基于溶巖地質(zhì)的連拱隧道施工技術(shù)研究

余 意

(廣西長(zhǎng)長(zhǎng)路橋建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530003)

隨著我國(guó)隧道工程領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，越來(lái)越多高技術(shù)含量、高技術(shù)難度的隧道工程在不斷地施工、建設(shè)并順利通過(guò)驗(yàn)收，部分隧道的工程標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)要求在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。由我國(guó)自主研發(fā)的一系列隧道施工和建造設(shè)備也大批量的投入使用，在各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)環(huán)境下進(jìn)行隧道施工已不再是工程難題。在眾多特殊地質(zhì)條件下的隧道施工中，溶巖地質(zhì)可謂是十分特殊的地質(zhì)構(gòu)造，由于其地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，決定了隧道在此類(lèi)地質(zhì)環(huán)境下施工具有特殊難度。

1 溶巖地質(zhì)條件下連拱隧道施工主要技術(shù)

1.1 地質(zhì)綜合預(yù)警技術(shù)

在隧道設(shè)計(jì)施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)工程的具體情況來(lái)選用特定的方案，如采用TSP地質(zhì)綜合預(yù)警系統(tǒng)與地質(zhì)勘探相結(jié)合的辦法，獲取地層巖性以及節(jié)理裂隙特征，最終對(duì)溶巖帶的基本情況全面掌握。假設(shè)全斷面設(shè)有3個(gè)探孔，長(zhǎng)度約40 m左右，探孔1、2采用φ38 mm孔徑的鉆機(jī)取芯，而探孔3則采用φ76 mm孔徑的鉆機(jī)進(jìn)行取芯。通過(guò)施工前期的預(yù)觀察可知，進(jìn)口段K30+670～K30+745和出口段K31+050～K31+092屬主隧道圍巖最差段。地質(zhì)綜合預(yù)警流程如圖1所示。

圖1 地質(zhì)綜合預(yù)警流程圖

1.2 地下水處理技術(shù)

對(duì)于在施工過(guò)程中有可能發(fā)生突泥涌水等現(xiàn)象的區(qū)域，應(yīng)通過(guò)注漿堵水的方法來(lái)對(duì)圍巖進(jìn)行加固，因?yàn)榇祟?lèi)區(qū)域會(huì)出現(xiàn)危及施工安全的破碎帶。具體的加固過(guò)程中，應(yīng)采取堵防兼顧的原則，全方位、多角度地確保施工安全。當(dāng)施工過(guò)程中遇到溶巖管道水以及暗河時(shí)，在不破壞地表環(huán)境的前提下可通過(guò)以疏導(dǎo)為主的方式進(jìn)行處理。在引起地下水流失并可能伴有地表環(huán)境破壞的區(qū)域，應(yīng)采取以堵為主的措施來(lái)保證附近區(qū)域居民的正常生產(chǎn)生活不受影響。而對(duì)于其他區(qū)域而言，則應(yīng)采取因地制宜、堵防結(jié)合、綜合治理的原則，確保連拱隧道在各種突發(fā)及自然災(zāi)害情況下的安全施工[3-4]。

1.3 主洞及中導(dǎo)坑溶洞處理技術(shù)

主洞開(kāi)挖面的溶洞處理應(yīng)保證二次襯砌時(shí)與圍巖的接觸面緊密且隧道基礎(chǔ)穩(wěn)固，而溶巖區(qū)隧道完善的排水措施可保證隧道竣工后洞內(nèi)干燥指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且隧道結(jié)構(gòu)以及附屬設(shè)備均可正常使用，以保證行車(chē)的安全。中導(dǎo)坑開(kāi)挖之后，可在溶壁內(nèi)放置φ22 mm的藥卷錨桿，錨桿長(zhǎng)度約為330 cm，間距為1.3 m×1.3 m，呈梅花型布置，將錨桿嵌入巖體2 m。應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題是，初期支護(hù)應(yīng)采用縱向間距為100 mm的118工字鋼、C20型噴射混凝土以及鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)，這有別于一般連拱隧道的施工要求，屬溶巖地質(zhì)條件下連拱隧道施工應(yīng)著重注意的問(wèn)題[5-6]。

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

2.1 拱頂沉降趨勢(shì)監(jiān)測(cè)

為減少人為因素所引起的測(cè)量精度誤差，且能兼顧施工過(guò)程中的其他不變因素，拱頂沉降趨勢(shì)一般采用分離式自動(dòng)遙測(cè)裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)。綜合中墻施工所引起的破壞以及左右洞開(kāi)挖所帶來(lái)的諸多影響，將施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)傳感器分別布置在各隧道的斷面處，并在隧道拱頂測(cè)點(diǎn)以及垂直向下的拱腰處測(cè)點(diǎn)分別埋置。以廣西百色巖都隧道的3#主洞里程LK65+223斷面為例，截取2個(gè)月工期內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及回歸函數(shù)曲線(xiàn)，如圖2所示。

