复杂地质条件下浅埋隧洞开挖施工技术

ＳＯＩＥＮＣＥ＆１　ＥＣＨＮＯＬ　Ｏ０Ｙ　ＩＮＦＯＲＭＡ『ＩＯＮ　建筑科学　复杂地质条件下浅埋隧洞开挖施工技术　朱品安　（葛洲坝集团基础工程有限公司　湖北宜昌４４３１　００）　摘要：崇青隧洞位属丘陵地带，埋深浅，以Ｖ类围岩为主，地质条件复杂，文中重点阐述不同地质条件下的洞挖、支护技术，对洞室开挖　的安全保障技术进行探讨，确保洞挖施工的安全、质量。　关键词：浅埋隧洞　洞挖　支护技术　安全　复杂地质条件　中图分类号：Ｕ　４　５　文献标识码；Ａ　文章编号：１　６７２－－３７９１（２ｏｏ８）ｌ　２（ｂ）－００４８－－０２　崇青隧洞单洞全长４８２ｍ，双洞并排布　塌，需加强支护。　置，隧洞纵坡比为０．０００１９。崇青隧洞位属　工程区岩层倾角不大于２ｌ。，为缓倾岩　丘陵地带，埋深浅，以Ｖ类围岩为主，地质条　层，且存在软弱夹层，十分不利于浅埋隧洞　件复杂。．隧洞开挖断面为城门洞型，开挖洞　洞顶板的稳定。施工过程中常见拱顶层面　径为６．１６ｍ　Ｘ　６．１６ｍ～６．６６ｍ×６．６６ｍ，初　发生坍塌，造成超挖。断层、破碎带、软弱　期支护采用锚喷支护及锚喷、钢筋格栅拱　夹层等不良地质发育，地下水水位高于洞　架联合支护。初期支护后的成型洞径有　顶，隧洞开挖后，基岩裂隙水依然存在，外　６．０６ｍ、５．９６ｍ二种。初期支护后安装ＰＣＣＰ　水压力作用于围岩，不利于洞室围岩稳定，　管、浇筑衬砌混凝土，形成洞径为４．Ｏｍ的　在穿越断层破碎带时，出现了涌水大塌方　圆形输水管道，见图１。隧洞开挖之前，在隧　现象。　洞进、出口先行明挖形成２８ｍ～３２ｍ深基　坑，再从基坑开始相对双向掘进形成隧洞。　综合考虑隧洞长度、洞径、现场条件等因　素，隧洞开挖主要采用钻爆破法进行。　１地质条件简介　工程区地面相对高差约３２ｍ，坡度较　缓，无陡峻的山崖、属剥蚀丘陵地貌。工　程区最高峰高程为９９．８Ｏｍ。山体基岩裸　露，沿山体四周发育数条小冲沟，沟底及两　侧皆为缓坡，为坡积、残坡积砂壤土所覆　盖。工程区基岩为白垩系下统坨里组（Ｋ　）　地层，岩性以泥质、钙质胶结的砂岩、砾　岩为主，夹有薄层泥岩，泥岩、泥质粉细砂　岩具有崩解性，遇水软化。工程区坡脚处　及缓坡地带表层为第四系松散沉积层。　隧洞段埋深１８ｍ～３８ｍ，属浅埋隧洞，岩性　以砂岩、泥岩、砾岩为主，其胶结差，隧洞　段以Ｖ类围岩为主，部分为Ⅳ类岩，局部段　为Ⅲ类围岩，节理、裂隙发育，成洞条件　差，施工时多沿结构面掉块超挖，发生坍　后进行洞口周边锚杆锁口施工。洞顶部分设　计锁口锚杆ｌ排，侧墙部位设计锁口锚杆２　排，第１排离洞边０．５ｍ，孔距１．Ｏｍ、排距０．５ｍ。　锚杆采用中２０螺纹钢，锚入岩体５ｍ。　２．１．３拱部小导管注浆预加固　沿设计开挖轮廓线外侧，在拱部布置一　排超前小导管对顶部围岩进行注浆预加固，　管间距３０ｃｍ，小导管外倾角５～ｌ０。左右，　小导管纵向搭接长度不小于１．Ｏｍ，管长４～　６ｍ。采用风钻成孔，孔径５Ｏｍｍ，钢管用人　工插入孔内，必要时用冲击锤快速压入。小　导管安装好后，灌注水泥　水玻璃双液浆。　２洞挖施工　２．１．４洞脸明洞浇筑　２．１洞脸处理　小导管注浆、锁口锚杆施工完毕，清　根据进出口明挖施工揭露的地质情况　看，洞脸部位断层节理发育，岩石破碎，且　理洞睑，架设安装钢筋，立模板浇筑混凝　侧墙及上部混　地下水丰富，围岩完全不能自稳，成洞条件　土，形成１ｍ左右明拱洞形，　极差。施工期间隧洞出口段、进口段右侧　凝土厚度ｌｍ，见图２。二级马道与一级马道之间边坡体相继出现　２．２隧洞开挖　当洞脸部位小导管注浆的强度、锁口　坍塌。