云南地區(qū)高速公路隧道預(yù)防塌方措施

孫 才 中鐵十二局集團(tuán)國(guó)際工程有限公司

1 前言

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，根據(jù)交通部2004 年規(guī)劃的“7918網(wǎng)”，十三年高速公路通車(chē)?yán)锍淘黾蛹s500%。在高速公路施工建設(shè)過(guò)程中，不可避免的遇到各種各樣的不良地質(zhì)現(xiàn)象，造成隧道的開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)大、前期支護(hù)困難、突水突泥、拱頂下沉、沉降收斂侵限等一系列問(wèn)題。

2 工程概況

2.1 依托項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于云南省臨滄市，本標(biāo)段線路全長(zhǎng)5.48km，主要有隧道2座，單洞總長(zhǎng)9628m（大興隧道左洞長(zhǎng)2910m，右洞長(zhǎng)2910m，扎拉寨隧道左洞長(zhǎng)1913m，右洞長(zhǎng)1895m）。

2.2 地形地貌

項(xiàng)目區(qū)位于云南滇西地區(qū)，地勢(shì)總體上東北高、西南低，為怒山支脈，高低起伏大。由于風(fēng)的影響和河流侵蝕的作用，地形復(fù)雜，形成了高、中山、峽谷和各種形狀的山間盆地。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)海拔為1503.3m～2383.5m，最大相對(duì)高差880.2m。隧道區(qū)內(nèi)海拔為1511.46m～2371.05m，最大相對(duì)高差859.59m。隧道地段植被茂密，覆蓋較厚，地貌屬于中山地貌。

2.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)域經(jīng)歷了多次地殼運(yùn)動(dòng)，地殼形跡極為復(fù)雜。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造輪廓及構(gòu)造形跡的空間展布和性質(zhì)，斷裂發(fā)育呈北東——南西向延伸。本段受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，巖層有壓扭性特征，產(chǎn)狀變化較大，巖體破碎，差異風(fēng)化突出。因其覆蓋層厚，植被茂密，山勢(shì)陡峭，露頭有限，地表斷層形跡不顯。

2.4 水文、氣象

場(chǎng)區(qū)位于北回歸線南側(cè)附近，屬亞熱帶氣候，海拔相對(duì)高差大，地形復(fù)雜，立體氣候明顯。全年日照時(shí)間長(zhǎng)，霜期短，氣候溫和，干濕季分明。氣候冬暖夏涼，構(gòu)成了多種多樣的生態(tài)環(huán)境。

3 云南地區(qū)主要地質(zhì)條件特點(diǎn)

（1）斷裂構(gòu)造較發(fā)育，圍巖堅(jiān)硬性差，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，施工中需頻繁變換開(kāi)挖工方法，并根據(jù)地質(zhì)條件隨時(shí)調(diào)整支護(hù)措施。（2）地下水豐富、圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、完整性差，施工過(guò)程中若初期支護(hù)不能達(dá)到設(shè)計(jì)、規(guī)范要求，就會(huì)達(dá)到圍巖穩(wěn)定的臨界平衡點(diǎn)，易發(fā)生初支侵限甚至塌方。（3）爆破開(kāi)挖后圍巖破碎，局部產(chǎn)生掉塊失穩(wěn)，暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易風(fēng)化掉塊。

在本項(xiàng)目施工幾年來(lái)，上述三個(gè)地質(zhì)條件特點(diǎn)，致使隧道在開(kāi)挖過(guò)程經(jīng)常發(fā)生中塌方，塌方處理需要大量的人力、物力和時(shí)間，對(duì)項(xiàng)目安全、效益和工期等方面都造成了諸多不利影響。根據(jù)本項(xiàng)目三年來(lái)的施工經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，在采取相應(yīng)的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，運(yùn)用適當(dāng)?shù)某邦A(yù)防措，能夠有效預(yù)防和避免塌方的發(fā)生。

4 預(yù)防塌方的具體措施

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

常用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法有有三種，一是電磁波法即地質(zhì)雷達(dá)，二是超前探孔，三是地震波法即TSP。三種方法的原理及布置圖如圖1所示。

圖1 三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的原理及布置圖

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案擬定以下四種，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合理方案。（1）地質(zhì)雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案：適用于短距離隧道不良地質(zhì)地段。（2）TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案：適用于中長(zhǎng)距離隧道不良地質(zhì)地段。（3）SP 與超前地質(zhì)鉆探（1 個(gè)孔）綜合方案：在工程地質(zhì)與水文地質(zhì)較復(fù)雜地段，僅采用TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)不能滿足施工需要，需補(bǔ)充超前地質(zhì)鉆孔對(duì)TSP預(yù)報(bào)成果進(jìn)行核查與確認(rèn)。（4）TSP與超前地質(zhì)鉆探（3個(gè)孔）綜合方案：在斷層、地質(zhì)條件極差及初步判斷前方含水量大時(shí)采用。

