不良地質(zhì)隧道開挖與支護施工技術(shù)研究

張德模

摘要 由于存在不良地質(zhì)，開挖與支護對于隧道來說其難度相對較大，不合理的開挖與支護技術(shù)將為隧道施工帶來不安全性。本文將從分析某隧道所存在的不良地質(zhì)問題出發(fā)，針對該隧道的不良地質(zhì)現(xiàn)象，提出該隧道工程相應(yīng)的施工技術(shù)；從不良地質(zhì)段開挖以及預(yù)支護的研究入手，提出適合老龍山隧道不良地質(zhì)段的預(yù)加固措施及開挖方法，為同類不良地質(zhì)的隧道提供開挖與支護施工借鑒。

關(guān)鍵詞 隧道施工；隧道開挖；預(yù)支護；帷幕超前預(yù)注漿

中圖分類號U45 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）43-0021-02

1 工程概況

本隧道隧址區(qū)位于陡峻山地中，山頂海拔高度在900m左右，任河谷底高程為310m~629m，切割深度為500m~600m，屬中切割的中低山區(qū)。山體斜坡坡度多在45°~55°，斜坡溝谷處坡度在55°~65°，坡頂發(fā)育有寬緩的剝夷平臺，平臺一代分布有水田、旱地，隧道通過段坡面沖溝發(fā)育。

由于該隧道巖石屬可溶性碳酸鹽巖，巖溶較發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性較差，而且含水較豐富；區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，有一條構(gòu)造發(fā)育的斷層斜穿隧道，致使圍巖破碎，降低了圍巖級別，并構(gòu)成了地下水通道。隧道進出口地形坡度較陡，巖體破碎、松散而且風(fēng)化較嚴重，圍巖穩(wěn)定性差。但本隧道內(nèi)不存在有毒有害氣體，無高地溫地層。經(jīng)上述分析，隧道施工段較易出現(xiàn)涌突水、斷層破碎帶、軟弱松散等不良地質(zhì)地段。

2 隧道預(yù)支護施工

根據(jù)本隧道采取的超前探孔結(jié)果，對于本隧道的不良地質(zhì)段必須進行預(yù)注漿加固處理，本工程采用全斷面和局部帷幕超前預(yù)注漿施工方案。采用施做砼止?jié){墻封堵圍巖面，注入單液或雙液水泥漿，帷幕注漿固結(jié)效果達到要求后，在圍巖整體性好的地方擴挖施工全斷面φ108鋼管，再次注漿加固圍巖，形成大管棚超前支護體系。

1）超前錨桿預(yù)支護。沿本隧道開挖輪廓線均勻環(huán)向布設(shè)φ22超前錨桿，經(jīng)計算超前錨桿長度為3.5m，錨桿縱環(huán)向間距2.0×0.4m。錨桿施做部位為兩側(cè)起拱線拱部120°范圍，呈梅花形布置，外插角5°~15°，縱向搭接1.0m。錨桿尾端焊接在鋼拱架上或系統(tǒng)錨桿尾端；

2）超前小導(dǎo)管預(yù)支護。開挖前沿鋼架腹板上預(yù)留孔施做拱墻φ42小導(dǎo)管并注漿，孔的環(huán)向間距取40cm，小導(dǎo)管長度取3.0m和6.0m兩種規(guī)格，外插角7°。導(dǎo)管的注漿材料采用單液水泥漿液，水泥漿水灰比1:1，注漿壓力取0.5 MPa~2.0MPa；

3）大管棚超前預(yù)支護。超前大管棚采用壁厚為4mm的Φ108熱軋無縫鋼管加工而成，全斷面共設(shè)置58個管棚。以隧道斷面圓心為基準呈環(huán)向布設(shè)管棚，管棚環(huán)向間距為40cm，共設(shè)3環(huán)，管棚長度取30m。管棚由3m和6m的管節(jié)通過絲扣聯(lián)結(jié)而成，以隧道中軸線為傘狀平面布置，注漿范圍為隧道開挖線外6m，漿液擴散半徑取2m，外插角2°。管棚采用間隔鉆孔與注漿，注漿液均采用1:1的水泥單漿液，注漿時先注單號然后再注雙號。在帷幕注漿達到固結(jié)、板結(jié)破碎帶效果后，向前開挖部分混凝土止?jié){墻，留取6m厚止?jié){墻作為止?jié){巖盤和保證施工安全。然后將止?jié){墻退后6m段擴挖以滿足全斷面施工φ108大管棚的條件，最后施作大管棚并注漿預(yù)支護；

