滇西紅層地質隧道施工技術

楊增會

紅層簡介：紅層是引起地質學家注意的最早識別的沉積巖類之一,見于世界的許多地方。在我國云南省廣泛分布著紅色的侏羅系、白堊系地層,通常由泥巖、粉砂巖、砂巖交替組成,因巖中富含鐵的氧化物而呈紅色、深紅色或褐色。由這些地層形成的殘坡積、沖洪積地層,稱為云南中生代紅層。云南中生代紅層一般分為滇中紅層和滇西紅層,滇西紅層主要分布在蘭坪—思茅區,在保山及鎮康地區亦出露。滇西紅層屬膨脹巖,具有膨脹巖的兩種變形特性,即吸水膨脹軟化和失水急劇收縮的特性。

1 工程概況

杉陽隧道是大(大理)瑞(瑞麗)線國鐵Ⅰ級單線上的控制工程之一,隧道位于大理永平縣境內,全長13 390 m。測區屬中山構造剝蝕地貌,地形起伏大,相對高差約1 080 m,隧道最大埋深約1 015 m,最小埋深約160 m。地表上覆第四系全新統滑坡堆積碎石土;泥石流堆積粗圓礫土、沖洪積粉質黏土、卵石土、坡洪積碎石土、粉質黏土,坡殘積粉質黏土、粗角礫土及塊石土、第四系上更新統坡洪積碎石土。下伏白堊系下統南新組(K1n)砂巖夾泥巖、石英砂巖夾礫巖,景新組下段(K1J1)石英砂巖、砂巖夾泥巖;侏羅系上統壩注路組(J3b)泥巖夾砂巖,中統花開組上段(J2h)泥巖、砂巖夾泥灰巖,板巖及泥灰巖。局部有斷層角礫(Fbr)。主要地質巖性如下：

石英砂巖夾泥巖(K1n)：淡紫紅色,厚～巨厚層狀,細～中粒結構。節理裂隙較發育,強風化。

泥巖夾砂巖(K1J2)：紫紅色,泥巖與砂巖不等厚互層。厚～中厚層狀,泥質膠結,節理裂隙發育,巖質軟。

泥巖、石英砂巖夾泥巖(K1J1)：灰綠、黃綠等色砂巖與紫紅色泥巖不等厚互層。砂巖主要為中細粒結構,厚～巨厚層構造,泥質、鈣質膠結;泥巖為泥質結構,薄～中厚層層狀結構,巖質軟。節理裂隙發育,巖體破碎。

泥巖夾砂巖(J3b)：紫紅色泥巖、粉砂質泥巖為主。泥巖、粉砂巖泥質結構,中厚～厚層構造,巖質軟。粉砂巖、砂巖主要為細粉粒結構,鈣質、泥質膠結。節理裂隙發育,巖體破碎。砂巖約占30%,泥巖約占70%。

泥巖、砂巖夾石英砂巖,泥灰巖(J2h)：灰綠、黃綠色中厚層泥巖,鈣質泥巖與板巖不等厚互層,夾粉砂巖,偶夾石膏。泥巖為泥質結構,砂巖為粉砂細粒構造。

2 施工方法

隧道按新奧法組織施工,Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖,Ⅳ,Ⅴ級圍巖采用臺階法開挖,根據施工情況采用兩臺階法或三臺階法施工。開挖采用光面爆破,初期支護噴混凝土采用濕噴技術,同時對支護體系進行穩定性監測與分析,指導施工,并按仰拱超前的原則組織施工。錨網噴支護,拱墻一次襯砌。鑒于膨脹巖的性質及特點,施工把防排水及預止水的工作作為重點工作之一,成洞段及時做好排水系統,并根據地下水出露情況,于掌子面30 m以外設置集水坑,及時抽排水,防止地下水浸泡軟化基底;同時封閉掌子面,避免圍巖暴露,在失水情況下收縮開裂變形,導致局部流塌。同時利用不同的超前地質預報手段及時掌握掌子面前方圍巖的情況,以提前制定對應施工措施。

2.1 開挖與支護

2.1.1 Ⅲ級圍巖

Ⅲ級圍巖采用全斷面鉆爆法施工。初期支護采用拱部施作φ 25中空錨桿、拱部局部掛網和拱部邊墻噴射7 cm厚C20混凝土。φ 25中空錨桿長2.5 m,間距為1.2 m×1.5 m(環向×縱向),注水泥砂漿。鋼筋網采用φ 6網片,間距為25 cm×25 cm。

