【精选】不良地质隧道施工技术总结.doc

1不良地质隧道施工技术梁雄宇 1 林雄奇 2（四航局一公司贵都高速公路第九合同段项目部 广东 广州 510500）摘要：在公路隧道施工中，不良地 质隧道施工已成为施工的首要问题，本文中以 贾托坡及九条龙隧道为例，分 别阐 述在不良地质 隧道中小、中、大型溶洞的 处理措施、塌方 处理方法及开挖、初支过程中施工方法 该文对类似九条 龙隧道施工有一定借鉴作用关键词：公路隧道 不良地质 施工技术1、工程简介 贵都高速第九合同段隧道共两座，分别为贾托坡隧道及九条龙隧道，其布置形式为分离式双洞单向行车双向车道，设计速度 100km/h，净高 5m，净宽10.75m，汽车荷载等级为公路—I 级两座隧道地质条件复杂，地层岩性以碳酸盐岩为主，还存在冲积泥沙、粉沙、残积粘土岩溶为隧址区主要不良地质问题，其次为崩坡堆积体本文主要以九条龙隧道为主，介绍九条龙所受不良地质影响崩坡堆积体位于九条龙隧道进口段，主要由碎石、角砾及粉质黏土组成，稍密至中密状为主岩溶形态主要为溶洞、竖井、落水洞及岩溶漏斗等根据地表地质调查资料，隧道区落水洞、竖井、岩溶漏斗星罗棋布，呈串珠状展布，岩溶垂直循环带极为发育隧道开挖时遇到溶洞多次，施工难道度很大，其中九条龙隧道出口一大溶洞纵向跨越长达 37m，横向宽 15m，高出拱顶 10m，深度约 50m；遇到大小突泥不小于 7 次。

2、施工方法的选择洞室的形成是通过开挖和支护两个施工阶段完成的因此采用的施工方法和支护方法也必然对整个隧道的稳定给予一定的甚至是极为重要的影响选择隧道的施工方法，应以地质条件为主，还要结合隧道长度、断面、结构类型、工期要求、施工技术力量、机械设备情况和综合效益等综合确定由于不良地质情况下围岩自稳能力差，因此开挖后需要及早施作初期支护，并闭合成环，提高承载能力，因此决定采用短台阶法作为基本施工方法采用2拱部超前的台阶法开挖不仅能在正面和中层同时钻孔，而且支护准备、支撑架设和喷射混凝土支护以及锚杆作业都能相互交替进行如果岩体的自稳时间不足或开挖面不稳时，可采用台阶式保留核心土的方法为了充分利用围岩的自稳能力，延长洞身开挖后围岩自稳时间，我们可确定先护后挖在洞口软弱围岩地段采用 φ108 长管棚施工，在 V 级围岩地段采用超前小导管注浆加固地层，并超前支护；在 IV 级围岩地段采用超前锚杆支护由于地质条件差，岩体松散破碎，选择支护手段时，要选用既能承受较大的围岩压力，同时还能大面积的、牢固的与岩体紧密接触，能及时施作、随时加强的支护手段因此，我们采用喷射混凝土、锚杆、挂钢筋网、钢拱架联合一起的组合支护形式。

如 TSP 测出前方有水及填充物征兆，需借助“地质雷达扫描+地质超前探孔”地质超前预报手段进一步确定前方围岩情况，再根据所确定的围岩情况来决定掌子面开挖及支护方法在厚大的石灰岩、白云岩中进行隧道开挖时会遇到隐伏性岩溶、溶洞施工中必须重视超前探测，及时采取相应的处治措施对于岩溶水量较小，与外界无水力联系的溶洞，可用排水管将水导入中心水沟如果岩溶水量较大，无法一时排干，且与外界有水力联系时，尽量不要破坏现有的溶洞水平衡根据溶洞出现的位置、大小、形态、填充物状况等不同，采用不同的结构形式进行处治，注意在衬砌背后设有充足的疏排措施如果自稳性很差的围岩在较长时间达不到基本稳定的条件，喷射混凝土出现大量的明显裂缝，而支护能力又难以加强，则应及早施作仰拱，以改善围岩受力变形条件若围岩仍不能稳定，应提高二衬参数，提早进行二次衬砌，以提高支护抗力，避免初期支护坍垮根据新奥法理论，变形在初期支护下已趋于稳定，二次衬砌作为安全储备而修建，而不是把二次衬砌作为承载的主要结构在衬砌施工时，强调适时衬砌，充分发挥初期支护的作用3、隧道不良地质具体展现3.1、溶洞当隧道穿过溶蚀性岩层时，有的溶洞位于隧道拱部腰部，内充填物松软且深，溶洞难于处理，进度滞后；有的溶洞位于隧道底部，跨越半个隧底，隧道3基底难于处理；有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；有时遇到大的水囊，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道；有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当坑道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入隧道内，难以遏止，甚至地表开裂下沉，山体压力巨增。

