隧道特殊地質(zhì)段預(yù)防坍方的技術(shù)措施

姜 萍

(象山縣交通運輸局，浙江 象山 315700)

隧道特殊地質(zhì)段預(yù)防坍方的技術(shù)措施

姜 萍

(象山縣交通運輸局，浙江 象山 315700)

結(jié)合象山大金山隧道二期工程的實際情況，分析了該隧道出洞口段的地質(zhì)特點，從鉆引排水孔、超前預(yù)報測試、提高初期支護強度等方面，闡述了預(yù)防該隧道特殊地質(zhì)段坍方的措施，旨在確保隧道施工的安全性。

隧道，地質(zhì)情況，初期支護，掌子面

1 工程概況

寧波市象山沿海南線大金山隧道(新建左幅長1 945 m，已建右幅長1 905 m)為雙向分離式隧道，是象山半島最南端石浦鎮(zhèn)東西連接的主要通道。新建左幅隧道的出洞口段設(shè)計按Ⅴ級圍巖施工的為81 m(明洞5 m除外)，其中洞口端部按長管棚施工的為36 m(支護襯砌類型為S5-2)，按超前小導(dǎo)管施工的為45 m(ZK3+444～ZK3+489區(qū)段的設(shè)計支護襯砌類型為S5-1)。從設(shè)計的此段地質(zhì)縱斷面圖來看，大部分洞頂?shù)乃槭良胺圪|(zhì)黏土都有4 m～13 m厚覆蓋至表，洞頂只有約4 m的中風(fēng)化凝灰?guī)r，洞內(nèi)的開挖斷面均為中風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖，節(jié)理發(fā)育，滲透水較多。此段隧道開挖斷面底層巖質(zhì)是中風(fēng)化和微風(fēng)化交替。洞口的前36 m，雖然洞頂覆蓋層較薄，最厚處的碎石土及粉質(zhì)黏土也有約10 m，但洞頂?shù)闹酗L(fēng)化凝灰?guī)r有約5 m厚，而設(shè)計是采用長管棚超前支護的。后續(xù)相連接的45 m段開挖斷面的洞頂碎石土、粉質(zhì)黏土覆蓋厚有14 m左右，洞頂?shù)闹酗L(fēng)化巖層有的也只有約4 m，并又有一條斷層破碎帶存在，開挖后的拱頂土體層負荷偏重，但施工時所采用的設(shè)計支護技術(shù)措施相對偏弱。

2 出洞口段的地質(zhì)情況分析推測

此座全長1 945 m的分離式左幅新建隧道，和已建右幅隧道相隔約30 m，隧道開挖所穿過的山脈相同，也可以說縱向地質(zhì)是基本相同的，所不同的就是兩個洞口，尤其是出洞口段，其洞口端部直接和高邊坡相連。所以此段是整個工程施工的重點和難點，出洞口段縱向地質(zhì)圖引起了項目部QC——質(zhì)量管理小組的高度關(guān)注。對此段地質(zhì)情況作多方面調(diào)查和分析推測：

1)從此出洞口的所處位置地表來看，無明顯的凹凸現(xiàn)象，但從山脈走向和俯視來看，正處在山凹中。2)從較遠處的立面正向看也是大凹形(含已建右隧道出洞口)；仔細觀察就會發(fā)現(xiàn)，這個大凹中還有和左右幅隧道相隔的微山坡，呈微“W”形，都處在各自不同的微凹中；出洞口處右側(cè)(站在出洞口位置看)是和30多米高邊坡緊相連，而且坡度較陡。3)從設(shè)計的地質(zhì)縱斷面圖的地層走向來看，是一個微“√”形。4)從地質(zhì)鉆探點來分析推測，鉆探點在隧道出洞口的邊緣右側(cè)處，從地表來看，和隧道頂部地表相平(原是梯田)，但和右側(cè)洞口高邊坡相連較近；根據(jù)高邊坡山體的延伸(因出洞口隧道掘進10多米后的上臺階掌子面巖層走向及紋路和高邊坡處相吻合)，鉆探點應(yīng)處在此坡度山體上，所以鉆探地質(zhì)情況不能平移到隧道軸心線位置作設(shè)計唯一依據(jù)，應(yīng)該以高邊坡山體巖層坡度平行斜推至隧道軸心線位置作依據(jù)為妥。

