浅谈隧道不良地质区段的施工技术.docx

浅谈隧道不良地质区段的施工技术 摘要：九岭山隧道内存在断层破碎带、断层涌水和高应力岩爆等不良地质区段，本文总结了施工过程中针对以上不良地质条件的有效处治措施，并详细介绍了该隧道一塌方的成功处治案例，可为类似工程施工提供一定的借鉴　　关键词：隧道 断层 涌水 岩爆　　1 工程概况　　九岭山隧道属于大庆至广州国家高速公路武宁（鄂赣界）至吉安段的特长隧道，位于江西省西北部的九岭山区的宜丰县潭山镇上石桥村内，隧道净宽（单洞）宽度10.75m，净高5.0 m；设计荷载为公路－Ⅰ级，路面采用沥青砼路面　　隧道北南向穿越九岭山脉的主峰地段，最高海拔1275.0米，地面高程在253.0～1225.0米之间，一般相对高差600～800米，地形起伏大，山势陡峭险峻，山体自然边坡稳定，地表水系较发育，水流湍急，地貌单元属于侵、剥蚀型中高山区　　隧道出口为雪峰晚期花岗闪长岩，全～强风化层较厚，构造裂隙和风化裂隙发育，岩体破碎，在暴雨的冲刷及边坡的自重作用下，易发生坍塌受区域地质构造环境影响，隧道区发育一些构造破碎带，主要存在F3 、F4两构造破碎带根据对本隧道地应力测量报告，在隧道埋深超过460～590m的洞身段存在岩爆。

　　2 隧道主要施工方法　　在隧道常规施工过程中，左、右线平行进行开挖、支护及衬砌施工作业左右洞的出碴、进料及排水等工作充分利用行车横通道相互通行隧道出碴进料采用无轨运输Ⅴ级围岩采用台阶分部开挖法 ，即环形开挖中心留核心土法施工，Ⅳ级围岩采用正台阶法施工，Ⅲ级围岩视具体情况采用全断面法或台阶法施工，Ⅱ级围岩采用全断面法施工　　在地质不良区段，按照“管超前、严注浆、短开挖、不爆破、强支护、快封闭、勤测量、速反馈”的施工原则，充分利用超前地质预报和监控量测技术，制定具体有效的处治措施　　3 超前地质预报和监控量测　　3.1 超前地质预报　　长大隧道施工中不可避免遇到岩溶、突泥涌水、断层、软弱夹层、瓦斯等不良地质，需补充超前地质预报探明前方地质情况，做到防范于未然主要的超前地质预报手段如下：　　3.1.1 长期超前地质预报　　利用TSP探测工作面前方较长范围内存在的断层、特殊软岩、富水岩层等及其与其它地层的界线；预报前方不良地质的性质、位置和规模，初步判断不良地质体的围岩级别和稳定状况　　3.1.2 长短期结合超前地质预报　　在工作面采用1～3个30m长的φ90mm的超前水平探孔，结合地质雷达，对工作面前方较长范围内的地质情况做出较为准确的预报。

　　3.1.3 短期超前地质预报　　利用地质雷达、红外探水、浅孔探测等方法对工作面前方近距离地层的结构、产状、破碎程度以及地下水的压力、储量等做出准确的预报　　3.1.4 掌子面地质预报　　通过掌子面已揭露地质体进行观测和编录，对岩层走向、节理、层位、层序、层厚、岩性及岩性组合等及地下水的颜色、流速、成份等出露情况等做出精确的分析和定位，运用岩层岩性及层位预测法对前方近距离的地质做出精确预报　　3.2 监控量测　　初期支护完成后在拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测测试元件用中12圆钢加工而成每根元件长25cm，锚入初期支护体20cm，外露5em，以防震动影响量测结果水平收敛量测采用收敛仪进行观测量测频率开始6h观测1次，然后根据变形量的减小而减小量测频率，即12h、24h、48h、72h、168h，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全量测点每隔5m布设1组经量测，拱顶最大累计下沉量为9mm，水平最大累计收敛量为1lmm．其预留变形量控制在设计和规范要求的范围内　　4 不良地质区段的施工　　4.1 断层施工　　受区域地质构造环境影响，隧道区发育一些构造破碎带，主要存在F3 、F4两构造破碎带。

