不良地質(zhì)隧道施工原則

(重慶交通大學(xué) 重慶 400000)

不良地質(zhì)隧道施工原則

熊含威

(重慶交通大學(xué)重慶400000)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們在隧道施工的方法以及對不良地質(zhì)防護(hù)技術(shù)也越來越高，人們也越來越重視針對不良地質(zhì)隧道的特殊情況下的施工方法和防護(hù)措施的研究，比如崩塌、軟弱夾層、地下暗河、滑坡、泥石流、巖溶、土洞、河流沖刷以及滲透變形等，這些不良地質(zhì)情況對場地的物理特性以及受力的穩(wěn)定性都有嚴(yán)重的影響[1]。除此之外，還有邊坡、涵洞的安全性以及路基的穩(wěn)定性也深受不良地質(zhì)現(xiàn)象的影響。不良地質(zhì)包括地下溶洞、山體滑坡、煤層地帶、地下暗河、泥石流等。以下就不良地質(zhì)地段的隧道施工原則作出簡要的分析。

隧道;不良地質(zhì);施工

一、不良隧道施工以“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測”原則，按照工序順序步步前進(jìn)的方針[3]。

(一)短進(jìn)尺

隧道開挖過程根據(jù)圍巖類別進(jìn)行掘進(jìn)，對于復(fù)雜的地質(zhì)要根據(jù)實際隔一段距離進(jìn)行有效的地質(zhì)勘測，目前在隧道開挖技術(shù)上的進(jìn)尺已經(jīng)進(jìn)行許多研究，進(jìn)尺過長對于圍巖的影響非常大，甚至有可能造成圍巖塌方，造成人員傷亡和工程損耗。雖然進(jìn)尺短會延長工程工期，但在施工的安全方面來說，短進(jìn)尺能夠極大降低施工開挖對圍巖結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響，同時能夠在每段進(jìn)尺距離內(nèi)對該段圍巖進(jìn)行保護(hù)和加固處理。在隧道施工時有大量滲水與開挖掉塊嚴(yán)重的情況下，開挖進(jìn)尺應(yīng)該緩慢，短進(jìn)尺對提高施工安全更為有效[4]。

(二)弱爆破

爆破中炸藥量的控制是的重點，爆破對圍巖具有很大擾動，有些甚至造成隧道坍塌，控制好炸藥量，采取低藥量爆破以保證隧道施工安全。微震控爆破是隧道在施工時最常采用的一種爆破放法，這種方法對施工時期隧洞圍巖的影響較其他放大小的多，多次打眼，較小的振速，分多個層次，短進(jìn)尺，少裝藥，在同一個爆孔內(nèi)，要按照規(guī)范來填充炸藥，使得爆破的振動速度在規(guī)范要求的安全標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，嚴(yán)禁為了縮短工期違反規(guī)定運(yùn)用大孔大范圍的爆破，從而引起施工事故[5]。另外早封炮孔的時候，可以選著用粘性土將填完炸藥后的剩余部分填滿，因為粘性土的塑性比較大，而且遇到水時膨脹，這樣在炸藥爆炸時可以緩沖爆炸能量對巖石的影響，使得施工過程更加安全可靠[6]。起爆采用電爆時，電爆系統(tǒng)的電線，閘刀開關(guān)和起爆器都應(yīng)采用防爆型[7]。爆破結(jié)束后，其他的材料不能與爆破材料一起運(yùn)輸。關(guān)于爆破的爆炸范圍的大小以及圍巖的松動圈，要對其實施嚴(yán)格監(jiān)測，對監(jiān)測出的問題根據(jù)現(xiàn)實情況進(jìn)行分析以及對原先計劃的修改，特別是在開始循環(huán)爆破階段，要對開始設(shè)計的爆破系數(shù)進(jìn)行及時的修改，盡量使得開挖的炮眼數(shù)目和個炮眼間的間距與施工現(xiàn)場的情況相符合相適應(yīng)。在任何情況下都要先考慮對圍巖的保護(hù)，減少對圍巖造成影響，對炮眼要達(dá)到最大限度的利用起來，防止挖洞過大炸藥少。在隧道開挖方式選擇上，采用鉆爆開挖法時，爆破參數(shù)也要根據(jù)工地的實際情況，圍巖的安全等級等一系列的現(xiàn)實狀況來確定，在保證洞身線和洞身橫截面開挖符合之前的設(shè)計的同時又能較好的保護(hù)圍巖[8]。如果實在不能避免對圍巖的擾動，為了防止圍巖落石或者有垮塌的危險時，應(yīng)該立即在需要的地方用混泥土進(jìn)行襯砌，混泥土也能對圍巖起支持作用。在遇到圍巖自身條件較差的情況下，直接開挖有一定危險，可以用預(yù)應(yīng)力錨桿來加固圍巖，在需要時還可以用鋼架，鋼架能夠使得圍巖的應(yīng)力重新分布，使得較差的圍巖滿足開挖所需的應(yīng)力要求。

(三)強(qiáng)支護(hù)

