特長隧道穿越特殊地質(zhì)方案設(shè)計(jì)及施工防治措施探討

覃建源

(廣西智達(dá)工程咨詢有限公司 廣西來賓 546100)

特長隧道穿越特殊地質(zhì)方案設(shè)計(jì)及施工防治措施探討

覃建源

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最近幾年，我國的公路交通網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍正在逐步擴(kuò)展，一些高速公路需要經(jīng)過崇山峻嶺，橋梁和隧道工程眾多，地質(zhì)條件復(fù)雜，在穿越特殊地質(zhì)段時(shí)，隧道的開挖很容易引發(fā)工程事故，威脅施工人員的人身安全。尤其是特長隧道，在開挖施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題的幾率較大。在這種情況下，做好相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)和防治工作，是非常重要的。本文結(jié)合雅康高速公路某隧道的施工，對(duì)特殊地質(zhì)條件下特長隧道的施工問題進(jìn)行了討論和分析。

特長隧道特殊地質(zhì)方案設(shè)計(jì)防治措施

前言：在高速公路施工中，經(jīng)常會(huì)遇到復(fù)雜的地質(zhì)地形問題，如丘陵、河谷等，使得公路項(xiàng)目中的隧道和橋梁數(shù)量不斷增加，不僅對(duì)于施工的工藝技術(shù)提出了更高的要求，而且施工難度較大，容易出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題。在隧道施工中，如何有效應(yīng)對(duì)特殊的地質(zhì)環(huán)境，保障施工的安全穩(wěn)定開展，是工程合技術(shù)人員必須重點(diǎn)研究的問題。

1 工程概況

雅康高速公路起于雅安市西城區(qū)的草壩鎮(zhèn)，經(jīng)過天全、瀘定等地，至于康定縣城，全長135km，雙向四車道設(shè)計(jì)，路基寬度為25.4m。雅康高速公路通往我國及四川省西部藏族地區(qū)，是《國家公路網(wǎng)規(guī)劃》高速公路G42橫線“上?！啥肌奔癎4218聯(lián)絡(luò)線“雅安—葉城”的重要組成部分，屬于川藏高速的一部分，也是《四川省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》成都引入線“成都—雅安—巴塘—西藏”、橫線“康定—雅安—瀘州—重慶”的重要路段，是連接成都至康定的重要通道，是通往藏區(qū)的重要國防線和生命線，在區(qū)域路網(wǎng)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的地位和作用。雅安高速的橋隧比達(dá)到了 82%，是全國范圍內(nèi)橋隧比最高，施工難度最大的高速公路項(xiàng)目，其中有著全國第二長度的二郎山特長隧道，全長達(dá)到了13.4km，地質(zhì)地形條件極其復(fù)雜，不僅地形陡峭狹窄，溝壑縱橫，而且穿越多個(gè)斷裂帶，地震烈度較高，存在著滑坡、泥石流等不良地質(zhì)發(fā)育，加上惡劣的氣候條件和脆弱的生態(tài)環(huán)境，施工難度極大。

2 地質(zhì)水文條件與施工難點(diǎn)

經(jīng)現(xiàn)場勘查分析，隧道所處地段的地下水存在多種不同的補(bǔ)給、賦存和排泄條件，以大氣降水為主，在雨季溝谷內(nèi)會(huì)出現(xiàn)短暫的匯水現(xiàn)象。地下含水層較多，而且經(jīng)分析，其在斷裂構(gòu)造和巖溶通道位置可能出現(xiàn)相互連通的問題。隧道圍巖以奧陶系中統(tǒng)厚層狀石灰?guī)r為主，夾雜有泥灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，施工條件相對(duì)特殊，在施工過程中很容易出現(xiàn)塌落、涌水等問題，影響工程的施工質(zhì)量和施工安全[1]。

在設(shè)計(jì)施工過程中，存在大量的難點(diǎn)問題，一是斷層問題，隧道經(jīng)過了十?dāng)?shù)個(gè)斷層帶，而且存在著比較明顯的巖溶發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，在開挖過程中，可能會(huì)出現(xiàn)圍巖變形的情況；二是隧道埋深問題，隧道本身底板的最大埋深甚至可以達(dá)到1100多米，上下起伏可以達(dá)到數(shù)千米，可能會(huì)存在高地應(yīng)力的問題，在開挖環(huán)節(jié)，如果缺乏有效的支撐，導(dǎo)致地應(yīng)力失衡，則很容易引發(fā)坍塌、圍巖變形等問題，影響工程的施工安全。同時(shí)，施工中需要解決的難點(diǎn)問題還包括了隧道爆破粉塵污染問題、反坡施工問題、高埋深強(qiáng)烈?guī)r爆問題等，對(duì)于施工技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)和能力提出了較高的要求，必須為隧道使用者提供安全、快捷、舒適、經(jīng)濟(jì)的行車環(huán)境。

