隧道破碎帶施工分析論文

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摘要：結合宜萬鐵路W16標段長鷹壩二號隧道的地質情況，以及在施工過程中斷層、溶腔、溶洞、土夾層等破碎地質段的實際施工方法，淺析隧道破碎帶的治理措施，以及圍巖量測在施工中的應用。

關鍵詞：斷層;溶腔;土夾層;施工工藝;圍巖量測

1工程概況

本隧道地處鄂西南地區(qū)，屬于亞熱帶季風氣候，溫暖多雨、濕潤多霧、雨量充沛，區(qū)內山巒疊嶂、溝壑縱橫。洞內以Ⅲ、Ⅳ級圍巖為主，地質主要以寒武系上統(tǒng)耗子沱群灰?guī)r、白云質灰?guī)r為主，中厚產狀，弱風化。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2651m,分進出口掘進，進口里程為DK238+669，出口里程為DK240+300。

2破碎地質帶與隧道的關系以及對施工的影響

破碎地質帶是指松散地層、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環(huán)境。在施工中發(fā)現(xiàn)，不良地質地段的變異是非常復雜的，設計文件提供的地質資料和施工方法以及防范措施不可能完全符合實際情況。

破碎地質在隧道施工中會經常出現(xiàn)，如認識不夠，施工工藝安排不合理，會造成塌方，這樣不僅會造成直接經濟損失，給隧道施工帶來極大困難，而且耽誤工期，并且會帶來安全隱患，甚至會造成安全質量事故。因此隧道不良地質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。不良地質的發(fā)現(xiàn)一是要熟讀設計文件、掌握設計意圖以及詳細的地質情況；二是要勤觀察并要對癥下藥，因此，在施工過程中，應經常觀察地質發(fā)育情況，必要時采取有效的輔助措施，如TSP、超前鉆孔、紅外線探水、地質雷達探測等超前地質預報措施。

3破碎地質的施工原則

在隧道施工過程中如遇到不良地質段，首先要對地質、水文情況有一個整體的了解。嚴格按照“先治水、短開挖、弱爆破、強支護、勤量測、早襯砌、”的指導原則。

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

（2）短開挖、弱爆破：不良地質段，應遵循多打眼、淺打眼、弱爆破、短進尺的原則，減少對周邊圍巖的擾動。

（3）強支護：及破碎地段，應采取錨、噴、網聯(lián)合支護的原則。如果噴錨支護仍不能提供足夠的支護能力時，應及早裝設鋼架（工字鋼或格柵鋼架）支撐加強支護。

（4）勤量測:及在開挖完成后，立即進行監(jiān)控量測工作，及時掌握圍巖變化情況。如變化較大，應制定相應的補救措施。

（5）早襯砌：在監(jiān)控量測反映圍巖變化穩(wěn)定、邊墻完成后，襯砌結構盡早封閉，改善受力狀態(tài)，確保襯砌結構長期穩(wěn)定、堅固。

4長鷹壩二號隧道的開挖方法

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

在隧道開挖過程中，如果圍巖的整體性差、穩(wěn)定性差、風化程度比較嚴重時，一般多采用上下臺階開挖方法。上下臺階開挖法，就是上半斷面施工（包括支護）一段距離后（至少50m），再進行下半斷面的開挖和支護。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、活動性。

(1)長鷹壩二號隧道進口施工至DK239+710時線路左側出現(xiàn)粘土填充物（附圖1），通過超前鉆孔探測發(fā)現(xiàn)前方20m范圍內仍是破碎巖層并向線路右側發(fā)展，圍巖破碎程度嚴重，自穩(wěn)能力差。施工不當極易造成側壁整體滑塌，應注意輔以鋼架和噴錨網聯(lián)合加強支護。我們采取了在側壁不良地質的范圍布設￠42小導管注漿固結巖體；與線路方向成15°夾角、長度為6m，施工方法采用先兩側、后中間，短進尺、快支護的原則，較順利的通過了該地段。

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

(3)至DK239+750時隧道大部分斷面都在破碎巖層中，且破碎程度比較嚴重，隨時有掉塊、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小導管注漿封閉巖體，待注漿效果達到一定程度后再開挖較好圍巖。在開挖時可采用風槍與小炮相結合，但必須考慮減少對已封閉好破碎帶的振動。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破碎帶的支護方法