2.1.2 Ⅳ級圍巖

Ⅳ級圍巖采用短臺階爆破法施工。初期支護采用拱部施作φ 25中空錨桿、邊墻φ 22砂漿錨桿、拱部邊墻掛網和拱部邊墻噴射10 cm或15 cm厚C20混凝土。φ 25中空錨桿長 3 m,φ 22砂漿錨桿長3 m,間距均為1.2 m×1.2 m(環向×縱向)。鋼筋網采用φ 6網片,間距為25 cm×25 cm。加強支護Ⅳ-A型采用拱部W鋼帶,Ⅳ-B型采用拱墻三肢格柵鋼架。開挖后及時封閉巖面。

2.1.3 Ⅴ級圍巖

Ⅴ級圍巖采用微臺階法或三臺階七步開挖法施工。超前支護采用φ 42小導管注水泥砂漿,小導管3.5 m/根,環向間距0.4 m,每2 m一環,每環20根。超前支護施工完成開挖后,及時初噴C20混凝土5 cm封閉包括掌子面在內的巖面;隨后施作長為3 m,拱部φ 25中空錨桿間距 1.5 m×1 m(環向×縱向)、邊墻φ 22砂漿錨桿間距1.2 m×1 m(環向×縱向)的系統錨桿;掛設φ 8網片,間距為20 cm×20 cm;錨桿與網片點焊連接;加強支護Ⅴ-A型采用拱墻格柵鋼架,縱向間距1.0 m;Ⅴ-C型及Ⅴ-E型采用全環Ⅰ16及Ⅰ18型鋼鋼架。鋼架在拱腳和邊墻腳設置φ 22鎖腳砂漿錨桿,縱向采用φ 22鋼筋連接。最后復噴至設計厚度。

2.2 襯砌

襯砌施作的前提條件：圍巖和初期支護變形趨于穩定;初噴混凝土有無裂縫;出水點段處理效果;處理初期支護面,避免防水板被損壞。

2.2.1 仰拱超前

仰拱施工的重點是隧底的清理,杜絕隧底積水。

2.2.2 防排水施工

隧道防水采用在初期支護與二次襯砌拱墻部位鋪設無紡布加防水板;在環向施工縫采用拱墻中埋式+拱墻外貼式橡膠止水帶;在襯砌變形縫采用中埋式橡膠止水帶+拱墻內緣雙組分聚硫密封膏嵌縫材料+外貼式橡膠止水帶;二襯拱部預留充填注漿孔進行注漿。隧道排水采用洞內設置雙側排水溝;設置環向φ 50透水管,縱向φ 100透水盲管。防水板采用熱熔法手工焊接在塑料熱熔墊片上,嚴禁用鋼釘固定,避免防水板破損。

隧道防排水施作作為重點控制工序進行控制。

2.2.3 襯砌

根據監控量測結果,確定襯砌的施作。襯砌混凝土采用混凝土拌合站集中拌制,混凝土運輸車輸送,地泵入模,插入式振動棒振搗密實。

2.3 監控量測

編制隧道施工監控量測方案,經報審后實施。

隧道必測項目：1)洞內、外觀察：主要對掌子面進行地質描述,包括圍巖巖性、巖質、破碎情況、層厚情況、節理裂隙情況、巖體的傾角、地下水出露情況及出水點位等;對初期支護的噴混凝土觀察是否有裂縫、剝離、脫落、鋼架是否變形侵陷等;2)拱頂下沉及洞內凈空變化：除嚴格按施工指南進行布點外,嚴格控制第一次測控的時間,避免測點布設時間滯后導致所測數據不準確;3)地表沉降觀測：在隧道淺埋段及偏壓段設置。

2.4 超前地質預報

鑒于隧道不良地質段突出,采用地質素描、超前水平鉆孔、TSP203探測儀、瞬變電磁手段進行地質超前預報,有效掌子面前方圍巖和巖體構造、結構特征及地下水情況,避免在斷層帶、向斜帶、富水段等發生地質災害。

3 結語

在膨脹圍巖地段施工要注意以下幾點：1)充分做好超前地質預報工作,超前制定施工技術方案及應急預案,做到施工前先規劃,未雨綢繆;2)開挖后及時封閉開挖圍巖面,避免圍巖長時間暴露于空氣下;3)重視洞內排水工作,避免洞內積水浸泡隧底,防止隧底襯砌翻漿冒泥,導致隧底斷板;4)嚴格按新奧法施工基本原則組織施工,重視鉆爆設計、初期支護施工質量控制、監控量測、地質超前預報四項工作,同時堅持動態施工的思維方法,通過監控量測數據確定二襯施作時間;5)對隧道的防排水施工要給予充分重視,已建運行隧道病害皆因對水的處理不到位、不規范引起的;6)嚴格控制混凝土的配合比及拌制、運輸,防止二襯裂紋通病的發生。

[1] 羅 翔.隧道超前地質預報方法淺析[J].山西建筑,2008,34(6)：338-339.