強(qiáng)支護(hù)是防止隧道坍塌的有效措施之一。根據(jù)施工時間有超前支護(hù)和施工支護(hù)。超前支護(hù)有錨桿預(yù)支護(hù)，沿隧道開挖輪廓線均勻環(huán)向布設(shè)超前錨桿，超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)是在不滿足應(yīng)力條件的不良地質(zhì)的土層中埋入一些灌漿管，然后再進(jìn)行固結(jié)灌漿，將固結(jié)漿料壓入土層中，將本身比較軟散不能滿足應(yīng)力要求的土層固結(jié)成大塊體積的土石，這是通過固結(jié)灌漿改變土層自身的物理特性來使其滿足施工要求[9]。大管棚超前支護(hù)施工首先在沿著洞身上端沿著洞軸線鉆孔，然后向孔里面進(jìn)行灌漿，這樣在隧洞洞身的上部就形成一個穩(wěn)定的受力結(jié)構(gòu)，對隧道洞身上部的巖體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有大幅的提高。錨桿和錨噴網(wǎng)的是對巖層或者土層的外部提供支持力，通過外力提高自身的穩(wěn)定性。在施工期，不同隧道具有不同的開挖深度以及不同的圍巖等級和隧道所選地址的地質(zhì)情況也有不同，在開挖前應(yīng)該首先對巖體進(jìn)行前期或預(yù)支護(hù)，原巖的受力結(jié)構(gòu)盡量保持其穩(wěn)定，這樣既能節(jié)約工程經(jīng)濟(jì)，也能最大限度的保證圍巖穩(wěn)定，前期支護(hù)能夠使得巖石的應(yīng)力重新分布，并且在支護(hù)的作用下重新穩(wěn)定。在目前所完成的工程中，可以總結(jié)出這樣在隧道建立在土層自身物理性質(zhì)比較差的情況下，上述措施對于提高工程的安全可靠以及經(jīng)濟(jì)性都是十分有用的辦法。隧道施工時，由于開挖本身影響了巖層自身的結(jié)構(gòu)，在使用外力來支持新巖層的受力機(jī)構(gòu)時通常采用錨桿或者襯砌一層混泥土來保護(hù)原巖層，對于穩(wěn)定性較差的圍巖，必要時可以用高強(qiáng)度的混泥土和格柵拱架或者剛拱架。錨桿具有極強(qiáng)的支撐和固定作用，錨桿支護(hù)一般采用不同管徑錨桿呈梅花形均勻布設(shè)，根據(jù)圍巖等級進(jìn)行錨桿長度設(shè)計，在系統(tǒng)錨桿施工時，鉆孔方向盡量垂直于圍巖的節(jié)理面，在插入錨桿前要對鉆孔進(jìn)行清空處理，錨桿安裝完成之后，盡量不要對錨桿進(jìn)行碰撞或者撞擊。鋼拱架一般運(yùn)用在圍巖自身因素及穩(wěn)定性比較差的情況下，在這種情況下錨桿的作用效果不明顯，且增加施工成本和施工工期，而此時選擇鋼拱架，能夠迅速提供足夠的支護(hù)力，滿足支護(hù)所需要的支護(hù)剛度，可控制圍巖的持續(xù)松弛和塑性區(qū)間的擴(kuò)大，對限制圍巖變形過度和保證隧道支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定起重要作用[10]。結(jié)合不同的實際情況對隧道圍巖進(jìn)行支護(hù)能更好的促進(jìn)施工質(zhì)量的提升。

(四)勤勘測

經(jīng)過長期隧道建設(shè)累計的經(jīng)驗證明：勤勘測是保證隧道施工安全和經(jīng)濟(jì)的重要手段，隧道圍巖在開挖后的很長一段時間內(nèi)會發(fā)生緩慢的拱頂沉降和周邊收斂，此期間對隧道圍巖的動態(tài)數(shù)據(jù)記錄和勘測十分重要，必須保證數(shù)據(jù)的“科學(xué)、準(zhǔn)確”，確保施工人員安全，充分利用監(jiān)控測量指導(dǎo)施工[11]。其中洞口段的地表沉降和圍巖級別變更段的圍巖拱頂沉降和周邊收斂是監(jiān)控量測的重點。施工中的超前地質(zhì)預(yù)報對掌子面前方的地質(zhì)勘測能及時發(fā)現(xiàn)前方存在的不良地質(zhì)現(xiàn)象，尤其是溶洞和暗河，以便提前作出應(yīng)對方法和變更方案。

二、結(jié)語

不良地質(zhì)雖然對隧道的施工造成很大困難，但只要掌握其類型和范圍大小和在洞身出現(xiàn)的地方，針對不同的情況采用相應(yīng)的對策，施工過程中嚴(yán)格遵守不良地質(zhì)隧道施工原則。只要處理得當(dāng)，不但能夠以較小代價防止出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害，還能較好彌補(bǔ)不良地質(zhì)對隧道施工造成的影響。

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[3]李偉.層次可拓模型在隧道施工風(fēng)險評估中的應(yīng)用研究[TU]中南林業(yè)科技大學(xué) 2015.6.23

[4]閆曉賓.不良地質(zhì)隧道開挖施工技術(shù)探討 科技與企業(yè)-2015

[5]王甲科.隧道不良地質(zhì)施工方案 科技資訊-2012

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[7]卿光全.鐵路瓦斯隧道爆破施工技術(shù) 爆破-1993：

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[10]曲直.采古隧道型鋼拱架支護(hù)作用研究 中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫-2014

[11]盧國梁.淺析隧道控制測量及貫穿精度估算 科技創(chuàng)新報導(dǎo)-2012

熊含威(1991.08-),男,漢族,江西人，重慶交通大學(xué)，碩士研究生，研究方向隧道裂縫開展規(guī)律研究。