復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的隧道施工與風(fēng)險(xiǎn)防范

劉 炳 東

(浙江交工宏途交通建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310002)

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復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的隧道施工與風(fēng)險(xiǎn)防范

劉 炳 東

(浙江交工宏途交通建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310002)

簡述了復(fù)雜巖溶條件下隧道作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)防范要點(diǎn)，介紹了隧道施工現(xiàn)場監(jiān)控量測的主要內(nèi)容，并從洞口與明洞施工、洞身開挖、斷層破碎帶施工等方面，提出了隧道施工過程的風(fēng)險(xiǎn)防范措施。

隧道，巖溶地質(zhì)，監(jiān)控量測，風(fēng)險(xiǎn)防范

0 引言

貴州省位于我國西南地區(qū)，山高坡陡，一年四季雨水充沛，復(fù)雜多變的層積巖與喀斯特地質(zhì)地貌，為該地區(qū)形成了一道亮麗的風(fēng)景線。然而，深埋的巖溶地質(zhì)會(huì)給公路隧道施工帶來各種麻煩，如溶洞內(nèi)大小不一的填充物外涌、掌子面泥水四溢、掉塊、坍方、冒頂?shù)劝踩[患。因此，復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的公路隧道施工，需要制定科學(xué)合理且有效的施工方案。

余慶至安龍高速公路羅甸至望謨段工程是《貴州省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“6橫7縱8聯(lián)”中的“第六橫”——余慶至安龍高速公路的重要組成部分，同時(shí)也是貴州省高速公路三年建設(shè)會(huì)戰(zhàn)項(xiàng)目之一。路線全長75 km，雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，路基寬24.5 m，汽車荷載為公路Ⅰ級(jí)。

筆者所在項(xiàng)目為LWTJ-2標(biāo)段，起于羅甸縣逢亭鎮(zhèn)賴村北東側(cè)，起點(diǎn)樁號(hào)K8+874，終點(diǎn)樁號(hào)YK17+580。該標(biāo)段共有隧道2處，分別為林納隧道和羅蘇一號(hào)隧道，總長2 217 m，由地質(zhì)勘探可知，該項(xiàng)目穿越地層巖性復(fù)雜，構(gòu)造發(fā)育，主要表現(xiàn)為崩塌、滑坡、危巖、巖堆、不穩(wěn)定邊坡等不良地質(zhì)條件，其中巖溶較為常見，多表現(xiàn)為溶巖、溶腔、裂隙和裂谷等產(chǎn)狀，地理?xiàng)l件復(fù)雜，地質(zhì)條件差，雨水多，隧道施工難度大，安全要求極高。

1 復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下隧道作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)防范作業(yè)要點(diǎn)

為確保復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下隧道施工的安全可靠，按照“新奧法”原理，隧道以堅(jiān)持勤量測、嚴(yán)注漿，管超前，弱爆破，短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)，早封閉的原則進(jìn)行，遵循“先探后挖、支護(hù)在先”的施工程序，穩(wěn)步推進(jìn)。

初期支護(hù)：可采用工字鋼拱架(或鋼筋格柵)，徑向錨桿，鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成，拱架、錨桿及鋼筋網(wǎng)之間采用縱向鋼筋相接，并與巖面緊密貼合。

二次襯砌：在淺埋及洞口加強(qiáng)段采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以確保隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，隧道的主要輔助施工措施可采用超前大管棚、超前小導(dǎo)管。超前大管棚設(shè)于隧道兩端洞口，超前小導(dǎo)管用于Ⅴ級(jí)圍巖及Ⅳ級(jí)圍巖較差地段。

2 全面監(jiān)控量測，及時(shí)數(shù)據(jù)分析

隧道的監(jiān)控量測是“噴錨”施工的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它既能確保隧道的安全操作，也能為圍巖的動(dòng)態(tài)支護(hù)提供可靠數(shù)據(jù)，還能為隧道設(shè)計(jì)與施工積累豐富的技術(shù)資料，因此必須做好此項(xiàng)工作。

如表1所示，根據(jù)本項(xiàng)目隧道具體條件，定期進(jìn)行隧道圍巖變形量測、應(yīng)力—應(yīng)變量測和圍巖支護(hù)效果分析與穩(wěn)定性分析。

2.1 關(guān)注凈空收斂監(jiān)測

表1 施工現(xiàn)場隧道監(jiān)控量測一覽表

表2為林納隧道在初期支護(hù)后的監(jiān)控量測樣本，樣本中的凈空收斂量測是隧道風(fēng)險(xiǎn)防范的一項(xiàng)重要檢測指標(biāo)，通過定期監(jiān)測斷面的凈空收斂數(shù)據(jù)，包括變化速率與累計(jì)變量值，通過對(duì)所觀測數(shù)據(jù)的分析研究，能夠全面掌握圍巖變形的穩(wěn)定情況，同時(shí)也為復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件的隧道施工及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，以及在隧道二次襯砌施作時(shí)間提供可靠的數(shù)據(jù)。