4）帷幕超前預(yù)注漿。根據(jù)本隧道圍巖情況，當超前地質(zhì)鉆孔中單孔流水量>2m3/h，總水量>10m3/h的斷層與破碎帶不良地段采取全斷面帷幕超前預(yù)注漿。在局部涌突水地段采用局部帷幕超前預(yù)注漿。施工時根據(jù)實際的巖溶管道位置、大小、圍巖孔隙率及漿液擴散等來布設(shè)注漿孔位置。

注漿漿液采用普通水泥單液漿或普通水泥-水玻璃漿液，而成孔注漿采取前進式分段注漿，采取反復(fù)注入稀漿與濃漿交替、壓力控制與注入漿液量控制相結(jié)合的措施，注漿壓力從低到高逐漸加壓，注漿時間根據(jù)漿量的注入速率進行靈活調(diào)整，漿液等強期到后，再進行下循環(huán)開挖。

3隧道初期支護施工

3.1 初期支護

根據(jù)隧道埋深和圍巖級別以及圍巖地質(zhì)情況，本隧道施工中應(yīng)加強初期支護手段，支護斷面采用Ⅳ~Ⅴ級圍巖曲墻全斷面增設(shè)帶仰拱I18型工字鋼剛架，鋼剛架間距為0.5 m/榀~1.0m/榀；錨桿采用L=3.0m的D25中空注漿錨桿，縱環(huán)間距1.0m×1.0m；拱墻鋪設(shè)雙層φ8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格尺寸20cm×20cm；然后素噴厚度為26cm 的C20混凝土。在每榀工字鋼鋼拱架之間用Φ22的鋼筋連接，并與徑向錨桿及鋼筋網(wǎng)焊為一體。然后噴射砼封閉，以保證其快速形成承載結(jié)構(gòu)。工程實踐表明，這種方法對于隧道成功穿越巖體自穩(wěn)能力差的不良地質(zhì)地段尤其有效。

3.2 徑向補注漿加固圍巖

開挖及初支完成后及時進行徑向注漿加強，徑向注漿采用長度3.0m 的D25中空注漿錨桿，縱環(huán)間距1.0m×1.0m。本隧道采取的注漿參數(shù)如下：注漿材料采用普通水泥單液漿，水灰比W:C=1:1。從下到上采用全孔一次性注漿，初壓時注漿壓力為0.5MPa~1.0MPa，而終壓時注漿壓力控制在2.0MPa。注漿完成后，對其整體注漿效果進行檢查，如果每延米出水量不大于2m3/d時，則表明注漿效果明顯，否則應(yīng)采取補孔注漿措施。

4 施工注意事項

1）混凝土止?jié){墻要確保其厚度以及密實度要求，以確保其切實起到止?jié){墻作用；

2）鉆孔注漿要隨時注意鉆進的速度，如果發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時進行處理，以確保鉆孔作業(yè)安全；

3）進行注漿時保證注漿壓力，待壓力有明顯升高時，進行合理的判斷是否注滿，保證注漿效果；

4）隧道開挖過程中堅持“短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測”的原則，防止圍巖坍塌造成安全事故。同時開挖時應(yīng)加強監(jiān)控量測，及時進行回歸分析，出現(xiàn)異常應(yīng)及時采取處理措施；

5）隧道注漿過程中，要密切注意泵壓和流量的變化。對于工作面漏漿，應(yīng)采取封堵措施；如跑漿則通過調(diào)換漿液、調(diào)整漿液配比，縮短漿液凝膠時間，進行大泵量、低壓力注漿；必要時采用間歇注漿，以達到控域注漿目的。注漿時應(yīng)保持注漿管路暢通，以避免管路堵塞而影響注漿結(jié)束標準的判斷。注漿完成后應(yīng)檢查注漿效果，對于未達到注漿結(jié)束標準時，應(yīng)采取補孔注漿處理措施。

5 結(jié)論

本文從分析某隧道所存在的不良地質(zhì)問題出發(fā)，針對該隧道的不良地質(zhì)現(xiàn)象，提出了該隧道相應(yīng)的施工技術(shù)；從不良地質(zhì)段開挖以及預(yù)支護的研究入手，提出適合老龍山隧道不良地質(zhì)段的預(yù)加固措施及開挖方法，為同類不良地質(zhì)的隧道提供開挖與支護施工借鑒。

參考文獻

[1]鄒艷琴.深埋隧道施工組織及不良地質(zhì)地段施工方法[J].鐵道建筑，2008，23(10)：265-267.

[2]沈曉海，趙軍輝，張漢斐.不良地質(zhì)隧道圍巖處治工程實踐[J].公路，2004，21(1)：31-34.