特殊地質(zhì)隧道的施工技術(shù)

趙小明

1 工程概況

忻阜高速公路S合同段的火焰山隧道,左線長2 137 m,右線長2 158 m,出口的兩個(gè)洞口在施工到約300 m的地方,地質(zhì)發(fā)生了很大變化,其地質(zhì)變化頻繁,以強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r和黃土夾特大孤石這兩種地質(zhì)為主且常會(huì)出現(xiàn)溶洞,溶洞內(nèi)地質(zhì)為黃土夾特大孤石,黃土含水量很大,孤石與黃土之間無粘結(jié)力。

2 軟弱圍巖的施工方法

2.1 一般軟弱圍巖的施工方法

隧道出現(xiàn)一般的Ⅳ級(jí),Ⅴ級(jí)圍巖時(shí),采用三臺(tái)階七步開挖法開挖。“三臺(tái)階七步開挖法”,以弧形導(dǎo)坑開挖預(yù)留核心土為基本模式,分上、中、下三個(gè)臺(tái)階七個(gè)開挖面,各部位的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開、平行推進(jìn)的隧道施工方法。

第1步:施作超前支護(hù)后,開挖弧形導(dǎo)坑,預(yù)留核心土,施作拱部初期支護(hù)。第2,3步:開挖左右側(cè)中臺(tái)階并施作初期支護(hù)。第4,5步:開挖左右側(cè)下臺(tái)階并施作初期支護(hù)。第6步:分別開挖上、中、下臺(tái)階核心土。第7步:開挖仰拱并施作初期支護(hù)封閉成環(huán)。

采用“三臺(tái)階七步開挖法”施工,可以合理的分解隧道結(jié)構(gòu)承受的圍巖壓力,減少隧道沉降,達(dá)到安全、高效施工的目的。

2.2 洞身圍巖差,但隧底圍巖好的地質(zhì)條件下的施工方法

在火焰山隧道的施工過程中,出現(xiàn)了洞身為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r但底板及底板以上1 m多的位置為微風(fēng)化灰?guī)r的這種地質(zhì)情況。按照設(shè)計(jì)圖紙來判定這種地質(zhì)情況應(yīng)該按照Ⅴ級(jí)來施工,按照Ⅴ級(jí)來施工就要施作仰拱,對(duì)隧底圍巖造成擾動(dòng),對(duì)隧道的受力不好。經(jīng)過業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四家共同研究決定采用Ⅳ級(jí)加強(qiáng)(不設(shè)仰拱)的支護(hù)參數(shù)。開挖采用“三臺(tái)階七步開挖法”,初期支護(hù)參數(shù)如下:φ 25超前錨桿,4.7 m長,環(huán)向間距0.5 m,21根;Ⅰ14工字鋼支撐,縱向間距1.0 m;φ 25自鉆式錨桿和φ 25全長藥包錨桿,長度3.0 m,間距1.0 m ×1.0 m;φ 8鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距25 cm×25 cm,全斷面掛設(shè);噴混凝土,25 cm厚C25混凝土;襯砌混凝土,C25混凝土40 cm厚。

這樣不僅保證了施工安全和施工質(zhì)量,也提高了施工進(jìn)度。

3 隧道通過溶洞時(shí)的施工方法

3.1 對(duì)是否出現(xiàn)溶洞做出預(yù)測

1)使用TGP206型隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)掌子面以前的地質(zhì)進(jìn)行預(yù)測;

2)通過地表觀測,若地表出現(xiàn)以下情況,可以初步判斷巖層中存在溶洞或暗河。

a.四周匯水的洼地內(nèi)有明顯的積水或地表水消失。

b.草木叢生和地表塌陷以及冬季冒氣地段。

c.地表有落水洞或天然豎井的存在。

3.2 溶洞給施工帶來的困難

1)溶洞位于拱頂時(shí),圍巖容易坍塌,洞穴處理困難。

2)溶洞位于隧底時(shí),充填物松軟而且深度大,隧道基底加固困難。

3)隧道穿越溶洞充填物時(shí),圍巖軟弱,容易坍塌,施工進(jìn)度緩慢。

4)溶洞內(nèi)有水流時(shí),水的堵、排困難。

3.3 溶洞的處理方法

3.3.1 溶洞位于拱頂時(shí)

