淺埋復(fù)雜地質(zhì)隧道圍巖開(kāi)挖技術(shù)

1、<p>　　淺埋復(fù)雜地質(zhì)隧道圍巖開(kāi)挖技術(shù)</p><p>　　摘要：本文根據(jù)淺埋地質(zhì)隧道圍巖的開(kāi)挖復(fù)雜情況，針對(duì)隧道施工的全過(guò)程，如何保證在開(kāi)挖過(guò)程中圍巖的穩(wěn)定，確保施工的安全與經(jīng)濟(jì)進(jìn)行了論述。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：淺埋 隧道 圍巖開(kāi)挖 </p><p>　　Introduction: this article according to the

2、shallow geological complexities of surrounding rock of the tunnel excavation, the whole process of tunnel construction, how to guarantee the stability of surrounding rock in the excavation process, ensuring security and

3、economic construction have been addressed. </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)： TU94+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p>　　淺埋復(fù)雜地質(zhì)隧道開(kāi)挖是隧道施工中重點(diǎn)工序，同時(shí)也是較難控制的施工工序。由于隧道處于淺埋地段，洞身埋深淺，圍巖的自穩(wěn)性較深埋段差，又由于地下水、風(fēng)化等自然因素的作用，導(dǎo)致洞身及以上部位的圍巖風(fēng)化、破碎較嚴(yán)重

4、。而且地表沖溝發(fā)育，堆積土、夾層土等現(xiàn)象不可預(yù)見(jiàn)。綜上所述種種原因，導(dǎo)致淺埋段隧道的開(kāi)挖成為普遍性的難題。 </p><p>　　為有效的控制淺埋隧道破碎圍巖的超挖，保證開(kāi)挖過(guò)程中安全施工，本文就某某高速公路穆陵關(guān)隧道采用的措施，談?wù)剬?duì)此問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。該隧道為雙洞隧道，單洞全長(zhǎng)750米，最大埋深42米，大部分段落埋深在20-30米之間。洞口進(jìn)洞段約10米范圍埋深在2-4米之間，屬于典型的淺埋隧道。由現(xiàn)場(chǎng)的鉆孔探測(cè)資

5、料分析，該隧道所處的位置存在有斷層及構(gòu)造破碎帶發(fā)育，導(dǎo)致該隧道有近40米的長(zhǎng)度范圍處于斷層破碎帶內(nèi)，區(qū)域穩(wěn)定性較差。該隧道為高速公路隧道，開(kāi)挖跨度和開(kāi)挖斷面積均較大，在洞口Ⅴ級(jí)圍巖地質(zhì)中，開(kāi)挖斷面面積達(dá)到190平方米。 </p><p>　　針對(duì)以上情況，為了保證安全施工，同時(shí)保證隧道的超挖控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，采取了如下幾個(gè)控制措施： </p><p>　　一、嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求做好洞口

6、部分的施工 </p><p>　　洞口部分包括明洞的開(kāi)挖與支護(hù)，洞口邊仰坡的開(kāi)挖與支護(hù)及進(jìn)洞前的超前支護(hù)的施工。明洞及洞口邊仰坡的開(kāi)挖要嚴(yán)格進(jìn)行放樣，按放樣的邊界線及設(shè)計(jì)的坡度進(jìn)行開(kāi)挖，盡量減少超挖，禁止出現(xiàn)欠挖現(xiàn)象。開(kāi)挖完成后，盡快對(duì)坡面進(jìn)行掛網(wǎng)、噴錨支護(hù)，減少開(kāi)挖面的暴露時(shí)間，保證邊坡的穩(wěn)定，便于后續(xù)工作的展開(kāi)。 </p><p>　　根據(jù)圍巖的破碎情況及設(shè)計(jì)要求，進(jìn)洞前要先行做好大管

