地下暗挖專項(xiàng)施工中不良地質(zhì)段的處理預(yù)案分析

鄭敬云　夏平華

(浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司, 浙江 寧波　315040)

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地下暗挖專項(xiàng)施工中不良地質(zhì)段的處理預(yù)案分析

鄭敬云夏平華

(浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司, 浙江 寧波315040)

淺埋暗挖技術(shù)是以加固和處理軟弱地層為前提，通過選用合理的開挖方式，來保證施工安全和控制地面沉降。同時具有靈活多變、造價低、隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合具體工程實(shí)例，重點(diǎn)分析了暗挖技術(shù)在地下不良地段的應(yīng)用。

地下暗挖專項(xiàng)施工； 不良地段； 處理預(yù)案

隨著地下工程的不斷增多，工程建設(shè)中的經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、耐久等因素越來越受到重視，其中又以安全最為重要[1]。地質(zhì)條件是暗挖施工設(shè)計的基礎(chǔ)資料。在施工過程中，要把地質(zhì)預(yù)報納入工程施工工序，做到提早防、提前防。在設(shè)計方案審查階段，針對不良地質(zhì)地段，應(yīng)在地質(zhì)詳細(xì)勘察或補(bǔ)充勘察的基礎(chǔ)上，結(jié)合斷面形式、規(guī)范、工程類比和必要的結(jié)構(gòu)計算對設(shè)計方案進(jìn)行審查，同時結(jié)合類似地質(zhì)條件下已開挖隧道的施工經(jīng)驗(yàn)，修正設(shè)計方案，編制專項(xiàng)施工方案。

1　工程概況

浙江省杭州市第二水源千島湖配水工程3標(biāo)道施工過程中遇到了部分不良地質(zhì)段，如不穩(wěn)定的砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等薄層；圍巖強(qiáng)度不足，局部穩(wěn)定性差；部分洞段斷裂構(gòu)造發(fā)育等。隧道開挖時頂拱常有坍落，邊墻也產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，局部還有較大變形破壞的可能。因此需要進(jìn)行預(yù)案處理以確保施工安全。

2　工程特點(diǎn)

a.要求洞內(nèi)運(yùn)輸設(shè)備容量大、運(yùn)輸能力大，如此可以減少工序銜接時間；但同時又要求運(yùn)輸設(shè)備橫截面小、機(jī)動性強(qiáng)，減小與洞內(nèi)其他設(shè)施之間的干擾。

b.該標(biāo)段隧洞斷面襯砌后凈空斷面較小，洞身襯砌為全斷面一次成型，因此難以組織開挖與襯砌實(shí)施平行作業(yè)。

c.若采取洞身開挖完成后再進(jìn)行混凝土襯砌，則從洞身開挖成型到混凝土襯砌完成間隔時間過長，期間為確保洞身圍巖穩(wěn)定，需加強(qiáng)日常監(jiān)控量測，及時對洞身變形地段采取臨時補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施。

施工過程中，由于地層損失而引起的地面移動明顯，對周邊環(huán)境的影響較大。因此，對各種開挖、支護(hù)襯砌提出了更高的要求，施工難度增加。所以，如何有效控制地下工程施工擾動誘發(fā)的地面移動變形，成為該次工程設(shè)計與施工研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了達(dá)到及時支護(hù)、防止地層沉降的目的，必須采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式，即初期支護(hù)結(jié)構(gòu)由噴、錨、網(wǎng)、鋼拱架組成；當(dāng)初期支護(hù)完全穩(wěn)定后，再敷設(shè)防水隔離板，施加二次模筑混凝土或鋼筋混凝土襯砌，以下就工程風(fēng)險及施工進(jìn)行詳細(xì)分析。

3　施工風(fēng)險控制分析

3.1不良地質(zhì)條件的控制措施

a.隧道塌方防范措施。塌方是隧道暗挖法施工中最常見的一種風(fēng)險。施工過程中需根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況對施工專項(xiàng)方案進(jìn)行動態(tài)管理，必要時調(diào)整施工方案，做到工序緊湊，不跨工序施工，及時封閉，確保每道工序的施工質(zhì)量。

