不良地質條件下隧道施工方法初探

薛　冰

摘要:在修建隧道中,常遇到一些不利于施工的特殊地質地段。如膨脹土圍巖、黃土、溶洞、斷層、松散地層、流沙、巖爆等。在開挖、支護和襯砌過程中,由于各種因素的影響都可能發(fā)生土石坍塌,坑道支撐變形,襯砌結構斷裂,嚴重影響施工進度、安全和質量。隧道穿越含有瓦斯的地層,更嚴重地威脅著施工安全。下面就此復雜環(huán)境進行施工加以分析。

關鍵詞:隧道施工;地質條件

伴隨著我國社會主義經(jīng)濟建設的迅猛發(fā)展與綜合國力的增強,城市的規(guī)模也不斷的增大,城市人口流量還在增加、再加上機動車輛呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢,交通狀況不斷惡化。為了改善交通環(huán)境,采取了各種措施,其中興建地下鐵道得到了普遍的認可,如最近幾年在北京、廣州、深圳等城市便興建了大量的地下鐵道。由于在城市中修建地下鐵道,其施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、水文地質、環(huán)境保護、施工機具以及資金條件等因素的影響較大,因此各自所采用的施工方法也不盡相同。下面將就城市地下鐵道施工方法分別加以介紹。施工方法的選擇應根據(jù)工程的性質、規(guī)模、地質和水文條件、以及地面和地下障礙物、施丁設備、環(huán)保和工期要求等因素,經(jīng)全面的技術經(jīng)濟比較后確定。首選方案。但其缺點也是明顯的,如阻斷交通時間較長,噪聲與震動等對環(huán)境的影響。

隧道通過特殊地質地段施工時應注意以下幾方面:

1 施工前應對設計所提供的工程地質和水文地質資料進行詳細分析了解,深入細致地作施工調查,制訂相應的施工方案和措施,備足有關機具及材料,認真編制和實施施工組織設計,使工程達到安全、優(yōu)質、高效的目的。反之,即便地質并非不良,也會因準備不足,施工方法不當或措施不力導致施工事故,延誤施工進度。

2 特殊地質地段隧道施工時,應以“先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進”為指導原則。在選擇和確定施工方案時,應以安全為前提,綜合考慮隧道工程地質及水文地質條件、斷面型式、尺寸、埋置深度、施工機械裝備、工期和經(jīng)濟的可行性等因素而定。同時應考慮圍巖變化時施工方法的適應性及其變更的可能性,以免造成工程失誤和增加投資。

3 在隧道開挖方式選擇上,無論是采用鉆爆開挖法、機械開挖法,還是采用人工和機械混合開挖法,應視地質、環(huán)境、安全等條件來確定。如用鉆爆法施工時,光面爆破和預裂爆破技術,既能使開挖輪廓線符合設計要求,又能減少對圍巖的擾動破壞。爆破應嚴格按照鉆爆設計進行施工,如遇地質變化應及時修改完善設計。

4 隧道通過自穩(wěn)時間短的軟弱破碎巖體、淺埋軟巖和嚴重偏壓、巖溶流泥地段、砂層、砂卵(礫)石層、斷層破碎帶以及大面積淋水或涌水地段時,為保證洞體穩(wěn)定可采用超前錨桿、超前小鋼管、管棚、地表預加固地層和圍巖預注漿等輔助施工措施,對地層進行預加固、超前支護或止水。

5 為了掌握施工中圍巖和支護的力學動態(tài)及穩(wěn)定程度,以及確定施工工序,保證施工安全,應實施現(xiàn)場監(jiān)控量測,充分利用監(jiān)控量測指導施工。對軟巖淺埋隧道須進行地表下沉觀測,這對及時預報洞體穩(wěn)定狀態(tài),修正施工方案都十分重要。

6 穿過未膠結松散地層和嚴寒地區(qū)的凍脹地層等,施工時應采取相應的措施外,均可采用錨噴支護施工。爆破后如開挖工作面有坍塌可能時,應在清除危石后及時噴射混凝土護面。如圍巖自穩(wěn)性很差,開挖難以成形,可沿設計開挖輪廓線預打設超前錨桿。錨噴支護后仍不能提供足夠的支護能力時,應及早裝設鋼架支撐加強支護。

7 當采用構件支撐作臨時支護時,支撐要有足夠的強度和剛度,能承受開挖后的圍巖壓力。圍巖出現(xiàn)底部壓力,產(chǎn)生底膨現(xiàn)象或可能產(chǎn)生沉陷時應加設底梁。當圍巖極為松軟破碎時,應采用先護后挖,暴露面應用支撐封閉嚴密。根據(jù)現(xiàn)場條件,可結合管棚或超前錨桿等支護,形成聯(lián)合支撐。支撐作業(yè)應迅速、及時,以充分發(fā)揮構件支撐的作用。

8 圍巖壓力過大,支撐受力下沉侵入襯砌設計斷面,必須挑頂(即將隧道頂部提高)時,其處理方法是:拱部擴挖前發(fā)現(xiàn)頂部下沉,應先挑頂后擴挖。當擴挖后發(fā)現(xiàn)頂部下沉,應立好拱架和模板先灌筑滿足設計斷面部分的拱圈,俟混凝土達到所需強度并加強拱架支撐后,再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業(yè)宜先護后挖。

9 對于極松散的未固結圍巖和自穩(wěn)性極差的圍巖,當采用先護后挖法仍不能開挖成形時,宜采用壓注水泥砂漿或化學漿液的方法,以固結圍巖,提高其自穩(wěn)性。松散地層結構松散,膠結性弱,穩(wěn)定性差,在施工中極易發(fā)生坍塌。如極度風化破碎已失巖性的松散體;漂卵石地層、砂夾礫石和含有少量粘土的土壤以及無膠結松散的干沙等。隧道穿過這類地層,應減少對圍巖的擾動,一般采取先護后挖,密閉支撐,邊挖邊封閉的施工原則,必要時可采用超前注漿改良地層和控制地下水等措施。

10 特殊地質地段隧道襯砌,為防止圍巖松弛,地壓力作用在襯砌結構上,致使襯砌出現(xiàn)開裂、下沉等不良現(xiàn)象。因此,采用模筑襯砌施工時,除遵守隧道施工技術規(guī)范的有關規(guī)定施工外,還應注意:當拱腳、墻基松軟時,灌筑混凝土前應采取措施加固基底。襯砌混凝土應采用高標號或早強水泥,提高混凝土等級,或采用摻速凝劑、早強劑等措施,提高襯砌的早期承載能力。仰拱施工,應在邊墻完成后抓緊進行,或根據(jù)需要在初期支護完成后立即施作仰拱,使襯砌結構盡早封閉,構成環(huán)形改善受力狀態(tài),以確保襯砌結構的長期穩(wěn)定堅固。在隧道的施工過程中,應把地質超前預報納入隧道施工的正常工序,使地質超前預報成為促進隧道科學施工的有力手段。

在隧道施工過程中遇到的地質問題往往千差萬別,不盡相同,有時甚至是諸種不良地質疊加和組合。施工中要區(qū)別各種情況,具體問題具體對待,采取有針對性的處置措施,盡可能把不良地質給施工帶來的損失降低到最低程度。 不良地質雖然給隧道施工造成了困難,但只要掌握了不良地質的性質、規(guī)模和在隧道的出露位置,所采取的治理措施及時、得當,不僅可以避免任何地質條件下出現(xiàn)的地質災害,而且可以用較小的代價彌補不良地質給施工造成的損失。