圖2 初始支護(hù)后圍巖拱頂沉降位移曲線(xiàn)圖

由實(shí)際測(cè)量到的沉降數(shù)據(jù)可知，開(kāi)挖過(guò)程中，施工因素對(duì)圍巖產(chǎn)生的擾動(dòng)影響大概持續(xù)約一周左右的時(shí)間，隨后逐漸趨于平穩(wěn)，且沉降位移收斂于7 mm左右，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，所有試驗(yàn)結(jié)果均具有一致的收斂性[7-8]。

2.2 圍巖內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)

圍巖內(nèi)部位移的監(jiān)測(cè)通常較為困難，一般所選取的監(jiān)測(cè)儀具有多個(gè)傳感器測(cè)點(diǎn)，通過(guò)最小多項(xiàng)式的算法對(duì)大量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、計(jì)算、分析。以左洞里程LK65+285(四類(lèi)圍巖)斷面的拱頂數(shù)據(jù)為例，截取6個(gè)月工期內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及回歸函數(shù)曲線(xiàn)，如圖3所示。

圖3 圍巖內(nèi)部沉降位移曲線(xiàn)圖

1#～4#傳感器距離開(kāi)挖圍巖的側(cè)壁大約為1～3 m左右，并呈遞減順序排列，通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)可知，拱頂3#傳感器經(jīng)過(guò)逐漸上升的過(guò)程，最后收斂于2.5 mm處，而回歸曲線(xiàn)的判別系數(shù)R2值為0.986 6，且處于最深處的4#傳感器的最大位移低于0.15 mm，臨近圍巖側(cè)壁的1#、2#傳感器所接收到的位移值均在0.2 mm處收斂，因此，在超出該范圍的情況下，如果繼續(xù)對(duì)圍巖內(nèi)部沉降位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將會(huì)使監(jiān)測(cè)過(guò)程變得愈加困難[9-11]。

2.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)形變監(jiān)測(cè)

采取將鋼弦式應(yīng)變儀埋置于混凝土結(jié)構(gòu)或固定于鋼結(jié)構(gòu)位置上的方式，可進(jìn)行隧道初始階段的支護(hù)以及二襯混凝土的應(yīng)力測(cè)量，如果以左洞里程LK65+285(四類(lèi)圍巖)斷面的拱頂以及左右拱腰、側(cè)墻的數(shù)據(jù)為例，截取6個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及回歸函數(shù)曲線(xiàn)，如圖4所示。由圖可知，左洞右拱腰和中墻交叉處的區(qū)域?yàn)閼?yīng)力集中區(qū)，其數(shù)值在達(dá)到7.3 MPa后逐漸趨于平穩(wěn)，相比于左拱腰3.5 MPa的收斂值高出近50%，可見(jiàn)偏壓十分明顯[12-13]。

圖4 混凝土應(yīng)力變化曲線(xiàn)圖

3 工程實(shí)例

巖都隧道位于廣西百色境內(nèi)，全線(xiàn)區(qū)域?yàn)槿軒r地質(zhì)，支護(hù)結(jié)構(gòu)以及澆筑中墻的過(guò)程以彈性模量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，鑒于隧道埋深較淺，因此，地應(yīng)力應(yīng)按原始自重應(yīng)力場(chǎng)衡量，中導(dǎo)洞開(kāi)挖值為163 258個(gè)單元，42 316個(gè)節(jié)點(diǎn)。依據(jù)該隧道主體工程的設(shè)計(jì)規(guī)范并參照類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)值，確定各級(jí)圍巖的力學(xué)參數(shù)以及隧道支護(hù)參數(shù)，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)表

由表1可知，相比于四級(jí)圍巖來(lái)說(shuō)，五級(jí)圍巖的粘聚力系數(shù)較小，且內(nèi)摩擦角和重度都有明顯的降低，這是由五級(jí)圍巖的彈性模量相比于四級(jí)圍巖較低所致。此外，錨桿由于其特殊的位置限定和較大的彈性模量，使得其具有較高的重度，這就需要在實(shí)際的連拱隧道施工過(guò)程中，注意表1中各力學(xué)參數(shù)的監(jiān)測(cè)和調(diào)整，從巖都隧道最初施工到最終竣工的全過(guò)程來(lái)看，也可充分證明這一點(diǎn)[14-15]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文旨在通過(guò)對(duì)基于溶巖地質(zhì)的連拱隧道施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，分析溶巖地質(zhì)條件下連拱隧道的施工對(duì)環(huán)境的特殊要求以及主要技術(shù)難點(diǎn)，并歸納了一些此類(lèi)地質(zhì)條件下連拱隧道施工技術(shù)瓶頸的解決方案，進(jìn)而全面保證了此類(lèi)連拱隧道在施工過(guò)程中的工期、質(zhì)量以及安全性。最后以廣西境內(nèi)典型的溶巖地質(zhì)為例，通過(guò)對(duì)百色巖都隧道施工過(guò)程中圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)的分析，來(lái)對(duì)施工的可行性進(jìn)行綜合預(yù)判，對(duì)于溶巖地質(zhì)條件下的連拱隧道施工技術(shù)研究具有一定的參考價(jià)值。

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