉降觀測點(diǎn)。在長管棚施工時(shí)，邊仰坡兩天1次檢測，公路監(jiān)測點(diǎn)3天一次。施工時(shí)要實(shí)時(shí)和階段分析監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)分析是指及時(shí)分析每天的監(jiān)控量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題需要提交報(bào)告。同時(shí)若是以月、周等這樣的階段性時(shí)間進(jìn)行分析，便可將其視為階段分析。通過對(duì)變化的規(guī)律進(jìn)行監(jiān)控，可發(fā)現(xiàn)應(yīng)對(duì)施工情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)行分析后寫成報(bào)告，以便為后期的施工提供指導(dǎo)作用。

結(jié)束語：

復(fù)雜地形地質(zhì)條件下隧道進(jìn)洞施工，由于受到薄弱地質(zhì)狀況的影響，圍巖容易遭受擾動(dòng)，施工風(fēng)險(xiǎn)性大。通過地形地質(zhì)的具體情況，采取管棚法、加固拱套以及錨噴法等施工技術(shù)，可以有效的控制好不穩(wěn)定的圍巖。通過進(jìn)行監(jiān)測測量的方式對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的管理，并對(duì)復(fù)雜地形下隧道施工的數(shù)據(jù)進(jìn)行提高，提供相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，以便在后期的隧道施工中有足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)做支持。