隧道在溶洞地段施工时，应根据设计文件、超前地质预报等有关资料及现场实际情况（地质超前钻） ，查明溶洞分布范围、类型情况（大小、有无水、溶洞是否与外界联通，以及其充填物 ） 、岩层的稳定程度和地下水情况（有无长期供给来源、雨季水量有无增长）等，分别以引、堵、跨越等措施进行处理本工程隧道施工中无遇到地下暗河，基本以裂隙水囊存在；有些裂隙洞是由地表根系发展于洞内，洞内水有地表强降雨补充其中九条龙隧道出口一大溶洞纵向跨越长达 37m，横向宽 15m，高出拱顶 10m，深度约 50m，隧底水系发育其他基本以中小型溶洞存在3.1.1、中、小型溶洞的处理措施对地下水不发育的中、小溶洞，采用浆砌片石或干砌片石回填处理，必要时压浆填充1） 、边墙溶洞处理对隧道边墙通过的溶洞，经调查及雨季中考验证明溶洞水对隧道无影响时，施工中采用回填封闭处理靠边墙 1m 范围内用浆砌片石回填，或回填弃碴，空隙吹砂填满，并压注水泥砂浆胶结2） 、隧道拱部护拱防护当隧道穿过拱部发育之溶洞，无充填物、干燥、溶洞高大，洞壁有溶实裂隙处理措施：先施作洞内初支，在初支中采用工字钢加强或加密，过程中在适当位置预留泵送孔，当初支跨越该拱部溶洞时，在预留孔中泵送 C20 砼，泵送标高应高出钢架最高处 2m，以防溶洞有落石掉块时，起到缓冲作用，参见图1。

如水系发达应确保原溶洞水路畅通、隧道拱溶洞空腔部分不积水4图 1: 拱部溶洞处理图（3） 、隧底溶洞处理对隧道底部为溶洞无填充物时，措施处理的中、小型空洞采用底板梁加强衬砌通过或在隧底以下部分用块石、碎石回填密实，距隧底 1m 厚度用浆砌片石回填如隧底较深可采用底板梁加强衬砌通过，隧道铺底或仰拱设计为平板型，在底板及边墙下部加设钢筋，灌注钢筋混凝土，共同形成钢筋混凝土梁，具体详见图 2 所示对隧道底部溶洞内有填充物时，需换填后或先压浆胶结后再按溶洞无填充物方案处理图 2: 隧底底板梁处理图3.1.2、大型溶洞的处理措施九条龙隧道出口一大溶洞纵向跨越长达 37m，横向宽 15m，高出拱顶 10m，深度约 50m，隧底水系发育对于该溶洞处理方案如下：（1） 、采用抛弃片石回填，粒径不低于 20cm，过程中保证不破坏溶洞底水5系溶洞回填至距离隧道底部 1m 处后，用浆砌片石回填2） 、依着溶洞大小施作护拱，护拱外模以 I20 工字钢及网片喷射砼形成，初支跟进，待初支施作完后，再护拱与初支之间泵送 C25 砼，填充密实过程中护拱内工字钢紧扣在洞壁上具体参数见图 3图 3：溶洞处理图3.2、塌方处理一般的处理原则是先加固, 防扩展, 后处理的原则, 要求处理塌方宁早勿迟, 宁强勿弱。

对一般塌方可直接进行塌体处理, 而对塌体破碎松散、影响范围大的塌方一般分为初期处理与塌体处理两部分3.2.1、初期处理(1)、封闭塌体, 加固塌体后方其重要性有: ①形成平衡拱的围岩本身具有一定自稳能力, 但由于围岩的不均质, 可能有小石块的松动吊落, 进而引发较大的坍塌, 而喷混凝土可以有效地阻止小石块的松动吊落, 从而避免大的坍塌②由于有了喷混凝土附着在围岩表面上, 围岩变形就会及时反映在喷混凝土表面, 为准确判断围岩稳定提供强有力的依据 ③喷混凝土是各种处理塌方手段中最及时、最安全的方法在塌方后方 5 m～ 10 m 范围内采用钢支撑加锚杆及小导管注浆进行加固6(2)、如塌方塌至地表, 则应对坍塌漏斗地表进行截水, 必要时采用防水板或彩色布覆盖, 防止地表水灌入塌体内, 引发再一次塌方, 待洞内处理完毕后, 采用土石夯填到略高出原地面待填土下沉稳定后, 用 M7.5 浆砌片石铺砌3.2.2、塌体处理塌体处理一般在初期处理完毕后或塌方暂时达到自稳时进行常用的方法有 Ф76mm 管管棚法（突泥） 、小导管注浆法、三台阶开挖法、二衬加强及回填法等, 并在处理过程中加强监控量测工作, 用量测信息动态指导施工。