在開挖的同時，應及時施做初期支護，這是破碎地段施工的原則。以免圍巖暴露時間過長，產生松動、變形或掉塊以及坍塌現(xiàn)象，所以應遵循“早支護，強支護”的原則。一般在破碎地段采用噴錨網聯(lián)合支護方法。在必要時，應采用超前小導管或超前管棚和鋼拱架加強支護。在DK239+710時雖然我們對破碎帶進行了注漿固結，但這只是臨時支護，考慮到整體結構的穩(wěn)定，對該段我們進行輔以鋼架加強支護，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，因為在線路左側出現(xiàn)大量粘土填充，基底極其松軟，為了使鋼架座落穩(wěn)定，我們在左側基底設置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。每榀鋼架在邊墻位置設置長3.5m的鎖腳錨桿與槽鋼焊接成一體。

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

6超前預報工作

隧道破碎帶的超前預報工作在隧道施工中是一項基礎性的、非常重要的工作，它是保證隧道施工安全的一項重要措施，同時，它又是隧道動態(tài)設計的主要決策依據。因為不良地段的出現(xiàn)具有一定的突然性，如沒有意識到它的存在，依然采用常規(guī)的施工方法，將導致塌方而影響到整個工程的施工。因此，要根據實際地質變化情況作出相應的預防措施。超前地質預測預報得以實施原則：在隧道施工中要做到“加強探測，強化治理，不留后患”的原則。

超前地質預測預報的方法主要有以下幾種：(1)掌子面地質素描法(2)物探法（TSP203，地質雷達法，紅外線法）和鉆探法（超前深孔鉆探）。根據以上幾種方法得出的地質資料再結合實際地質素描，進行初步的地質分析，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度的，它的出現(xiàn)也是有一個由小到大的過程的，若隧道局部圍巖破碎、石質較差，且圍巖軟硬分界明顯，應小心對待，可根據巖層的走向、傾角等預測前方可能出現(xiàn)的地質變化情況。

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

對重點懷疑地段，采用超前水平鉆孔。根據巖芯和鉆進過程中的巖粉、鉆速和水質情況，判斷前方水文、地質條件；取巖芯，并利用巖芯作試樣進行試驗，對鉆進的地質狀態(tài)進行判斷；鉆速測試，根據鉆機在巖石中的鉆進速度和巖石特性之間的關系來判斷。

7監(jiān)控量測

7.1監(jiān)控量測的目的

現(xiàn)場量測是隧道工程監(jiān)控的重要手段，其目的在于了解圍巖變形和應力變化的動態(tài)過程，掌握隧道圍巖的穩(wěn)定情況，判斷支護系統(tǒng)地可靠程度，是直接為施工和支護系統(tǒng)的設計服務的。通過現(xiàn)場量測掌握圍巖力學形態(tài)的變化規(guī)律，掌握支護的工作狀態(tài)信息并及時反饋，指導施工作業(yè)。對量測數(shù)據進行分析處理，作出工程預測，確定施工對策和措施，以確保施工安全和隧道穩(wěn)定。

7.2量測部位的確定和測點的布置

尤其在圍巖破碎地段，更應該加強監(jiān)控量測工作。在破碎段，一般都是邊開挖邊支護，所以在支護工作完成后立即布設量測點（水平收斂和拱頂下沉），進行量測工作。水平收斂和拱頂下沉測點應盡量布設在同一斷面上，量測斷面間距一般在5m左右（破碎段），尤其在洞口埋深較淺地段更應該縮小量測間距。通過每次的量測數(shù)據，及時匯制時間與位移之間的變化曲線圖，從而可直接了解該點的圍巖變化情況，為施工提供依據。

總之，量測試監(jiān)控的手段，監(jiān)控是量測得目的。監(jiān)控過程可分為：現(xiàn)場量測——數(shù)據處理——信息反饋。

8結束語

近年來由于新奧法在隧道工程中的成功應用，當前已被國內外作為隧道結構設計和施工的重要方法。所以在隧道不良地質段的處理中，非常有必要應用新奧法的施工方法以及施工中應遵循的原則：“少擾動、早支護、勤量測、緊封閉”。

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