第一步:從洞外拉碴回填掌子面,填碴高度為距拱頂3 m左右,挖機(jī)整平形成一個(gè)作業(yè)平臺(tái);第二步:安裝混凝土泵送管道,分別在左側(cè)拱部、拱頂、右側(cè)拱部各安裝 2根,共計(jì)6根混凝土泵送管道,拱頂管道接到溶洞最高處;第三步:在填碴形成的作業(yè)平臺(tái)上采用砂袋施作封堵墻,砂袋碼在已支護(hù)好的安全地帶,砂袋碼放寬度為1.5 m以上,確保泵送混凝土過程中不被擠倒;第四步:泵送C20混凝土,厚度為拱頂以上5 m;待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后,溶腔內(nèi)采用泵送輕型材料粉煤灰回填密實(shí);第五步:處理完畢后按照“三臺(tái)階七步開挖法”進(jìn)行開挖,加強(qiáng)支護(hù)。溶洞處理方案示意圖見圖1,圖2。

3.3.2 溶洞位于隧底時(shí)

1)當(dāng)位于隧底的溶洞較小時(shí),一般采取回填的封閉的施工方法。2)當(dāng)溶洞較大較深時(shí),不宜采用堵填封閉的方法,或充填物松軟不能承載隧道結(jié)構(gòu)時(shí),可采用梁、拱跨越。跨越的梁端或拱座置于穩(wěn)固可靠的巖層上,必要時(shí)灌注混凝土加固,溶洞中間的墩柱可采用樁基礎(chǔ)。

3.3.3 穿越溶洞充填物時(shí)

在溶洞充填物中開挖,當(dāng)充填物較松軟時(shí),可采用插鈑法(工字鋼或槽鋼等),通過圍巖量測確定出合適的預(yù)留沉降量;充填物為石塊堆積時(shí),可在開挖前預(yù)壓砂礫及水泥砂漿加固。

3.3.4 溶洞內(nèi)有水流時(shí)

1)遇到溶洞內(nèi)有水流時(shí),宜排不宜堵,查明水源流向及其與隧道位置的關(guān)系后,用暗管等泄水設(shè)施將水流排到洞外。2)當(dāng)巖溶水流位置在隧道頂部或高于隧道頂部時(shí),在適當(dāng)?shù)奈恢瞄_槽引水,將水位降低到隧底以下,再進(jìn)行引排。

3.3.5 溶洞的其他處理方法

在巖溶地區(qū)施工,有的溶洞處理耗時(shí)且困難時(shí),可采取迂回導(dǎo)坑繞過溶洞,繼續(xù)進(jìn)行隧道前方施工,并同時(shí)處理溶洞,以此來加快施工進(jìn)度。繞行開挖時(shí),應(yīng)防止洞壁失穩(wěn)。

4 巖溶地區(qū)施工應(yīng)注意的問題

1)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。2)反坡施工時(shí),應(yīng)備有足夠數(shù)量的排水設(shè)備。3)在巖溶地段爆破時(shí),應(yīng)做到多打眼,打淺眼,控制裝藥量。4)施工中對(duì)溶洞頂部要經(jīng)常檢查,及時(shí)處理危石,當(dāng)溶洞較高且頂部破碎時(shí),應(yīng)先噴射混凝土進(jìn)行加固。5)在到達(dá)溶洞邊緣時(shí),對(duì)掘進(jìn)、支護(hù)、排水等工作加以妥善安排。

5 結(jié)語

1)隧道施工時(shí)一定要做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,為隧道的施工提供指導(dǎo)性意見。2)隧道在遇到特殊地質(zhì)施工時(shí),在將設(shè)計(jì)文件研究透徹的同時(shí),要保持“巖變我變”的原則,及時(shí)與各方溝通,確定出合理施工方案。3)隧道在遇到溶洞時(shí),有水時(shí)采取“以堵為輔、以排為主”的施工方法,無水地段的處理方法可總結(jié)為填堵、跨越、繞行。

[1] JTJ 042-92,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 王 霖.深圳林場軟巖大變形隧道施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(5):318-319.