2.2 隧道的支護(hù)情況觀測

及時(shí)觀測隧道施工過程中的支護(hù)情況，觀測內(nèi)容包括開挖面的自穩(wěn)性與附近自穩(wěn)性，校核圍巖與圖紙是否有出入，初期支護(hù)的結(jié)構(gòu)受力狀況及是否出現(xiàn)破損等情況。每次爆破后應(yīng)對(duì)掌子面進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視，特別是軟弱圍巖，要實(shí)時(shí)地質(zhì)勘查，觀察后做好相關(guān)記錄，并整理保存。

2.3 洞內(nèi)地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報(bào)

表2 林納隧道凈空收斂監(jiān)測成果(樣本)

洞內(nèi)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是富水巖溶地層隧道施工中的重中之重，通過科學(xué)的超前預(yù)報(bào)，可以最大限度的避免施工中可能出現(xiàn)的一切地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。圖1為施工項(xiàng)目部采用的洞內(nèi)地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報(bào)程序。本項(xiàng)目所施工隧道為長大隧道，所處地段地質(zhì)的熔巖發(fā)育，地層破碎，地下水發(fā)育，因此，施工所采用的超前預(yù)報(bào)手段長短結(jié)合，以較長距離的預(yù)報(bào)作為宏觀控制，中短距離的預(yù)報(bào)作為調(diào)整準(zhǔn)確度的依據(jù)，確保超前預(yù)報(bào)的結(jié)果準(zhǔn)確可靠，降低風(fēng)險(xiǎn)。

3 施工過程的風(fēng)險(xiǎn)防范

復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖可采用先超前預(yù)支護(hù)后開挖：Ⅴ級(jí)圍巖洞口段優(yōu)先采用“φ108大管棚+注漿”預(yù)支護(hù)，洞身其他地段可采用“超前小導(dǎo)管+注漿”預(yù)支護(hù)；Ⅳ級(jí)圍巖采用“超前砂漿錨桿”預(yù)支護(hù)。洞內(nèi)采用液壓錨桿鉆車鉆眼、裝載機(jī)裝碴，自卸汽車運(yùn)碴至棄碴場；襯砌采用液壓臺(tái)車施工，墻拱一次澆筑，混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送，高壓泵送混凝土入模。洞內(nèi)附屬溝槽、路面工程以及裝修在二次襯砌完成后進(jìn)行。

寧都縣位于江西省東南部，東經(jīng)115°40′20″至116°17′15″，北緯26°05′18″至27°08′13″之間，東鄰石城、廣昌，西與永豐、興國交界，南接于都、瑞金，北與樂安、南豐、宜黃毗連。寧都縣東西寬61 km，南北長117.2 km，土地總面積40.53萬hm2，其中林業(yè)用地面積30.09萬hm2，有林地面積27.76萬hm2，森林覆蓋率71.3%。

3.1 洞口與明洞施工

如圖2所示，明洞及洞門施工包括洞口土石方開挖、排水系統(tǒng)、洞門、明洞、坡面防護(hù)以及洞口的輔助工程等施工。明洞工程按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)先施工完成，以減少干擾，并保證安全，為加速隧道施工創(chuàng)造條件。

3.2 洞身開挖

根據(jù)隧道施工掘進(jìn)過程中溶巖的地質(zhì)狀況，當(dāng)為Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)，洞口段采用“大管棚+注漿”超前預(yù)支護(hù)，洞身段采用“小導(dǎo)管+注漿”超前預(yù)支護(hù)，環(huán)形預(yù)留核心土施工，如圖3所示。

首先，開挖上部弧形導(dǎo)坑，即先在拱頂超前支護(hù)后掘進(jìn)，進(jìn)尺不得超過1 m，環(huán)向開挖上部的弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核心土塊3 m～5 m，寬度約為隧道寬度的30%～50%。開挖面應(yīng)及時(shí)噴涂混凝土(厚8 cm)，做好系統(tǒng)支護(hù)、架設(shè)鋼架、打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管要緊貼鋼架兩側(cè)邊沿，角度為向下30°，鎖腳錨管與鋼架應(yīng)牢固焊接。