堅持“以地質(zhì)為先導(dǎo)”的原則，采用掌子面地質(zhì)素描、地質(zhì)雷達(dá)物探等手段超前預(yù)報地層情況，時刻掌握隧道的地質(zhì)狀況，異常地質(zhì)地段要有特殊的超前支護(hù)、初期支護(hù)措施和開挖方法。嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺，開挖成型后及時進(jìn)行初期支護(hù)，確保工序銜接，盡早施作仰拱并及時封閉成環(huán)，以改善受力條件，對特殊地段縮小鋼格柵的間距，加強(qiáng)初期支護(hù)。切實(shí)做好隧道注漿堵水工序，防止地下水流失或因涌水造成的塌方事故。

b.隧道冒頂、片幫處理措施。冒頂是隧道暗挖法施工比較常見的一種風(fēng)險。發(fā)生隧道冒頂、片幫時應(yīng)立即上報，并馬上組織調(diào)配搶險機(jī)械設(shè)備、搶險物資及人員，進(jìn)行搶險；當(dāng)險情危及設(shè)備(地面、地下)、車輛及人身安全時，人員及設(shè)備要撤離危險區(qū)，設(shè)置警戒線，防止其他人員或社會車輛進(jìn)入危險區(qū)域。

3.2超前支護(hù)的風(fēng)險控制措施

對于圍巖自穩(wěn)時間小于初期支護(hù)完成時間的地段，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、開挖方式、進(jìn)度要求、使用機(jī)械情況，對圍巖采取錨桿或小導(dǎo)管超前支護(hù)、小導(dǎo)管周邊注漿等安全技術(shù)措施。當(dāng)圍巖整體穩(wěn)定難以控制或上部有特殊要求時，可采用大管棚支護(hù)。

采用超前錨桿支護(hù)時，一般宜采用鉆孔注漿錨桿支護(hù)，其孔位布設(shè)、長度、夾角、材料規(guī)格、錨桿預(yù)加拉力等參數(shù)應(yīng)符合設(shè)計要求。注漿時需要檢查支護(hù)狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常狀況應(yīng)立即采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，異常狀態(tài)消除后方可恢復(fù)注漿。

4　洞挖施工方案及處理預(yù)案

4.1隧洞開挖總體方案

鉆爆法施工工藝流程圖

隧洞開挖采用鉆爆法(工藝流程見下圖)。該標(biāo)段圍巖主要為Ⅱ～Ⅳ類圍巖，擬采用全斷面一次開挖，光面爆破。采用直線型掏槽，按設(shè)計開挖輪廓線布置周邊炮眼，間距為45～55cm，輔助眼間距為50～70cm。工作面同時開動多臺YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)鉆眼作業(yè)。2號巖石硝銨炸藥(有水地段采用乳化炸藥)，周邊眼采用中φ25光爆小藥卷，7號紙雷管簇聯(lián)非電毫秒導(dǎo)爆雷管起爆。

4.2斷層地段處理方案

斷層地段的施工難度主要在于斷層的性質(zhì)以及斷層破碎帶的狀況。此外斷層地段處理方案的設(shè)計還受到施工過程中圍巖破壞程度、施工技術(shù)措施選取是否得當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊憽?/p>

結(jié)合以上分析，該次斷層地段的處理方案最終設(shè)計為，對于斷層帶內(nèi)充填松散顆粒或斷層泥時，采用先拱后墻法；對于斷層內(nèi)涌現(xiàn)大量水時，采用排堵結(jié)合的處理措施。當(dāng)隧洞軸線與構(gòu)造線垂直時，隧道穿過破碎帶的長度減小，斷層規(guī)模和含水量都較小，可隨挖隨撐；若隧洞軸線平行于構(gòu)造方向時，應(yīng)及時進(jìn)行封閉，并加強(qiáng)拱墻襯砌[2]。