为保证施工作业的安全进行，洞挖　前首先对洞脸部分进行加固处理，加固措　锚杆和明浇混凝土强度达到要求后，进行　　施包括锁口锚杆、小导管注浆、明浇混凝　隧洞开挖。洞挖施工工艺流程见图３。２．２．１钻爆法施工　土等。　（１）测量放样。　２．１．１洞脸开挖　依据施工图纸事先计算放样点位参　沟槽开挖至距洞口５ｍ左右，分２次爆　破到洞底，洞脸部分边坡采用预裂爆破，并　数、现场确定点位，并作好详细记录。点位　　采取有效的减震措施“小药量、多分段、短　每２～３循环布设一次，包括中线点、顶点、ＴＩ线点共６个，用红油漆作好标　进尺”，减少石方爆破开挖对岩石的扰动，　腰线点、ｌｉ识，必要时画拱部“红线”，以保证光爆效　尽量保证基岩的完整性。　果。炮眼孔位测量采用钢尺测量，按爆破　２．１．２洞脸部位锚杆锁口　　洞口开挖到位，先素喷５ｃｍ厚混凝土，然　设计图进行布孔。图１　洞挖支护ＰＣＣＰ管衬砌砼示意图　图２隧洞加固纵断面图　４８　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　！　Ｑ：　ＳＯｌＥＮＣＥ＆ＴＥＯＩ　ｌＮＯＬＯＯＹ　ｔＮｔ　ＯＨ￣ＭＡＴＩＯＮ　建筑科学　４结语　崇青隧洞工程洞挖施工常规支护措施　为系统锚杆和挂网喷护，由于工程地质情　况发生变化，Ｖ类围岩增加，不良地质发　育，常规支护措施不能满足施工的要求，为　了保证洞挖安全施工，对地质情况差的洞　段进行了超前支护和加强支护，措施主要　有超前锚杆、超前小导管　钢拱架支护、锚　喷支护，其单独使用效果不甚理想，不能很　好的抑制洞顶塌方，不能很好的起到提前　加固围岩的目的。塌方后，超前锚杆或小　导管被坍塌体砸弯、变形，甚至随坍塌体　起塌落。以上两种超前支护措施单独施　工，其共性是不能较短时问内抑制围岩的　较大变形，且增加的支护抗力也十分有限，　所以没有达到提前加固围岩的预期目的。　经过实践摸索，采用钢筋格栅拱架、超前　支护、锚喷支护联合使用的施工方法，可　以确保洞挖支护的安全。清渣完成后，先　对掌子面进行钢拱架挂网支护，抑制围岩　的较大变形，阻挡小块石掉落，确保工作面　稳定，然后进行系统锚喷支护．对岩石稳定　性较差处多打随机锚杆，在下循环前进行　超前锚杆或小导管施工，锚杆或小导管的　尾端与钢拱架焊接在一起，连成整体，增加　其支护抗力，这样基本上阻止了不良地质　带来的各种安全隐患，确保Ｖ、Ⅳ类围岩　支护满足洞室安全稳定需要。　需进行钢架支撑的洞段，地质条件较　差，围岩自稳能力差，自稳时间较短，采用　钢架支撑提前对其进行支护的目的是：使　掌子面在较短时间内满足锚杆、喷射混凝　土施工时所必需的安全状态，保证工程和　施工人员安全。爆破完成后掌子面危岩清　撬不可能完全清理完毕，特别是节理裂隙　发育的洞段，很难保证。但如果未完全清　撬完成，在初喷作业时，易发生掉块、甚至　二次坍塌，给初喷作业带来很大安全隐患。　基于以上两点，是否先进行初喷，应该根据　洞挖掌子面的围岩情况具体现场确定，而　不能一慨而论。　从充分发挥钢架支撑支护作用的角度　出发，钢架支撑的间距应该根据掌子面围　岩情况确定。根据洞挖支护的施工经验来　看，钢架支护间距一般在０．５，～１．５ｍ之间，　局部间距较大段达２．０ｍ，这也是充分考虑　了“加固危岩尾端，充分发挥其自稳能力”　的核心思想，在确保了工程安全的前提下，　最大程度的减少钢架支护数量，节约工程　成本。钢架拱部以上的连接筋的间距，应　根据实际情况，适当加密，使钢架闻连接可　靠，同时起到防止大块坍塌体砸伤施工人　员的作用。对预测到的不良地质情况，如　软弱破碎带，可采取预灌浆方法进行处理，　在很大程度上可降低洞挖坍塌的风险。　