淺談淺埋且?guī)r溶發(fā)育隧道施工技術(shù)

張?jiān)茝?/p>

(中鐵八局第三工程有限公司)

0 前 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)隧道工程建設(shè)規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，隧道工程施工技術(shù)也在不斷的提高。貴州地區(qū)屬典型的喀斯特地貌，地質(zhì)復(fù)雜溶槽溶蝕特別發(fā)育，圍巖節(jié)理發(fā)育破碎。這給施工帶來(lái)難度和風(fēng)險(xiǎn)，提出了挑戰(zhàn)。在貴陽(yáng)雙線鐵路樞紐工程中提出采用大半斷面開挖的施工方法為淺埋巖溶發(fā)育隧道施工提出新思路，為淺埋且?guī)r溶發(fā)育隧道的施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

貴陽(yáng)鐵路樞紐是鐵道部重點(diǎn)工程，而上郭關(guān)雙線隧道又是貴陽(yáng)樞紐的重點(diǎn)工程。該隧道為直線隧道，全長(zhǎng)1 158 m，進(jìn)、出口里程樁分別為DK584 +814 及DK585 +972，進(jìn)口部位DK584 +814～DK584 +947 段(133 m)為明洞。本隧位于貴陽(yáng)市近郊龍里縣谷腳鎮(zhèn)谷遠(yuǎn)鄉(xiāng)上郭關(guān)村境內(nèi)。

1.1 地形地質(zhì)情況

上郭關(guān)隧道屬于峰叢洼地地貌，坡上多處基巖裸露，上覆植被以灌木為主，部分為小松林，洼地內(nèi)多墾為旱地。高程1 175～1 250 m，相對(duì)高差40～60 m。橫坡平緩，自然橫坡在10～30。，坡頂園緩。多分布封閉溶蝕洼地，洼地底部標(biāo)高多低于相應(yīng)隧道路肩標(biāo)高，隧道洞身零星分布小規(guī)模豎井，隧道進(jìn)口端線路與等高線小角度斜交，出口端與等高線大致正交。進(jìn)口右側(cè)為上郭關(guān)村，有既有村道相通，出口無(wú)道路通達(dá)，需新建便道。該隧道上覆蓋第四系全新統(tǒng)坡殘積(Q4dl+el)黏土，下伏基巖為三疊系下統(tǒng)谷腳組(T1g1 +2)泥質(zhì)灰?guī)r，灰?guī)r。

1.2 不良地質(zhì)及特殊巖土

該隧道全部位于可溶巖內(nèi)，不良地質(zhì)主要為強(qiáng)烈發(fā)育之巖溶:洞身地表多分布巖溶塌陷坑，洼地，落水洞，測(cè)段巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。DK584 +910 左側(cè)45 m 為一大型封閉溶蝕洼地，長(zhǎng)軸直徑為130 m，短軸長(zhǎng)70 m。坑深約10 m，底部標(biāo)高1 191 m，坑內(nèi)充填黏土，坑壁偶見基巖出露，底部落水洞被塊石充填。DK585 +080 右側(cè)約20 m 為溶塌陷坑，陷坑長(zhǎng)約20 m，寬約10 m，深約3 m，長(zhǎng)軸向N40。W，坑內(nèi)充填黏土。DK585 +375 右側(cè)約15 m 為落水洞，洞口直徑2 m 左右，長(zhǎng)滿灌木，四周形成長(zhǎng)約15 m，寬約10 m、長(zhǎng)軸向E—W 向的小洼地，向外50～300 m 范圍內(nèi)分布有多個(gè)封閉溶蝕洼地，洼地內(nèi)有落水洞，多被灌木覆蓋，洼地底部標(biāo)高1 171～1 196 m不等。DK585 +375 左側(cè)約350 m 為一掌型封閉溶蝕洼地，長(zhǎng)軸與線路近垂直，長(zhǎng)約500 m，與水洞向斜軸部近一致，洼地底部標(biāo)高1 175 m，多墾為旱地，雨季匯水，順落水洞排泄，周壁有基巖出露。線路右側(cè)近400 m 處水洞村內(nèi)有一巖溶下降泉，出露標(biāo)高1 140 m，據(jù)平均水力坡度推算與線路相交處巖溶管道最低標(biāo)高為1160 m，低于該處線路標(biāo)高1 181 m 近21 m。DK585 +474 處有一塌陷坑正位于線路中心，塌陷坑寬約10 m，坑壁長(zhǎng)滿灌木，見不到底，投石估計(jì)深度約10 m。DK585 +528 右側(cè)約5 m 為塌陷坑，洞口近圓形，直徑約15 m，坑壁長(zhǎng)滿灌木，見不到底，投石估計(jì)深度約10 m。DK585 +740 右側(cè)約55 m、DK585 +875 右側(cè)約45 m 均為溶塌陷坑，灌木密布，另出口端右側(cè)尚有多個(gè)封閉溶蝕洼地，底部標(biāo)高由1 167～1 189 m 不等。