4.2 加深炮孔

加深炮孔作為單獨(dú)的工序，在立架施工工序中施工，在將要開(kāi)挖的掌子面上施做加深鉆孔來(lái)探測(cè)前方圍巖的地質(zhì)情況。根據(jù)圍巖情況一般布設(shè)3～5個(gè)鉆孔，鉆孔深度視3m～5m。依靠對(duì)鉆進(jìn)速度及巖碴變化以及鉆孔涌水狀況、水壓、水量、顏色、水質(zhì)等判定前方地質(zhì)情況及下個(gè)循環(huán)的循環(huán)進(jìn)尺。鉆孔過(guò)程如發(fā)現(xiàn)存在異常的(如突水、突泥、溶洞)及時(shí)采取措施。

4.3 控制開(kāi)挖參數(shù)

施工原則：短進(jìn)尺、弱爆破、緊封閉。在軟弱圍巖中，由于巖體破碎松散，節(jié)理裂隙密集，整體性差，巖石物理力學(xué)性質(zhì)差異大，開(kāi)挖后圍巖自穩(wěn)能力較差，掘進(jìn)進(jìn)尺稍有不當(dāng)，就可能造成局部或者大范圍的失穩(wěn)塌方，給施工安全、進(jìn)度和效益帶來(lái)很大的損失。因此，要利用超前地質(zhì)探測(cè)、圍巖監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析，針對(duì)不同地質(zhì)條件選擇不同的開(kāi)挖施工方案、鉆爆參數(shù)。

4.4 監(jiān)控量測(cè)

在隧道施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)對(duì)隧道不良地質(zhì)非常重要，是確保開(kāi)挖、支護(hù)穩(wěn)定安全的重要手段之一。通過(guò)分析總結(jié)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，及時(shí)準(zhǔn)確掌握圍巖結(jié)構(gòu)及支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，保證施工和結(jié)構(gòu)安全。

（1）監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

監(jiān)控點(diǎn)的布設(shè)要保證初始讀數(shù)在開(kāi)挖后8h～12h 內(nèi)，和下一循環(huán)開(kāi)挖前完成測(cè)取。測(cè)點(diǎn)應(yīng)安設(shè)在距開(kāi)挖面1m～3m范圍內(nèi)，保證不大于一循環(huán)進(jìn)尺，并細(xì)心保護(hù)，不受下一循環(huán)爆破的破壞。各項(xiàng)沉降、收斂位移的測(cè)點(diǎn)，一般可布設(shè)在同一斷面內(nèi)，測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一記錄在一起，測(cè)設(shè)結(jié)果可以相互印證，協(xié)同分析與應(yīng)用。

布設(shè)要求：IV 級(jí)圍巖10m/組；V 級(jí)圍巖5m/組。在兩組監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)中間進(jìn)行斷面掃描以加強(qiáng)觀測(cè)，圍巖不好時(shí)適當(dāng)加密。

（2）圍巖量測(cè)頻率

圍巖量測(cè)頻率根據(jù)位移速度和開(kāi)挖面距離控制。具體頻率見(jiàn)表1。

表1 圍巖量測(cè)頻率表

（3）數(shù)據(jù)分析

量測(cè)結(jié)果應(yīng)按下列要求進(jìn)行隧道穩(wěn)定型綜合判別。見(jiàn)表2。

表2 圍巖量測(cè)變形管理等級(jí)表

①圍巖量測(cè)最大位移值不大于表2 所列隧道周邊允許相對(duì)位移值的1/3，可認(rèn)為初期支護(hù)達(dá)到基本穩(wěn)定。

②圍巖量測(cè)最大位移值大于表2 所列隧道周邊允許相對(duì)位移值的1/3且不大于2/3時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

③圍巖量測(cè)最大位移值大于表2 所列隧道周邊允許相對(duì)位移值的2/3時(shí)，應(yīng)停工并且采取特殊措施后方可施工。

5 結(jié)束語(yǔ)

云南滇西地區(qū)高速公路隧道地質(zhì)復(fù)雜圍巖多變的特點(diǎn)，致使隧道施工過(guò)程中塌方發(fā)生的概率增加，造成施工過(guò)程的難度隨之增加。所以施工中必須全面了解隧道范圍的地質(zhì)條件，分析可能造成隧道塌方的原因及對(duì)隧道施工的影響，選擇合理有效的預(yù)防措施，減少和避免隧道塌方的發(fā)生。

在臨清高速公路建設(shè)施工中，我部承建的兩座隧道地質(zhì)情況復(fù)雜多變，經(jīng)常出現(xiàn)地質(zhì)斷層、圍巖軟弱、破碎等不良地質(zhì)情況。因施工過(guò)程中提前有效的了解了前方地質(zhì)情況并制定相應(yīng)的技術(shù)措施，有效減少、避免塌方的發(fā)生，使隧道塌方對(duì)施工的影響降到最低。