7、棚超前支護(hù)，在管棚支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行暗洞的各項(xiàng)施工作業(yè)。在明洞開(kāi)挖至設(shè)計(jì)輪廓線驗(yàn)收合格后，進(jìn)行大管棚的放樣定位工作，在圍巖體上用鮮明的顏色標(biāo)注每個(gè)管棚的位置。為保證每個(gè)管棚的位置準(zhǔn)確，外插角度符合設(shè)計(jì)的要求，先要施工便于定位管棚的套拱。套拱施工時(shí)，按設(shè)計(jì)要求的角度預(yù)埋套拱施工的定位鋼管，每個(gè)定位鋼管的位置要與圍巖體上的標(biāo)注位置一致，角度符合設(shè)計(jì)要求。然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求澆筑砼。套拱的作用是穩(wěn)定山體破面，和準(zhǔn)確確定管棚的位置及角度。 </

8、p><p>　　待套拱砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，進(jìn)行管棚施工。根據(jù)要求的管棚孔直徑選用鉆機(jī)的鉆頭，使成孔后的孔徑滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。若圍巖容易造成卡鉆或踏孔等現(xiàn)象，要進(jìn)行跟鉆支護(hù)，或進(jìn)行注漿后重新鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中要對(duì)圍巖情況做詳細(xì)的原始記錄，對(duì)石屑進(jìn)行地質(zhì)判斷和描述，為隧道的進(jìn)洞開(kāi)挖作超前預(yù)報(bào)，指導(dǎo)下一步的洞身開(kāi)挖。 </p><p>　　每個(gè)孔成孔后對(duì)均要進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查其孔徑，孔深，外插角是否符

9、合設(shè)計(jì)要求，合格后進(jìn)行下一孔的鉆進(jìn)施工。然后安裝鋼管，進(jìn)行注漿作業(yè)。注漿時(shí)應(yīng)保證注漿壓力不小于1PMa,保證圍巖體內(nèi)充滿(mǎn)水泥漿。 </p><p>　　二、及時(shí)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào) </p><p>　　針對(duì)該隧道地質(zhì)情況較復(fù)雜的實(shí)際情況，特別委托有專(zhuān)業(yè)資質(zhì)的單位對(duì)該隧道進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。采用了先進(jìn)的TSP地震波進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每次只取用前進(jìn)方向100米的數(shù)據(jù)為可靠數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。兩

10、次地質(zhì)預(yù)報(bào)的搭接長(zhǎng)度控制在10米左右，保證測(cè)得的數(shù)據(jù)有較高的可靠性，為隧道施工的方法、措施的變更和擬定提供依據(jù)，能夠有效的指導(dǎo)施工，減少施工的盲目性。將地質(zhì)預(yù)報(bào)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷圍巖的狀況，與設(shè)計(jì)文件進(jìn)行對(duì)比分析。若與設(shè)計(jì)圍巖一致，則按設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別進(jìn)行施工，若出現(xiàn)偏差，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際圍巖情況重新進(jìn)行分析確定，有必要時(shí)，及時(shí)與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系修改設(shè)計(jì)，保證施工的安全和質(zhì)量。 </p><p>　　三、做好監(jiān)控量測(cè)工

11、作 </p><p>　　監(jiān)控量測(cè)作為隧道“新奧法”施工的核心，在監(jiān)控洞室內(nèi)的變形，判斷圍巖的裂隙、構(gòu)造節(jié)理、裂隙走向及巖石破碎情況，初期支護(hù)變形情況，保證施工的安全和隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定等各方面都起著不可替代的作用。其中，每一開(kāi)挖循環(huán)所做的地質(zhì)素描圖，對(duì)預(yù)判洞身圍巖的變化有著很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。通過(guò)地質(zhì)素描圖，能夠得到圍巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、節(jié)理發(fā)育情況，裂隙破碎情況，知道圍巖的薄弱點(diǎn)，輔助判斷圍巖的級(jí)別。同時(shí)為調(diào)整鉆爆參數(shù)提供

12、依據(jù)。周邊位移、拱頂下沉和地表下沉等項(xiàng)目的及時(shí)監(jiān)測(cè)，為隧道施工提供洞身的變形大小、穩(wěn)定時(shí)間等重要指標(biāo)，據(jù)此可準(zhǔn)確判斷洞身開(kāi)挖的預(yù)留變形量等指標(biāo)是否合理，以便控制炮孔的裝藥量等指標(biāo)，準(zhǔn)確確定掌子面圍巖的開(kāi)挖輪廓線，周邊眼的位置等。 </p><p>　　四、做好鉆爆作業(yè)工作 </p><p>　　鉆爆作業(yè)包括鉆爆設(shè)計(jì)和鉆爆施工。鉆爆設(shè)計(jì)是洞身開(kāi)挖的關(guān)鍵性工作，鉆爆設(shè)計(jì)好壞，直接關(guān)系到洞身的開(kāi)