根據(jù)以上觀察、分析和地質(zhì)推測，由表及里把它們結(jié)合起來的話，此段地質(zhì)的巖土銜接處為“鍋”形，“鍋”中都是碎石土和粉質(zhì)黏土，最高處有14 m以上，而且土體都處于飽和水的狀態(tài)，隧道掘進施工要穿過“鍋”底，風(fēng)險極大。因為洞頂?shù)闹酗L(fēng)化巖層較薄，有可能局部開挖斷面強風(fēng)化圍巖和拱頂部的土體相連、洞頂?shù)膸r石也較破碎、有較嚴重的涌透水現(xiàn)象，無自穩(wěn)能力，如支護措施不強，掘進開挖稍有不當(dāng)，可能會出現(xiàn)泥石流式大坍方現(xiàn)象。

3 確保施工安全的相對應(yīng)技術(shù)措施

按隧道工程新奧法施工的“短進尺、弱爆破、強支護”的原則，確保掘進安全穿過此地段，必須要設(shè)法減少此段洞頂土體的壓力；開挖進尺要盡量短，減少對圍巖的擾動，嚴禁二次爆破。要確保此段隧道工程施工的安全，必須要了解開挖前方掌子面的地質(zhì)情況，根據(jù)不同的地質(zhì)情況采用不同的技術(shù)措施，此段地質(zhì)情況要了解的是前方開挖斷面的拱頂離碎石土層的厚度和掌子面圍巖的破碎程度。要充分估計到掌子面由地質(zhì)因素引發(fā)的崩塌現(xiàn)象趨勢：

1)有水壓力的破碎圍巖主要是視水壓的大小和塊體的咬合程度而引發(fā)崩塌規(guī)模的大小。2)在沒有涌水的破碎圍巖中，隨開挖而松弛，失去平衡而崩塌。3)掌子面石質(zhì)較好，拱頂圍巖裂隙發(fā)育，巖層薄而強度小，爆破后會產(chǎn)生大規(guī)模的崩塌。4)如拱頂都是無自穩(wěn)能力的全風(fēng)化土體，并局部侵入到開挖斷面內(nèi)，出現(xiàn)大規(guī)模的崩塌可能性更大，甚至?xí)霈F(xiàn)冒頂現(xiàn)象(最有可能的在連續(xù)下雨的雨季)。

施工中一旦出現(xiàn)這種趨勢，就要及時處理，否則就難以收場。掘進的困難加重，所付出的代價更大。具體的工作技術(shù)措施如下：

1)因施工此段的時間是在梅雨季和臺風(fēng)季(進洞已搶在梅雨季前)，首先在出洞口兩側(cè)仰坡處鉆引排水孔，盡可能把洞頂土體中的積水引排至洞口外。如引排水效果不佳，則開挖至臨近此地段時(進洞約30 m～35 m)作地質(zhì)鉆孔超前探測，探測洞頂巖石厚度和土體中含水情況。如果出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，要及時做好引排水處理之事。

2)隧道掘進按上下臺階法施工，為了保證上臺階掘進施工的安全順利進行，必須要進一步探明了解隧道前方的地質(zhì)狀況，預(yù)先掌握圍巖的變化情況，對此段作較詳細的的地質(zhì)雷達超前預(yù)報測試。雖然目前的雷達超前預(yù)報測試有局限性，對掌子面的正面表述也較模糊，準確度不高，但對掘進施工有一定的相應(yīng)參考價值。近距離了解前方地質(zhì)變化，還是要靠現(xiàn)場施工的爆破鉆孔和超前小導(dǎo)管鉆孔的實際依據(jù)為準。

3)建議提高此段原設(shè)計的初期支護強度，即單排小導(dǎo)管變更為雙排小導(dǎo)管，型鋼拱架間距從0.75 m變更為0.5 m。如設(shè)計、業(yè)主和監(jiān)理暫時不同意，那么原則的前提是：在拱頂上有約3 m厚原定的Ⅴ級圍巖，是可以按原設(shè)計施工的。但如果拱頂圍巖小于2 m，而且局部和拱頂全風(fēng)化土體相連，那么不管開挖掌子面的石質(zhì)如何好，其施工的安全風(fēng)險過大，開挖都很難進行。因為拱頂上的軟弱堆積土及破碎圍巖難以形成開挖后的承載拱，是對隧道開挖有很大影響的特殊問題。要確保施工安全，就必須對原設(shè)計的初期支護作變更，一定要提高初期支護的負荷強度。