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)該

該隧暗洞最大全斷面積為127 m2。工程在施工中采用大半斷面開挖方法，上半斷面最大開挖面積約為70 m2，最小埋深為15 m。圍巖基本類型為Ⅴ級(jí)，淺埋暗挖段施工方法采用“新奧法”施工的原理，在開挖前施作大管棚預(yù)支護(hù)，大管棚主要采用的是壁厚為5 mm 的無(wú)縫鋼管。超前小導(dǎo)管采用Φ42 mm 超前小導(dǎo)管，外插角為0.5°～1°，管內(nèi)注壓水泥漿輔助施工。

1.4 主要工程特點(diǎn)

(1)圍巖條件差:全隧屬典型的喀斯特地貌，地質(zhì)復(fù)雜且溶槽溶蝕及水平豎向節(jié)理特別發(fā)育，由于豎向節(jié)理將破碎的薄層水平巖體分割，更加惡化了巖體的穩(wěn)定性。

(2)淺埋:該隧道進(jìn)口100m 及隧道中段50m 范圍內(nèi)埋深極淺，巖層加覆土厚度僅為15～25 m。

(3)結(jié)構(gòu)自穩(wěn)定性差:由于豎向節(jié)理將破碎的薄層水平巖體分割，初期支護(hù)的頂部是受彎構(gòu)件，需要對(duì)拉應(yīng)力進(jìn)行承受，氣受力條件比較惡劣，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也比較差。

(4)動(dòng)荷載作用大:隧道爆破作業(yè)時(shí)將對(duì)破碎的巖體產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，而這種擾動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)也是一種荷載，而且是動(dòng)荷載，隧道埋深又淺，初期支護(hù)受力大;

(5)山體溶槽溶蝕發(fā)育:全隧位于可溶巖內(nèi)，不良地質(zhì)主要為強(qiáng)烈發(fā)育的巖溶.貴陽(yáng)地區(qū)雨水豐富，在雨季，大量地表水將由溶槽浸入巖體極易造成大的坍方事故發(fā)生，需要嚴(yán)格控制地表沉降。加強(qiáng)地表防水保護(hù)。

2 大半斷面法開挖淺埋且溶槽溶蝕發(fā)育隧道施工技術(shù)

2.1 大半斷面法開挖的優(yōu)點(diǎn)及試用條件

大半斷面法開挖技術(shù)也被稱為臺(tái)階法，該方法是進(jìn)行隧道開挖的一種常用方法。主要在不良地質(zhì)圍巖節(jié)理發(fā)育破碎的巖層中運(yùn)用，特別是更適用于大斷面地下結(jié)構(gòu)開挖。此外，該方法也經(jīng)常運(yùn)用在含水量比較大的松散巖層中。該方法的主要原理是在進(jìn)行開挖隧洞之前，首先對(duì)隧道進(jìn)行預(yù)支護(hù)，利用小導(dǎo)管向巖體中進(jìn)行注漿，從對(duì)巖層進(jìn)行改善，并且對(duì)周圍上體的作用進(jìn)行加固，在開挖之后還需要對(duì)網(wǎng)構(gòu)鋼架進(jìn)行及時(shí)的安裝。

2.2 臺(tái)階法開挖隧道施工技術(shù)

(1)施工方法必選

在隧道開挖施工中，首要問(wèn)題就是對(duì)圍巖松弛以及因?yàn)閲鷰r松弛產(chǎn)生的地表下沉或者沉陷現(xiàn)象進(jìn)行有效的控制，因而必須做好隧道開挖方法的選擇。運(yùn)用于淺埋且?guī)r溶發(fā)育的隧道的開挖的基本方法主要有臺(tái)階法、全斷面法、CD 法以及CRD 法。在實(shí)際工程施工中需要以工程所在的地質(zhì)條件以及隧道的具體形式為依據(jù)，對(duì)隧道開挖施工方法進(jìn)行合理的選擇。如圖1 為三臺(tái)階臨時(shí)仰拱(橫撐)法工序橫斷面示意圖。