13、挖到位的準(zhǔn)確程度，即圍巖的超挖大小。在進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)圍巖的級(jí)別，薄弱部位的具體分布情況，進(jìn)行詳細(xì)周密的計(jì)算，確定炮孔的布置密度及炮孔裝藥量等指標(biāo)。然后在鉆爆施工時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)好的方案進(jìn)行操作?？刂坪弥苓呇鄣拈g距誤差在50mm以?xún)?nèi)，眼底不超出開(kāi)挖斷面的輪廓線100mm。鉆眼完成后，要按設(shè)計(jì)方案的炮眼布置圖進(jìn)行檢查。不合格的孔眼，要重新鉆孔施工，直到合格為止。然后才能按設(shè)計(jì)的裝藥方式和裝藥量進(jìn)行裝藥，爆破。根據(jù)實(shí)際的爆破效果及時(shí)對(duì)下一循

14、環(huán)的炮眼布置圖進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)反復(fù)幾個(gè)循環(huán)的調(diào)整，使爆破后的洞身輪廓線更接近于設(shè)計(jì)的要求。特別注意在施工過(guò)程中，要及時(shí)根據(jù)圍巖的變化情況，調(diào)整炮眼布置圖，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)輪廓線的要求。 </p><p>　　五、采用合理經(jīng)濟(jì)的開(kāi)挖方法 </p><p>　　確定合理的開(kāi)挖方法即首先要保證施工的安全，同時(shí)要保證施工的進(jìn)度與經(jīng)濟(jì)性。 </p><p>　　根據(jù)圍巖的級(jí)別、類(lèi)型等

15、可以采用的開(kāi)挖方法有臺(tái)階法，環(huán)形開(kāi)挖留核心土法，中隔壁法，及側(cè)壁導(dǎo)坑法等等。 </p><p>　　無(wú)論是環(huán)形開(kāi)挖留核心土法、中隔壁法、還是側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，均限制了大型施工機(jī)械的使用，拆除臨時(shí)支撐時(shí)初期支護(hù)會(huì)因突然卸載二出現(xiàn)大的變形，存在安全隱患，各分部開(kāi)挖工作面的施工初期支護(hù)時(shí)，循環(huán)銜接性差，相互干擾大，初期支護(hù)不圓順，容易引起應(yīng)力集中、質(zhì)量不能得到充分保證、并且臨時(shí)支護(hù)工序多，投入大，不經(jīng)濟(jì)等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際

16、情況，該隧道在地質(zhì)構(gòu)造上屬于魯中南斷塊上升區(qū)的沂沭斷裂帶活動(dòng)區(qū)，其顯著特點(diǎn)是斷裂構(gòu)造發(fā)育，斷裂的規(guī)模與方向不同，互相交切，把該區(qū)分割為許多大小不等，形狀各異的地質(zhì)塊體，。出口處風(fēng)化破壞嚴(yán)重，節(jié)理裂隙極發(fā)育。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)物探分析，該隧道處有約40米破碎帶通過(guò)，區(qū)域穩(wěn)定性較差。在開(kāi)挖進(jìn)洞前經(jīng)過(guò)仔細(xì)的研究，決定采用短臺(tái)階法進(jìn)行施工。具體為“三臺(tái)階七步開(kāi)挖法”。即三個(gè)臺(tái)階依次相距大約5-10米的距離，上臺(tái)階整體開(kāi)挖，中臺(tái)階與下臺(tái)階兩側(cè)錯(cuò)開(kāi)梯度前進(jìn)開(kāi)

