隧道破碎帶施工

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1工程概況

本隧道地處鄂西南地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖多雨、濕潤(rùn)多霧、雨量充沛，區(qū)內(nèi)山巒疊嶂、溝壑縱橫。洞內(nèi)以Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖為主，地質(zhì)主要以寒武系上統(tǒng)耗子沱群灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，中厚產(chǎn)狀，弱風(fēng)化。但是斷層、溶腔、夾層頻頻出現(xiàn)，節(jié)理裂隙較發(fā)育。本隧道全長(zhǎng)2651m,分進(jìn)出口掘進(jìn)，進(jìn)口里程為DK238+669，出口里程為DK240+300。

2破碎地質(zhì)帶與隧道的關(guān)系以及對(duì)施工的影響

破碎地質(zhì)帶是指松散地層、巖溶、斷層、軟土地段、土加石、溶腔等不利于隧道工程施工的不良地質(zhì)環(huán)境。在施工中發(fā)現(xiàn)，不良地質(zhì)地段的變異是非常復(fù)雜的，設(shè)計(jì)文件提供的地質(zhì)資料和施工方法以及防范措施不可能完全符合實(shí)際情況。

破碎地質(zhì)在隧道施工中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，如認(rèn)識(shí)不夠，施工工藝安排不合理，會(huì)造成塌方，這樣不僅會(huì)造成直接經(jīng)濟(jì)損失，給隧道施工帶來極大困難，而且耽誤工期，并且會(huì)帶來安全隱患，甚至?xí)斐砂踩|(zhì)量事故。因此隧道不良地質(zhì)帶的施工必須制定安全、穩(wěn)妥的施工方案，采取積極、有效的施工措施，切忌盲目施工。不良地質(zhì)的發(fā)現(xiàn)一是要熟讀設(shè)計(jì)文件、掌握設(shè)計(jì)意圖以及詳細(xì)的地質(zhì)情況；二是要勤觀察并要對(duì)癥下藥，因此，在施工過程中，應(yīng)經(jīng)常觀察地質(zhì)發(fā)育情況，必要時(shí)采取有效的輔助措施，如TSP、超前鉆孔、紅外線探水、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)措施。

3破碎地質(zhì)的施工原則

在隧道施工過程中如遇到不良地質(zhì)段，首先要對(duì)地質(zhì)、水文情況有一個(gè)整體的了解。嚴(yán)格按照“先治水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、早襯砌、”的指導(dǎo)原則。

（1）先治水：在有水地段，應(yīng)采用引、排、堵相結(jié)合的方式，處理好巖溶水，消除隱患。

（2）短開挖、弱爆破：不良地質(zhì)段，應(yīng)遵循多打眼、淺打眼、弱爆破、短進(jìn)尺的原則，減少對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)。

（3）強(qiáng)支護(hù)：及破碎地段，應(yīng)采取錨、噴、網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的原則。如果噴錨支護(hù)仍不能提供足夠的支護(hù)能力時(shí)，應(yīng)及早裝設(shè)鋼架（工字鋼或格柵鋼架）支撐加強(qiáng)支護(hù)。

（4）勤量測(cè):及在開挖完成后，立即進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)工作，及時(shí)掌握圍巖變化情況。如變化較大，應(yīng)制定相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

（5）早襯砌：在監(jiān)控量測(cè)反映圍巖變化穩(wěn)定、邊墻完成后，襯砌結(jié)構(gòu)盡早封閉，改善受力狀態(tài)，確保襯砌結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期穩(wěn)定、堅(jiān)固。

4長(zhǎng)鷹壩二號(hào)隧道的開挖方法

由于長(zhǎng)鷹壩二號(hào)隧道地質(zhì)情況復(fù)雜，節(jié)理較發(fā)育，溶洞、斷層、土夾石巖層等不良地質(zhì)頻頻出現(xiàn)，所以全斷面開挖法已經(jīng)不再合適，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，我們采取了上下斷面順序開挖法，采用減輕震動(dòng)控制爆破技術(shù)。下面就以DK239+705～+770段巖溶處理措施為例，淺談一下不良地質(zhì)段的施工方法。

在隧道開挖過程中，如果圍巖的整體性差、穩(wěn)定性差、風(fēng)化程度比較嚴(yán)重時(shí)，一般多采用上下臺(tái)階開挖方法。上下臺(tái)階開挖法，就是上半斷面施工（包括支護(hù)）一段距離后（至少50m），再進(jìn)行下半斷面的開挖和支護(hù)。這種情況的施工難度取決于圍巖破碎的程度以及填充物的含水性、活動(dòng)性。