3 方案設(shè)計(jì)與施工防護(hù)措施

3.1 方案設(shè)計(jì)

在隧道施工中，支護(hù)問題是需要首先解決的問題，也是保障施工安全的關(guān)鍵所在。在對(duì)隧道支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要構(gòu)建起合理的塑性圈，對(duì)圍巖變形問題進(jìn)行有效的控制和引導(dǎo)，以完成應(yīng)力的釋放，同時(shí)保證圍巖的強(qiáng)度，避免其產(chǎn)生松動(dòng)和破碎問題，通過主動(dòng)與被動(dòng)相互結(jié)合的方式，提升隧道施工的效果。對(duì)于隧道的施工而言，支護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于變形問題的控制，確保隧道的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)于工程技術(shù)人員而言，應(yīng)該結(jié)合地質(zhì)勘查結(jié)果，做好施工方案的合理設(shè)計(jì)，重視對(duì)于施工環(huán)節(jié)的監(jiān)控和量測工作，保證支護(hù)和襯砌的及時(shí)有效，提升隧道的穩(wěn)固性，避免出現(xiàn)坍塌等事故[2]。

3.2 施工防護(hù)

支護(hù)僅僅是保持隧道穩(wěn)定的一個(gè)方面，在支護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，做好施工防護(hù)工作，通過積極采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)襯砌結(jié)構(gòu)的最終穩(wěn)定。從大致的思路分析，初期支護(hù)必須能夠及時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行封閉，形成一定的安全支護(hù)體系，在保證穩(wěn)定的同時(shí)，對(duì)多余應(yīng)力進(jìn)行釋放；二次襯砌需要在圍巖變形達(dá)到基本穩(wěn)定或初期支護(hù)基本穩(wěn)定后，提供足夠的支撐力，保持良好的強(qiáng)度和剛度，對(duì)抗地壓，通過兩者的相互協(xié)調(diào)和補(bǔ)充，可以達(dá)到預(yù)期的防護(hù)效果。由于隧道本身的長度大，在特殊地質(zhì)段與常規(guī)地質(zhì)段需要采用不同的支護(hù)方案，這里主要針對(duì)斷層破碎帶的超前帷幕注漿進(jìn)行討論。

結(jié)合地質(zhì)勘查，在隧道規(guī)劃中，發(fā)現(xiàn)其穿越多個(gè)斷層破碎帶，可以采用超前帷幕注漿的方式，對(duì)其進(jìn)行處理。首先，需要通過實(shí)驗(yàn)，明確注漿參數(shù)，做好工藝技術(shù)和施工材料的深入研究，以確保注漿施工的順利進(jìn)行。其次，應(yīng)該明確實(shí)施施工中注漿加固的效果，了解漿液的特性，避免施工的隨意性。然后，在注漿實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，需要結(jié)合地質(zhì)條件以及工藝技術(shù)，對(duì)漿液的強(qiáng)度特性、滲透特性等進(jìn)行分析，了解注漿前后地層的強(qiáng)度變化。帷幕注漿采用的是環(huán)向開挖的方式，開挖寬度為0.8-1.0m，保留1.5m左右的核心土，上下臺(tái)階的距離必須控制在3-5m之間，確保掌子面的穩(wěn)定性和牢固性，為施工提供充足的空間。鋼架的設(shè)置必須立足在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，如果現(xiàn)場以虛土為主，則應(yīng)該在地上鋪設(shè)鋼板或者槽鋼，避免其出現(xiàn)沉陷。在注漿完成后，如果發(fā)現(xiàn)涌水量超過0.15L/min，或者局部涌水量超過3L/min，則需要進(jìn)行追加注漿[3]。注漿參數(shù)如表1所示。

表1 超前帷幕注漿參數(shù)