系统锚杆的安装应该根据实际情况确　定，对于局部塌方较大部位，锚杆施工难度　大，甚至无法进行锚杆钻设、安装施工，建　议取消该部位的洞顶锚杆。　一图３　隧洞洞挖施工流程图　横剖面向　纵剐面ｌ血　图４典型塌方处理图　验收－测量有开挖断面验收与衬砌完工　断面验收。一般每一单元进行一次，断面　间距、每断面内布设测点数参照施工规　范，如实反映隧洞中轴线偏差、各断面内　超欠挖、顶拱形态、起拱点等基本情况，以　利于及时调整爆破参数。　（２）钻孔。　采用ＹＴ２８风钻戍孔，严格控制钻孔的　孔位、方向、角度、孔径，孔深等参数，分　部位、按爆破孔的性质，定人、定钻进行钻　孔施工，每个断面布置６～７台钻机，钻孔　完成进行检查验收，不合格的孔需重新造　孔。　（３）爆破施工。　依据具体地质条件及支护方式，可选　用全断面开挖、正台阶开挖、反台阶开挖。　①垒断面开挖：对ＩＩＩ，ＩＶ类围岩及部　分超前支护后的Ｖ类围岩，采用全断面钻　爆开挖。　②钻孔．采用ＹＴ２８风钻成孔，严格控　制钻孔的孔泣、方向、角度、孔径、孔深　等参数，分部位、按爆破孔的性质，定人、　定钻进行钻孔施］：，每个断面布置６～７台　钻机，钻孔完戍进行检查验收，不合格的孔　需重新造孔。　③爆破施工。　依据足体地质条件及支护方式，可选　用全断面开挖、ｌＥ台阶开挖、反台阶开挖。　（１）全断而歼挖：对ＩＩＩ、ｒＶ类围岩及部　分超前之护晤的Ｖ类围岩，采用全断面钻　爆开挖。　（２）止台阶开挖：先钻爆上半断面，上半　断面支护行进行下半断面钻爆开挖。　（３）反台阶开挖：先钻爆下半断面，清渣　后，对上半断面补孔爆破或辅反铲清挖形　成掌子面，再支护。　２．２．２围岩支护　洞身围岩支护主要有（挂网）喷混凝土、　锚杆、超前锚杆、超前小导管、钢筋格栅　拱架、钢支撑等。　Ⅲ类围岩支护厚度为１００ｍｍ，ＩＶ类围岩　支护厚度为１２０ｒａｍ，Ｖ类围岩支护厚度为　１８０ｒａｍ，洞口加固段及断层、破碎带等不良　地质段采用钢筋格栅拱架网喷砼结构加强　支护，厚度为３００ｒａｍ。除Ⅲ类围岩支护滞后　洞挖３～４个循环，其它段围岩支护施工紧　随洞室开挖作业面，与开挖作业交替循环进　行。围岩支护主要工序流程：超前支护一洞　挖出渣一初喷一钢筋格栅拱架安装一系统　锚杆钢筋网安装一复喷一下一循环。　２．３安全监测　地下洞室开挖过程中，围岩变形是最　大的安全隐患。施工中安排专人进行地质　调查和安全监测，对所暴露的围岩进行评　价，并将结果及时反馈到施工中。　３特殊情况处理　隧洞埋深浅，地质条件差，施工中两条　隧洞均出现不同程度的塌方，根据具体情　况采用不同的处理方式。小的塌方一般采　取先安装型钢支撑或钢筋格栅拱架支撑挂　网喷砼封闭，钢支撑尽量与拱部岩石接触，　围岩不规则与拱架接触不好的部位，安装　二次钢制桁絮，另通过块石、喷混凝土充　填紧密，填一层块石，喷一层混凝土，使块　石胶结紧密并与围岩结合良好。对采用钢　支撑　钢筋格栅拱架支撑部位，分段进行　充填灌浆，使支护体与围岩结合紧密。　施工中左右洞均出现大的塌方，以左　洞为例，最大塌方高度ｌ２ｍ，对大的塌方制　定专门措施进行处理。由于塌方部位均处　于大的断层带，涌水量大，破碎带内岩块随　涌水不断塌落，清除塌坍体，洞内强行支护　掘进的方案未能成功。出于安全考虑，根　据隧洞埋深浅的特点，从地表钻布４～５个　ｌ５０钻孔，先向塌空部位灌注高流态混凝　土，然后对塌方松散体进行注浆加固，待凝　后，从洞内强支护掘进，见图４。清挖至塌　方部位，如何形成直立掌子面，是能否成功　穿过塌方区的关键。施工中采用半断面开　挖，掌子面小导管注浆加固后掘进的方法，　顺利通过塌方区。　科技资讯８ＯＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　４９