3.2.2.1 管棚法在第九合同段隧道中用 Φ76 管棚法处理塌方严重段（带有大量填充物） 采取的具体措施为先对塌体及周边岩体进行预注浆加固, 之后在预留变形基础上向塌体或周边岩体打管棚进行塌方处理九条龙隧道处理突泥中，长管棚参数如下：（1）钢管规格：热轧无缝钢管 Φ76mm，壁厚 6mm；（2）管距：环向间距 30cm，在拱部 120°范围内布设，必要时可根据超前预报在围岩软弱处加设；（3）倾角：外插角 15°~20°，具体可根据实际情况作适当调整，方向:与路线中线平行，长度：一般每 12m 为一环，两环之间搭接长度不小于3m （4）钢管施工误差：径向不大于 20cm；（5）施工机械：钻孔用潜孔钻最少满足 30m 钻孔要求，注浆泵 2 台，型号为 BWS-200/10 水泥砂浆泵，压力：5-10Mpa，流量：200L/min，功率：22kw；（6）灌注浆液：纯水泥（添加水泥重量 15%的水玻璃）浆液 （7）注浆参数：水泥浆水灰比：1：0.8，水玻璃浓度：35 波美度水玻璃模数：2.4，注浆压力 初压 0.5~1.0MPa 终压 2~3.0MPa，胶凝时间为 10min，个别参数可由现场试验调整确定。

3.2.2.2 小导管注浆法小导管注浆法适用于塌体不大, 地质条件较松散的塌方施工措施为预注浆加固塌体和松散围岩, 并与钢拱架和锚喷混凝土相结合对塌方进行处理小管棚一般采用 φ42 mm 钢管 ,长 3.5 m, 环向间距 40cm, 纵向间距搭接大于 1.0 m, 插入施工中一般采用不同外插角的方法对加固岩体效果较好3.2.2.3 三台阶开挖法新奥法原理要求软岩地段或塌方段施工始终坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则三台阶法开挖时, 开挖台阶长度为3m～5 m, 以人工风镐配合挖掘机为主, 辅助微弱爆破, 出渣采用挖掘机或装载7机装, 自卸汽车运输；每循环进尺为一榀拱架间距, 这样就能在不扰动围岩的情况下安全顺利地通过塌方体3.2.2.4 二衬加强及回填法因为塌方段衬砌荷载比未塌前增大, 所以衬砌要加强，加强衬砌应先考虑采用提高混凝土标号或衬砌内加钢筋、型钢以加强支护能力等措施；回填材料易采用水泥浆或泵送砼方法施作，过程中应分时间段胶结后注满4、不良地质隧道施工主要施工工艺4.1、超前支护不良地质隧道施工时，围岩大多以松散土、破碎夹层存在，自稳能力极差，开挖后在短时间内就会掉块。

因此，超前支护成为必然手段我们在隧道施工中主要采用了超前长管棚（Ф108mm 管、Ф76mm 管） 、超前小导管、超前锚杆三种超前支护形式其中，掌子面为较松散土体且含水量较大时采用超前长管棚注浆支护固结土体，V 级围岩采用超前小导管注浆，IV 级围岩采用超前锚杆4.2、开挖（1） 、V 级围岩采用人工、风镐及机械开挖，开挖按短台阶法，分三部台阶留核心土法，即起拱线上一节，起拱线下 3m 一节，底部一节上中台阶长度3～5m，每次进尺 0.8～1.0m，中下台阶长度尽量在 30m 以下，详见图 4为了保持开挖面的稳定，缩短封闭时间，采用预留核心土法开挖后及时施作初期支护2） 、IV 级围岩采用控制爆破与人工风镐开挖按上下台阶法施工，拱部超前，台阶长度 3～5m每步进尺 1～1.5m控制爆破按松动爆破施工尤其是周边眼、内圈眼，密排炮眼，间隔装药图 4、三台阶留核心土法84.3、支护4.3.1、喷射混凝土封闭喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至洞内，采用喷射机喷射作业对于隧道内松散土体或软弱围岩隧道开挖后立即对围岩面喷一层 5cm 厚混凝土，主要是封闭岩面，防止隧道周围岩体质量进一步恶化，防止围岩出现掉块或局。