圖1 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱(橫撐)法工序橫斷面示意圖

貴陽(yáng)鐵路樞紐上郭關(guān)雙線隧道的斷面形式為曲墻結(jié)構(gòu)，跨度大、超淺埋，地質(zhì)破碎且溶蝕溶槽發(fā)育，水平節(jié)理及豎向節(jié)理發(fā)育，開挖中要嚴(yán)格控制地面沉降和圍巖變形，稍有不謹(jǐn)會(huì)造成大體積坍塌事故。在上郭關(guān)隧道設(shè)計(jì)中，為了對(duì)巖層的變形現(xiàn)象進(jìn)行有效的控制，應(yīng)該采用CD 法，該方法具有非常好的控制地表下沉的效果。該方法也被稱為中壁法，雖然該法具有良好的控制地表下沉的效果，但是這種方法具有復(fù)繁雜的施工工序，很容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜多變，施工技術(shù)難度比較大。考慮到技術(shù)難度問(wèn)題以及工序的問(wèn)題，最終提出了運(yùn)用臺(tái)階法進(jìn)行該隧道的開挖施工。

(2)主要施工技術(shù)措施

在淺埋且?guī)r溶發(fā)育隧道施工中，所有施工技術(shù)必須要以防止地表沉降過(guò)大為原則進(jìn)行措施的制定，本工程主要施工技術(shù)措施如下:

①采用大管棚加超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)，巖層壓力由長(zhǎng)管棚承擔(dān);如圖2 為管棚工作室施工示意圖。

②對(duì)開挖循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行非常嚴(yán)格的控制，應(yīng)該按照2.5 m每循環(huán)掘進(jìn)。

③在進(jìn)行掌子面的開挖中應(yīng)該對(duì)核心巖體進(jìn)行合理的留取，并且對(duì)掌子面進(jìn)行及時(shí)的封閉成環(huán)。

圖2 管棚工作室施工示意圖

④二次襯砌施工應(yīng)該及時(shí)的進(jìn)行，對(duì)地表沉降變形過(guò)大進(jìn)行有效的預(yù)防。

⑤為防止隧道頂部噴射混凝土和二次模筑襯砌之間可能存在的空間，在巖層與初期支護(hù)和二襯之間預(yù)留注漿管，并適時(shí)注漿充填，遇有溶洞的地方在巖層與初期支護(hù)之間預(yù)留吹砂孔，初噴完后及時(shí)吹入適量砂，以保證結(jié)構(gòu)層間密實(shí)，控制地表下沉。注漿時(shí)合理控制注漿壓力大小，盡量做到充填而不是劈裂，注漿壓力過(guò)大，會(huì)對(duì)二襯結(jié)構(gòu)造成不利影響，實(shí)踐證明，注漿壓力控制在1.1～1.4 倍的禁止土壓力值;

⑥在隧道開挖施工中，必須進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控和測(cè)量，并且根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果及時(shí)的修正設(shè)計(jì)方案和施工方法，利用信息化技術(shù)進(jìn)行隧道開挖施工。

3 結(jié) 語(yǔ)

在如此復(fù)雜地質(zhì)條件和困難環(huán)境條件下，修建淺埋暗挖雙線大斷面隧道在貴陽(yáng)市還比較少，基本沒(méi)有可以借鑒的工程經(jīng)驗(yàn)，還沒(méi)有成熟的理論分析和施工技術(shù)。所以，針對(duì)淺埋且?guī)r溶隧道施工的研究變得非常的重要。為此，針對(duì)貴陽(yáng)鐵路樞紐上郭關(guān)隧道工程開展了檢算、檢測(cè)研究，以確保施工安全，對(duì)地表沉降變形進(jìn)行有效的控制，對(duì)巖體的穩(wěn)定進(jìn)行保障，從而形成比較成熟的施工功工法，為今后類似工程提供參考經(jīng)驗(yàn)。

［1］王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論［M］.合肥:安徽教育出版社，2005，(8):3－4.

［2］朱漢華.尚秋全.楊建輝.公路隧道設(shè)計(jì)與施工新法及其應(yīng)用［M］.北京:人民交通出版社，2010，(5):11－12.

［3］王夢(mèng)恕.隧道與地下工程技術(shù)及其發(fā)展［M］.北京:北京交通大學(xué)出版社，2004，(4):36－37.