在進(jìn)行超前帷幕注漿施工的過程中，需要注意一些關(guān)鍵性的問題，一是每一個(gè)注漿面的導(dǎo)管數(shù)量應(yīng)該為 40-80根，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保漿液擴(kuò)散區(qū)域的重疊面積能夠達(dá)到50%；二是在注漿過程中，必須做好掌子面變形檢測工作，如果變形較大，可以選擇厚度在0.5-1m的模筑混凝土，形成封堵面，保護(hù)掌子面在注漿過程中不會(huì)產(chǎn)生隆起或者開裂問題；三是應(yīng)該在注漿達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，并且維持一段時(shí)候沒有明顯下降時(shí)，結(jié)束注漿，并對(duì)注漿的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)合格后才能進(jìn)行后續(xù)施工。

3.3 技術(shù)措施

在施工中，引入了新奧法施工技術(shù)，配合大型施工進(jìn)行機(jī)械作業(yè)，保證了作業(yè)的良好效果。例如，對(duì)于斷層破碎帶的富集區(qū)，采用的是雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，棚洞段則采用暗挖法與明挖法相互結(jié)合的方式。在施工環(huán)節(jié)，必須依照開挖后的具體情況，采取相應(yīng)的技術(shù)手段，保持圍巖的穩(wěn)定性。于隧道兩端同時(shí)進(jìn)行斜豎井施工，結(jié)合橫向通道，保證了較高的施工效率。在特殊地質(zhì)段的開挖，堅(jiān)持強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、快封閉、勤量測的原則，結(jié)合深孔預(yù)注漿、超前錨桿等，保證了施工的安全性。

考慮到隧道施工需要穿越多個(gè)斷層破碎帶以及溶洞，地質(zhì)水文條件復(fù)雜，引入了TSP203以及地質(zhì)雷達(dá)等先進(jìn)的探測手段，結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)勘查資料，針對(duì)預(yù)施工段的地質(zhì)狀況進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行了完善，并且以此為基礎(chǔ)，優(yōu)化了設(shè)計(jì)施工方案，對(duì)施工中存在的安全隱患進(jìn)行了有效排除，確保了施工的順利進(jìn)行。

3.4 注意事項(xiàng)

一是在隧道開挖過程中，需要對(duì)施工用水進(jìn)行嚴(yán)格控制，做好排水工作，防止隧道施工面積水對(duì)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的威脅；二是應(yīng)該對(duì)隧道進(jìn)出口坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，避免其對(duì)于施工安全的影響；三是應(yīng)該做好現(xiàn)場勘查測量工作，結(jié)合測量得到的數(shù)據(jù)信息，及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工方案的優(yōu)化調(diào)整；四是斜豎井以及斷層帶施工時(shí)，需要做好施工面瓦斯含量的檢測工作，避免瓦斯超標(biāo)引發(fā)的安全問題；五是應(yīng)該堅(jiān)持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工的核心理念，做好隧道支護(hù)參數(shù)的實(shí)時(shí)校正以及施工方案、施工工藝的調(diào)整，以應(yīng)對(duì)特殊地質(zhì)的影響；六是應(yīng)該關(guān)注預(yù)留洞室以及預(yù)埋管線的施工，防止出現(xiàn)遺漏[4]。

4 結(jié)語

總而言之，在針對(duì)高速公路特長隧道進(jìn)行施工時(shí)，施工人員必須做好施工段的地質(zhì)勘查工作，引入先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，提升地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，明確施工中存在的難點(diǎn)問題，采取切實(shí)可行的預(yù)防和治理措施，將安全隱患扼殺在萌芽前，保證隧道施工的安全性和可靠性，推動(dòng)我國公路事業(yè)的健康發(fā)展。

[1]暢凱.淺談隧道穿越特殊地質(zhì)段施工[J].科學(xué)之友,2012,(4):69-70.

[2]曹建,唐解.淺談棟梁坡隧道穿越復(fù)雜和不良地質(zhì)段的施工技術(shù)[J].建材發(fā)展導(dǎo)向,2016,14(6):65-67.

[3]王敬.穿越不良地質(zhì)路段特長隧道的設(shè)計(jì)和施工措施[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2014,31(12):94-97.

TU7

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1007-6344（2017）02-0107-02

覃建源，1977年9月，男，壯族，本科，廣西融水縣人，中級(jí)職稱，研究方向：公路隧道及橋梁工程