4)如開挖掌子面拱頂部多處出現(xiàn)無自穩(wěn)巖體，全風(fēng)化黏土侵入開挖斷面(和頂部堆積土相連)，采用拱頂雙排超前小導(dǎo)管支護的措施也很難保證控制開挖斷面拱頂?shù)姆€(wěn)定。因為鋼管下方的強風(fēng)化和全風(fēng)化巖土容易崩落，如果滲透水嚴重的話，就是及時初噴混凝土后也會突破下掉，所以必要時采用特殊的配套技術(shù)措施作加固處理(特殊的地質(zhì)要用特殊的措施)，在隧道施工較成熟的、代表性的穩(wěn)定拱頂?shù)墓しㄖ芯C合考慮提取相應(yīng)的技術(shù)措施。有代表性的穩(wěn)定拱頂和掌子面工法的分類列于表1。

5)根據(jù)長期隧道施工的經(jīng)驗，掌子面掘進開挖方法的選擇，對選定穩(wěn)定拱頂和掌子面的輔助工法有很大的影響。根據(jù)地質(zhì)條件，在掌子面及拱頂不能獲得穩(wěn)定的情況，設(shè)計時開挖多采用分割斷面的方法或縮短一次開挖進尺。但有時分部開挖或縮短進尺也不能取得良好效果，而采用大斷面開挖方法反而成功的例子也不少。這主要是因采用了相適應(yīng)的各種輔助工法，提高了掌子面和拱頂?shù)姆€(wěn)定性。此段地質(zhì)的隧道掘進仍采用上下臺階法大斷面開挖施工，開挖的循環(huán)進尺控制在1.0 m(2榀鋼拱架)，爆破后清碴

之前必須及時先初噴混凝土，必要時增鋼筋網(wǎng)片加厚初噴混凝土，確保臨空圍巖的穩(wěn)定，如在開挖中碰到土體層，有局部塌方現(xiàn)象，應(yīng)立即采取相關(guān)措施封堵，根據(jù)坍方的具體實際情況，在拱頂部增加超前的其他配合支護，按預(yù)防坍方的技術(shù)措施來實施。

表1 穩(wěn)定拱頂和掌子面工法的分類

4 結(jié)語

對這種洞口段表層覆蓋的堆積土較厚、還有較厚的碎石土、拱頂基巖極薄，又處在地形的凹處，而且有幾十米長度的隧道施工地段，必須要對該地段的地質(zhì)情況作較詳細的分析推測了解，特別是針對拱頂基巖厚度的鉆孔探測。碰到特殊的地質(zhì)情況，都要有相應(yīng)的技術(shù)措施來對應(yīng)。這次由于事先推測判斷準確、使用的技術(shù)措施非常有效，應(yīng)該說整個隧道的重難點攻克施工是較順利成功的。確保隧道施工開挖斷面拱頂?shù)姆€(wěn)定，掌子面超前支護是使用錨桿、鋼管、鋼筋等，沿隧道外輪廓以低角度打設(shè)的方式，防止掉塊，是加固掌子面前方圍巖、約束圍巖的方法。也可加設(shè)插板防止掉塊。任何隧道施工的超前支護，基本上都是借助構(gòu)件的抗彎剛度發(fā)揮作用的，因此，采用抗彎剛度大的構(gòu)件是有利的。

這次成功地運用了小導(dǎo)管和鋼筋的聯(lián)合超前支護，主要增加了拱頂?shù)男卞^桿和超前水平交叉鋼筋錨桿，加大了抗彎剛度大的構(gòu)件密度，同時也提高了拱頂全風(fēng)化粉質(zhì)土下墜的阻擋密度(有替代鋼插板之意)。由于及時處理小坍方及布設(shè)鋼筋網(wǎng)加厚初噴混凝土，和超挖部分一同形成受力承載拱，為下一步的常規(guī)支護施工打下較好基礎(chǔ)，此方法也適用于隧道洞內(nèi)的極破碎斷層帶地段施工。

[1] 劉 方.某隧道坍方處理措施[J].現(xiàn)代物業(yè)(上旬刊)，2011(3)：82.

[2] 易麗萍.現(xiàn)代隧道設(shè)計與施工[M].北京：中國鐵道出版社，1997.

[3] 袁 杰.灣田3號隧道特大塌方段處治方案設(shè)計[J].中國水運(學(xué)術(shù)版)，2006，6(12)：72.

Technical measures for special geological section of tunnel collapse prevention

Jiang Ping

(TransportBureauofXiangshanCounty,Xiangshan315700,China)

Combining with the actual situation of Xiangshan Dajinshan tunnel two phase of engineering, this paper analyzed the geological characteristics of the tunnel portal section, from the drill drainage hole, advanced prediction test, improvement of initial support strength and other aspects, elaborated the measures prevention of special geological section tunnel collapse, to ensure the safety of tunnel construction.

tunnel, geological condition, initial support, tunnel face

1009-6825(2017)01-0170-02

2016-10-21

姜 萍(1980- )，女，工程師

U456.33

A