其次，左、右側(cè)的下臺(tái)階開挖，開挖進(jìn)尺控制在1.5 m～3 m，左、右側(cè)臺(tái)階要錯(cuò)開2 m～3 m。

為盡量減少爆破對(duì)隧道洞身的影響，施工過程中當(dāng)遇到不良地質(zhì)情況時(shí)，可采用淺孔爆破、注漿加固等措施，靈活掌握隧道的進(jìn)尺；同時(shí)，對(duì)爆破孔位布設(shè)和炸藥用量應(yīng)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，管理到位?？傊淼涝诰蜻M(jìn)、支護(hù)、封閉過程中應(yīng)閉合成環(huán)，盡量減少對(duì)開挖圍巖的擾動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)隧道的安全貫通。

當(dāng)Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)，可采用“超前錨桿”預(yù)支護(hù)，采用上下臺(tái)階法開挖。臺(tái)階法開挖臺(tái)階長3 m～5 m，采用鑿巖機(jī)鉆眼，塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)，毫秒微差有序起爆，預(yù)留光爆層爆破。下半斷面采用鑿巖臺(tái)車鉆眼，光面爆破。上臺(tái)階采用人工配合小車出碴至下臺(tái)階，下臺(tái)階由裝載機(jī)裝碴或挖斗裝碴機(jī)出碴，自卸汽車運(yùn)碴。施工時(shí)嚴(yán)格控制開挖斷面，不欠挖，少超挖；量測工作必須及時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即進(jìn)行仰拱封閉，如圖4所示。

3.3 斷層破碎帶施工

斷層破碎帶處往往存在大量涌水、涌泥或大規(guī)模坍塌危險(xiǎn)，施工的風(fēng)險(xiǎn)防范措施極其重要。一方面需優(yōu)選施工方案，采取切實(shí)可靠的措施來處理不良地質(zhì)。比如，當(dāng)斷層地段出現(xiàn)大量涌水時(shí)，可采取預(yù)注漿止水、排堵結(jié)合；同時(shí)要求各施工工序之間的距離盡量縮短，并盡快全斷面襯砌，減少巖層暴露。斷層地帶的超前支護(hù)、初期支護(hù)寧強(qiáng)勿弱，并應(yīng)經(jīng)常檢查加固。另一方面，加強(qiáng)地下水處理，或通過鉆孔將地下水集中匯流引入排水溝或集水井，或進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

4 結(jié)語

通過不斷摸索、深入研討隧道在各階段的風(fēng)險(xiǎn)防范與技術(shù)攻關(guān)，我項(xiàng)目部的二處隧道最終順利貫通，得益于較為科學(xué)合理的施工風(fēng)險(xiǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。筆者認(rèn)為，此類復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道的風(fēng)險(xiǎn)防范關(guān)鍵技術(shù)可歸納為以下4點(diǎn)：

1)優(yōu)化隧道超前地質(zhì)探測，及時(shí)數(shù)據(jù)分析，為初期支護(hù)提供了可靠的數(shù)據(jù)資料。施工過程中的任何塌方和冒頂都有前兆，如洞內(nèi)掌子面掉快、初支混凝土的裂紋和掉塊、觀測點(diǎn)沉降變化異常等等，通過采用地質(zhì)調(diào)查法+物探法+超前鉆探法等檢測措施，通過數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，及時(shí)調(diào)整施工工藝并提高支護(hù)參數(shù)，確保施工安全可靠。

2)重視隧道施工的初期支護(hù)。短開挖，快支護(hù)，是隧道施工的基本要求，通過管棚、系統(tǒng)錨桿、超前小導(dǎo)管等措施，按照規(guī)定頻率觀測沉降與收斂值，為隧道施工的初期支護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3)加強(qiáng)隧道頂部地表和洞內(nèi)沉降觀測。在開挖下臺(tái)階、特別在開挖仰拱時(shí)，沉降值和收斂值變化較為復(fù)雜，這時(shí)候的風(fēng)險(xiǎn)防范非常重要。

4)必要時(shí)，及時(shí)對(duì)隧道頂部的地表水進(jìn)行截、堵、引、排，可以非常有效的減少地表水下滲對(duì)隧道施工產(chǎn)生的不利影響。實(shí)踐表明，處理后的洞內(nèi)滲漏水明顯減少，大大減少了隧道施工中塌方現(xiàn)象的發(fā)生，提高了隧道施工的安全性。

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The tunnel construction and risk prevention in complex karst geological condition

Liu Bingdong

(ZhejiangJiaogongHongtuTrafficConstructionLimitedCompany,Hangzhou310002,China)

This paper discussed simply the risk prevention key points of tunnel work under complex karst conditions, introduced the main content of monitoring and measurement of tunnel construction site, and from the opening and open cut tunnel construction, tunnel excavation, fault fracture zone construction and other aspects, put forward the risk prevention measures in tunnel construction process.

tunnel, karst geology, monitoring and measurement, risk prevention

1009-6825(2017)14-0159-03

2017-03-06

劉炳東(1973- )，男，高級(jí)工程師

U455

A