　　根据上述断层的性质、断层破碎带的宽度，填充物、含水性和断层本身的活动性，以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系，我们如下处治措施：　　由于断层宽度较大，岩体极易松散破碎，根据管棚的性能特点各适用条件，采用注浆管棚和钢架超前支护半断面开挖管棚取长度为10m～40m，如果能一组管棚穿过断层及破碎带则尽量采用一组管棚，如果受地质和施工条件的限制，断层宽度大，可分组设置，纵向两组管棚的搭接长度不小于3.0 m管棚用钢管直径80 mm～150 mm，一般在施工中多采用 108mm厚壁热轧无缝钢管，环向钢管中心间距为管径的2～3倍即30cm～40cm为宜，钢架根据地质情况，可采用型钢或格栅，其间距为0.8m～1.0 m一榀，在管棚支护下，采用上半断面先开挖，在做好上半断面的锚、网、喷、钢架等初期支护后，才可开挖下部　　4.2 断层涌水处理措施　　根据本隧道断层涌水的具体情况,处治措施贯彻“以堵为主,限量排放”原则,采取“择机封堵、超前帷幕注浆、双液注浆”等技术,有效地解决了断层高压大流量地下水的封堵问题　　4.2.1择机封堵　　根据超前预报成果分析,在确保施工安全前提下,先揭露出地下水,当掌子面掘进超前出水点(段)一段距离后,再对地下水进行系统处治。

　　4.2.2超前预注浆　　断层涌水的超前灌浆,在灌浆材料、工艺上基本与普通超前帷幕灌浆相同,其创新点在于灌浆压力控制和孔口管的设计当静水压力低于2MPa时,灌浆压力取2～3倍的静水压力;当静水压力为2～5MPa之间时,灌浆压力可灵活选取,但不宜超过7MPa当静水压力高于5 MPa时,灌浆压力取静水压力加2～3MPa　　4.2.3 在初期支护中，灌注双液浆或超细水泥浆再次进行封堵，提高初期支护表面的防水标准　　4.2.4 采用“限量排放”的原则，铺设半管，灌注防水钢筋混凝土施工前配备大功率的可移动式抽水机及相关的防排水应急器材，一旦发生涌水可立即投入施工抢险，杜绝事故的发生　　4.3 岩爆施工　　岩爆多发生在埋藏很深、整体、干燥和质地坚硬的岩层中产生岩爆的时间一般在开挖后几小时内，但也有的是在较长时间后发生隧道中常遇到的岩爆以顶部或拱腰部位为多根据对本隧道地应力测量报告，在隧道埋深超过460～590m的洞段存在岩爆的可能，故施工中采用合适的施工方法和辅助措施，以尽量降低岩爆的可能　　当开挖至隧道中部隧道埋深大部位时，为预防页岩地区开挖发生大变形，灰岩地区开挖产生岩爆或洞壁剥离掉块现象，施工中应加强如下工作：　　4.3.1 根据隧道超前地质预测和预报，决定是否需要进行地应力测试工作。

　　4.3.2 在高地应力区采用有效措施改善围岩应力状况，如地应力的早期释放，采用预裂爆破，密布周边眼，爆破后及时对开挖面和掌子面喷高压水清洗，超前锚杆预注高压水洗孔，掌子面上半断面喷射混凝土及时封闭等措施，岩爆地段开挖采用全断面、短进尺的方法　　4.3.3 对于变形和岩爆较轻微地段采用加密钢筋网和系统锚杆的方法，对于破坏严重地段采用架设格栅钢架的方法，大变形地段还采取加长锚杆措施施工中进行围岩稳定性和支护效果的量测，及时反馈信息，确定控制围岩变形的加固措施、合适的预留变形量的大小、二次衬砌施作时间。