4.3隧洞涌水處理方案

根據(jù)隧道用水量的多少，所采用的處理措施也不相同。一般來說如果滲水量不大時，可采用加強(qiáng)拱墻襯砌結(jié)構(gòu)，并在拱部襯砌厚度外增設(shè)排水設(shè)施，進(jìn)行堵排相結(jié)合的處理方法。若涌水量較大，可采用劈裂注漿固結(jié)法施工。其具體工藝流程如下：

a.止?jié){。止?jié){巖盤的選取一般為完整巖層頂面5m，如果基巖節(jié)理發(fā)育，應(yīng)設(shè)置3m左右的止?jié){墻來防止圍巖破碎對工程的影響，止?jié){墻的墻身應(yīng)嵌入圍巖。

b.鉆孔。開鉆時，先低速低壓，待成孔幾米后，再加速加壓；鉆孔時，必須根據(jù)鉆機(jī)定位后定下來的基線，隨時檢查鉆孔方向的準(zhǔn)確性。

c.注水試驗(yàn)。成孔后數(shù)分鐘，向孔內(nèi)注水，水從鉆孔向周圍巖土層滲透，在此期間進(jìn)行吸水量的測定。試驗(yàn)中需要注意：注水前應(yīng)清除孔內(nèi)巖粉，注水量由小到大，源源不斷，當(dāng)水位到達(dá)設(shè)計高度時應(yīng)控制注水量；穩(wěn)定動水位的允許誤差為±5cm。

d.注漿方法。采用全孔一次注漿，其優(yōu)點(diǎn)是一次鉆孔。一次完成注漿，減少安設(shè)、起拔止?jié){塞等工序時間，以加快注漿堵水施工進(jìn)度。其缺點(diǎn)是為保證注漿質(zhì)量，需采用高壓注漿來保證孔下部漿液的擴(kuò)散距離，全長注漿材料消耗大。

5　施工方法及技術(shù)措施

5.1爆破施工

a.炮眼數(shù)目。炮眼數(shù)目的多少直接影響每一循環(huán)鑿巖工作量、爆破效果、循環(huán)進(jìn)尺、隧洞成型的好壞以及爆渣塊度的大小。暫按式(1)計算炮眼數(shù)目，在施工中，根據(jù)具體情況再作調(diào)整，以達(dá)到最佳爆破效果。

炮眼數(shù)目N，按式(1)計算：

(1)

式中s——開挖面積；

r——每米長度炸藥的重量，粉乳炸藥r=0.75kg/m;

η——炮眼裝藥系數(shù)，取η=0.75;

q——炸藥單耗量，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ圍巖炸藥單耗量見下表。

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Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ圍巖炸藥單耗量表

b.每個炮眼的裝藥量。

一是掏槽眼，其計算公式如下：

(2)

式中η——炮眼裝藥系數(shù)，取η=0.85;

L——眼深，L=3.0m;

r——每米長度炸藥量，r=0.75kg/m。

經(jīng)計算Q1=1.91kg,取Q1=1.91kg(不同巖層有調(diào)整)。

二是輔助眼，計算公式為：

Q2=ηL r=0.75×2.5×0.75=1.40kg,取Q2=1.40kg。

周邊孔間距：a=(15～10)d=(15～10)×43mm=645～430mm。

密集系數(shù)：m=a/W=0.65～1.0，Ⅱ～Ⅲ類可選為0.8～0.7。

最小抵抗線:W=600～400mm。

經(jīng)過詳細(xì)計算，該工程支洞掏槽眼數(shù)量為18個，輔助眼48個，周邊眼33個，底板眼11個，其中周邊眼采用φ25×300mm小藥卷，其余炮眼采用φ32×200mm粉乳，有水炮眼采用乳化炸藥。底板眼可在實(shí)際施工中再進(jìn)行局部試驗(yàn)調(diào)整。