(1)長(zhǎng)鷹壩二號(hào)隧道進(jìn)口施工至DK239+710時(shí)線路左側(cè)出現(xiàn)粘土填充物（附圖1），通過超前鉆孔探測(cè)發(fā)現(xiàn)前方20m范圍內(nèi)仍是破碎巖層并向線路右側(cè)發(fā)展，圍巖破碎程度嚴(yán)重，自穩(wěn)能力差。施工不當(dāng)極易造成側(cè)壁整體滑塌，應(yīng)注意輔以鋼架和噴錨網(wǎng)聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)。我們采取了在側(cè)壁不良地質(zhì)的范圍布設(shè)￠42小導(dǎo)管注漿固結(jié)巖體；與線路方向成15°夾角、長(zhǎng)度為6m，施工方法采用先兩側(cè)、后中間，短進(jìn)尺、快支護(hù)的原則，較順利的通過了該地段。

(2)施工至DK239+720時(shí)拱部出現(xiàn)大量的砂礫土填充物，隨著進(jìn)尺填充物逐步擴(kuò)大，因考慮安全起見，改為人工配合機(jī)械施工，以人工為主，盡量縮短進(jìn)尺，一般為一榀鋼架間距的進(jìn)尺。

(3)至DK239+750時(shí)隧道大部分?jǐn)嗝娑荚谄扑閹r層中，且破碎程度比較嚴(yán)重，隨時(shí)有掉塊、滑體現(xiàn)象發(fā)生。在開挖方法上采用了分部開挖法，即先開挖破碎帶，開挖完成后立即采用￠42小導(dǎo)管注漿封閉巖體，待注漿效果達(dá)到一定程度后再開挖較好圍巖。在開挖時(shí)可采用風(fēng)槍與小炮相結(jié)合，但必須考慮減少對(duì)已封閉好破碎帶的振動(dòng)。在下斷面施工中，必須使上斷面鋼架與下斷面鋼架之間焊接牢固、下斷面鋼架座落穩(wěn)定。

5破碎帶的支護(hù)方法

在開挖的同時(shí)，應(yīng)及時(shí)施做初期支護(hù)，這是破碎地段施工的原則。以免圍巖暴露時(shí)間過長(zhǎng)，產(chǎn)生松動(dòng)、變形或掉塊以及坍塌現(xiàn)象，所以應(yīng)遵循“早支護(hù)，強(qiáng)支護(hù)”的原則。一般在破碎地段采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方法。在必要時(shí)，應(yīng)采用超前小導(dǎo)管或超前管棚和鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)。在DK239+710時(shí)雖然我們對(duì)破碎帶進(jìn)行了注漿固結(jié)，但這只是臨時(shí)支護(hù)，考慮到整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，對(duì)該段我們進(jìn)行輔以鋼架加強(qiáng)支護(hù)，施做鋼架從DK239+705開始，鋼拱架間距50cm，縱向連接鋼筋用￠22螺紋鋼間距加密至50cm，因?yàn)樵诰€路左側(cè)出現(xiàn)大量粘土填充，基底極其松軟，為了使鋼架座落穩(wěn)定，我們?cè)谧髠?cè)基底設(shè)置P43槽鋼并延伸出破碎區(qū)段如圖2所示，這樣確保鋼拱架座落穩(wěn)定不下沉，并且整體性較強(qiáng)。每榀鋼架在邊墻位置設(shè)置長(zhǎng)3.5m的鎖腳錨桿與槽鋼焊接成一體。

DK239+730左側(cè)為粘土填充，即易發(fā)生坍方或掉塊現(xiàn)象，所以在鋼拱架架立完畢后，在左側(cè)設(shè)置3.5m長(zhǎng)的小導(dǎo)管并注漿加固巖體，小導(dǎo)管施工如圖3所示，梅花型布置。上斷面施工至DK239+750時(shí)，線路左側(cè)發(fā)生塌方現(xiàn)象，隧道左邊形成一空腔（縱向2.8m，高度無法測(cè)出），這種空腔處理就不能再以簡(jiǎn)單的鋼架支護(hù)。首先，考慮到安全起見，要對(duì)空腔周圍的危石、險(xiǎn)石進(jìn)行處理，然后進(jìn)行鋼架架立。鋼架后面鋼筋網(wǎng)片和縱向連接筋焊接牢固后，支模噴射C20混凝土，待噴射混凝土達(dá)到一定程度后，拆除摸板，用C25素混凝土施做1m厚護(hù)拱，在護(hù)拱上墊至少1m厚砂土，對(duì)空腔內(nèi)的落石起緩沖作用，防止破壞鋼架支護(hù)結(jié)構(gòu)。如圖4所示。