17、挖，仰拱部位開(kāi)挖采用左右錯(cuò)開(kāi)分別開(kāi)挖的方法。其中仰拱開(kāi)挖與前面三個(gè)臺(tái)階的距離控制在50米左右。這樣就在距掌子面約60米的范圍內(nèi)，隧道整個(gè)斷面開(kāi)挖分7個(gè)開(kāi)挖面，以前后7個(gè)不同的位置相互錯(cuò)開(kāi)同時(shí)開(kāi)挖。然后分部同時(shí)支護(hù)，形成支護(hù)整體，盡量縮短每工序作</p><p>　　在具體施工中三臺(tái)階同時(shí)一次爆破后同時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)及出渣作業(yè)。由于采用臺(tái)階開(kāi)挖，工作人員與開(kāi)挖工作面相對(duì)高差較小，在進(jìn)行初期支護(hù)時(shí)不需要專(zhuān)門(mén)的施工臺(tái)車(chē)，

18、施工較方便。且三臺(tái)階施工部位與仰拱之間有合適的工作空間，仰拱施工不影響三臺(tái)階的開(kāi)挖及初期支護(hù)的施工，且可以同時(shí)進(jìn)行。采用該法施工過(guò)程較簡(jiǎn)單，無(wú)需實(shí)施復(fù)雜的臨時(shí)支護(hù)措施，大型機(jī)械設(shè)備可在工作面上進(jìn)行出渣作業(yè)，提高了出渣作業(yè)效率，節(jié)省了臨時(shí)支護(hù)的施做時(shí)間，加快了施工的進(jìn)度，減少了該項(xiàng)費(fèi)用的投入，其施工的經(jīng)濟(jì)性得到保證。三臺(tái)階施工梯度同時(shí)前進(jìn)，相對(duì)開(kāi)挖面積較小，能夠保證施工的安全。此法可以在一般圍巖地質(zhì)條件下，大力推廣應(yīng)用。 </p&g

19、t;<p>　　六、及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù) </p><p>　　根據(jù)“新奧法”原理，要依靠圍巖自身的承載能力承受來(lái)自上部的荷載。對(duì)于破碎的圍巖，其整體性較差，在開(kāi)挖過(guò)程中易造成石塊脫落，不但給施工帶來(lái)安全隱患，而且時(shí)圍巖面產(chǎn)生凹凸不平的曲面，從而形成應(yīng)力集中現(xiàn)象，不利于圍巖的受力。在施工過(guò)程中及時(shí)按設(shè)計(jì)要求施做初期支護(hù)，即能夠盡量避免石塊的脫落，給施工營(yíng)造安全的施工環(huán)境，又能保證圍巖的輪廓線與設(shè)計(jì)一致，

20、以利于圍巖的自身穩(wěn)定，同時(shí)，初期支護(hù)及時(shí)地與圍巖一起受力，改善圍巖的受力條件，確保圍巖的安全。 </p><p>　　七、適時(shí)進(jìn)行二次襯砌的施工 </p><p>　　通過(guò)監(jiān)控量測(cè)所得的數(shù)據(jù)，當(dāng)圍巖的變形基本完成，變化速率趨于零時(shí)，即應(yīng)當(dāng)進(jìn)行二次襯砌的施工，盡早完成環(huán)形受力。二次襯砌施工完成后，使隧道結(jié)構(gòu)的受力與設(shè)計(jì)一致，保證了隧道施工的安全狀況。 </p><p>

21、;<b>　　八、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　在實(shí)際施工中，通過(guò)以上幾點(diǎn)的運(yùn)用，使該隧道在施工過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)一次塌方事故。圍巖的最大超挖控制在20cm以?xún)?nèi)，達(dá)到了規(guī)范的要求。該隧道于2009年8月開(kāi)工，2010年12月雙線1500米全部貫通。工程在開(kāi)工時(shí)間推遲2個(gè)月的情況下，按原計(jì)劃工期完成了洞身開(kāi)挖。施工過(guò)程中，節(jié)約了大量臨時(shí)支護(hù)的費(fèi)用，又由于控制超挖在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，使初期

22、支護(hù)的噴射砼工程量得到了有效地控制，有效的節(jié)約了工程成本。該隧道采用的方法合理，施工工程安全可靠，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，在類(lèi)似工程施工中可以推廣使用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　1、《鐵路建筑技術(shù)》2010年1月刊 </p><p>　　2、《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》JTG F60-2009 </