5.2管棚施工

支洞洞口管棚采用KQJ100B潛孔鉆鉆孔，孔徑120mm。灌漿鋼管管徑108mm，管壁厚6mm，管壁鉆小孔成“花管”，管頭焊接錐形悶頭，管尾接連接頭，封堵孔口段小孔。灌漿采用MZ-1注漿機(jī)進(jìn)行，灌漿順序?yàn)橄葍蓚?cè)后頂部，先灌較低的孔，后灌較高的孔。鉆孔時，必須根據(jù)鉆機(jī)定位后定下來的基線，隨時檢查鉆孔方向的準(zhǔn)確性，并要根據(jù)地質(zhì)情況選擇不同的鉆頭，當(dāng)遇到堅硬孤石不能鉆進(jìn)或鉆進(jìn)困難時，用沖擊鉆頭把巖石擊碎，并用高壓風(fēng)將石屑吹出；當(dāng)遇到稍軟的巖石時，可用合金鉆頭鉆進(jìn)。鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)巖土對管壁的阻力較大，前段開孔用D125mm的鉆頭，后段根據(jù)鉆進(jìn)需要使用D110鉆頭終孔，以便容易頂入鋼管。灌漿采用1∶1水泥砂漿，灌漿壓力控制在0.5～1MPa以內(nèi)。具體施工方法：KQJ100B潛孔鉆鉆孔，隨著孔深的增大，需要對回轉(zhuǎn)扭矩、沖擊功率及推力進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，尤其要嚴(yán)格控制推力，不能過大。將鋼管安放在管棚鉆機(jī)上后，對準(zhǔn)已鉆好的引導(dǎo)孔，低速推進(jìn)鋼管，其沖擊力控制在1.8～2.0MPa，推進(jìn)壓力控制在4.0～6.0MPa。

5.3超前小導(dǎo)管施工

利用YT28型氣腿式手風(fēng)鉆鉆孔，注漿、插錨需簡易平臺車配合，用YT28型氣腿式手風(fēng)鉆帶套筒插錨。小導(dǎo)管采用孔徑42mm、壁厚4mm的熱軋無縫鋼管加工制成，鋼管前端加工成錐形，尾部焊接φ6鋼筋加勁箍，管壁四周鉆φ6壓漿孔。

小導(dǎo)管鉆孔仰角10°～15°，深度為4m，環(huán)向間距40cm，水平搭接不小于150cm。超前小導(dǎo)管應(yīng)從格柵鋼架腹部空間穿過，插入已鉆好的孔中，尾端與鋼架焊接，連為一體。灌漿采用1∶1水泥漿，初始灌漿壓力0.2～0.3MPa，終壓1～1.5MPa，注漿前應(yīng)噴射4cm厚混凝土封閉工作面，以防漏漿。

超前小導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)參數(shù)：采用水泥-水玻璃漿液，漿液配合比同長孔注漿；以定量注漿為主，每根小導(dǎo)管注入量為200L。

6　結(jié)　語

通過本文分析可知，地下隧道工程因開挖面較大，很易發(fā)生變形及坍塌事故，淺埋暗挖法施工必須要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量和施工工序。同時施工過程中要注意進(jìn)行取樣檢查、注漿前后注水量比較、測定注漿滲透狀態(tài)和固結(jié)狀態(tài)等工作，以確保施工安全與施工質(zhì)量。

[1]韓潤波.淺埋暗挖法隧道施工風(fēng)險評估系統(tǒng)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2013.

[2]姚宣德.淺埋暗挖法城市隧道及地下工程施工風(fēng)險分析與評估[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

Analysis on treatment plan of bad geological section in underground excavation special construction

ZHENG Jingyun, XIA Pinghua

(Zhejiang Reclaim Construction Group Co., Ltd., Ningbo 315040, China)

Shallow-buried underground excavation technology has precondition of reinforcing and processing weak formation. Reasonable excavation method is selected to ensure construction safety and control land subsidence. Meanwhile, the technology has the advantages of high flexibility, low cost, high tunnel structure strength, etc. In the paper, concrete engineering examples are combined for mainly analyzing the application of underground excavation technology in bad underground section.

underground excavation special construction; bad section; treatment plan

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.005

TV554

A

1005- 4774(2016)08- 0016- 04