6超前預(yù)報(bào)工作

隧道破碎帶的超前預(yù)報(bào)工作在隧道施工中是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的、非常重要的工作，它是保證隧道施工安全的一項(xiàng)重要措施，同時(shí)，它又是隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的主要決策依據(jù)。因?yàn)椴涣嫉囟蔚某霈F(xiàn)具有一定的突然性，如沒有意識(shí)到它的存在，依然采用常規(guī)的施工方法，將導(dǎo)致塌方而影響到整個(gè)工程的施工。因此，要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)變化情況作出相應(yīng)的預(yù)防措施。超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)得以實(shí)施原則：在隧道施工中要做到“加強(qiáng)探測(cè)，強(qiáng)化治理，不留后患”的原則。

超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的方法主要有以下幾種：(1)掌子面地質(zhì)素描法(2)物探法（TSP203，地質(zhì)雷達(dá)法，紅外線法）和鉆探法（超前深孔鉆探）。根據(jù)以上幾種方法得出的地質(zhì)資料再結(jié)合實(shí)際地質(zhì)素描，進(jìn)行初步的地質(zhì)分析，判斷破碎巖體的發(fā)育情況。隧道破碎帶在隧道中是有一定的延伸長(zhǎng)度的，它的出現(xiàn)也是有一個(gè)由小到大的過程的，若隧道局部圍巖破碎、石質(zhì)較差，且圍巖軟硬分界明顯，應(yīng)小心對(duì)待，可根據(jù)巖層的走向、傾角等預(yù)測(cè)前方可能出現(xiàn)的地質(zhì)變化情況。

在實(shí)際開挖作業(yè)中，若鉆速突然加快，巖漿有異常變化時(shí)，則肯定存在明顯的軟硬巖層分界面，應(yīng)探明情況并及時(shí)采取相關(guān)措施。

對(duì)重點(diǎn)懷疑地段，采用超前水平鉆孔。根據(jù)巖芯和鉆進(jìn)過程中的巖粉、鉆速和水質(zhì)情況，判斷前方水文、地質(zhì)條件；取巖芯，并利用巖芯作試樣進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)鉆進(jìn)的地質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行判斷；鉆速測(cè)試，根據(jù)鉆機(jī)在巖石中的鉆進(jìn)速度和巖石特性之間的關(guān)系來判斷。

7監(jiān)控量測(cè)

7.1監(jiān)控量測(cè)的目的

現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)是隧道工程監(jiān)控的重要手段，其目的在于了解圍巖變形和應(yīng)力變化的動(dòng)態(tài)過程，掌握隧道圍巖的穩(wěn)定情況，判斷支護(hù)系統(tǒng)地可靠程度，是直接為施工和支護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)服務(wù)的。通過現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)掌握圍巖力學(xué)形態(tài)的變化規(guī)律，掌握支護(hù)的工作狀態(tài)信息并及時(shí)反饋，指導(dǎo)施工作業(yè)。對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，作出工程預(yù)測(cè)，確定施工對(duì)策和措施，以確保施工安全和隧道穩(wěn)定。

7.2量測(cè)部位的確定和測(cè)點(diǎn)的布置

尤其在圍巖破碎地段，更應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作。在破碎段，一般都是邊開挖邊支護(hù)，所以在支護(hù)工作完成后立即布設(shè)量測(cè)點(diǎn)（水平收斂和拱頂下沉），進(jìn)行量測(cè)工作。水平收斂和拱頂下沉測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量布設(shè)在同一斷面上，量測(cè)斷面間距一般在5m左右（破碎段），尤其在洞口埋深較淺地段更應(yīng)該縮小量測(cè)間距。通過每次的量測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)匯制時(shí)間與位移之間的變化曲線圖，從而可直接了解該點(diǎn)的圍巖變化情況，為施工提供依據(jù)。

總之，量測(cè)試監(jiān)控的手段，監(jiān)控是量測(cè)得目的。監(jiān)控過程可分為：現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)——數(shù)據(jù)處理——信息反饋。

8結(jié)束語

近年來由于新奧法在隧道工程中的成功應(yīng)用，當(dāng)前已被國(guó)內(nèi)外作為隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的重要方法。所以在隧道不良地質(zhì)段的處理中，非常有必要應(yīng)用新奧法的施工方法以及施工中應(yīng)遵循的原則：“少擾動(dòng)、早支護(hù)、勤量測(cè)、緊封閉”。

總之，在破碎地段，一定要本著安全第一，預(yù)防為主，科學(xué)組織，精心施工，不留后患的原則，穩(wěn)步前進(jìn)，以免造成工程失誤和增加投資。