地下暗挖專項施工中不良地質段的處理預案分析

鄭敬云　夏平華

(浙江省圍海建設集團股份有限公司, 浙江 寧波　315040)

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地下暗挖專項施工中不良地質段的處理預案分析

鄭敬云夏平華

(浙江省圍海建設集團股份有限公司, 浙江 寧波315040)

淺埋暗挖技術是以加固和處理軟弱地層為前提，通過選用合理的開挖方式，來保證施工安全和控制地面沉降。同時具有靈活多變、造價低、隧道結構強度高等優點。本文結合具體工程實例，重點分析了暗挖技術在地下不良地段的應用。

地下暗挖專項施工； 不良地段； 處理預案

隨著地下工程的不斷增多，工程建設中的經濟、安全、環保、耐久等因素越來越受到重視，其中又以安全最為重要[1]。地質條件是暗挖施工設計的基礎資料。在施工過程中，要把地質預報納入工程施工工序，做到提早防、提前防。在設計方案審查階段，針對不良地質地段，應在地質詳細勘察或補充勘察的基礎上，結合斷面形式、規范、工程類比和必要的結構計算對設計方案進行審查，同時結合類似地質條件下已開挖隧道的施工經驗，修正設計方案，編制專項施工方案。

1　工程概況

浙江省杭州市第二水源千島湖配水工程3標道施工過程中遇到了部分不良地質段，如不穩定的砂質泥巖、粉砂巖等薄層；圍巖強度不足，局部穩定性差；部分洞段斷裂構造發育等。隧道開挖時頂拱常有坍落，邊墻也產生失穩現象，局部還有較大變形破壞的可能。因此需要進行預案處理以確保施工安全。

2　工程特點

a.要求洞內運輸設備容量大、運輸能力大，如此可以減少工序銜接時間；但同時又要求運輸設備橫截面小、機動性強，減小與洞內其他設施之間的干擾。

b.該標段隧洞斷面襯砌后凈空斷面較小，洞身襯砌為全斷面一次成型，因此難以組織開挖與襯砌實施平行作業。

c.若采取洞身開挖完成后再進行混凝土襯砌，則從洞身開挖成型到混凝土襯砌完成間隔時間過長，期間為確保洞身圍巖穩定，需加強日常監控量測，及時對洞身變形地段采取臨時補強支護措施。

施工過程中，由于地層損失而引起的地面移動明顯，對周邊環境的影響較大。因此，對各種開挖、支護襯砌提出了更高的要求，施工難度增加。所以，如何有效控制地下工程施工擾動誘發的地面移動變形，成為該次工程設計與施工研究的重點和難點。為了達到及時支護、防止地層沉降的目的，必須采用復合式襯砌結構形式，即初期支護結構由噴、錨、網、鋼拱架組成；當初期支護完全穩定后，再敷設防水隔離板，施加二次模筑混凝土或鋼筋混凝土襯砌，以下就工程風險及施工進行詳細分析。

3　施工風險控制分析

3.1不良地質條件的控制措施

a.隧道塌方防范措施。塌方是隧道暗挖法施工中最常見的一種風險。施工過程中需根據施工現場的實際情況對施工專項方案進行動態管理，必要時調整施工方案，做到工序緊湊，不跨工序施工，及時封閉，確保每道工序的施工質量。

堅持“以地質為先導”的原則，采用掌子面地質素描、地質雷達物探等手段超前預報地層情況，時刻掌握隧道的地質狀況，異常地質地段要有特殊的超前支護、初期支護措施和開挖方法。嚴格控制每循環進尺，開挖成型后及時進行初期支護，確保工序銜接，盡早施作仰拱并及時封閉成環，以改善受力條件，對特殊地段縮小鋼格柵的間距，加強初期支護。切實做好隧道注漿堵水工序，防止地下水流失或因涌水造成的塌方事故。

b.隧道冒頂、片幫處理措施。冒頂是隧道暗挖法施工比較常見的一種風險。發生隧道冒頂、片幫時應立即上報，并馬上組織調配搶險機械設備、搶險物資及人員，進行搶險；當險情危及設備(地面、地下)、車輛及人身安全時，人員及設備要撤離危險區，設置警戒線，防止其他人員或社會車輛進入危險區域。

3.2超前支護的風險控制措施

對于圍巖自穩時間小于初期支護完成時間的地段，應根據地質條件、開挖方式、進度要求、使用機械情況，對圍巖采取錨桿或小導管超前支護、小導管周邊注漿等安全技術措施。當圍巖整體穩定難以控制或上部有特殊要求時，可采用大管棚支護。

采用超前錨桿支護時，一般宜采用鉆孔注漿錨桿支護，其孔位布設、長度、夾角、材料規格、錨桿預加拉力等參數應符合設計要求。注漿時需要檢查支護狀態，如發現異常狀況應立即采取相應的措施進行處理，異常狀態消除后方可恢復注漿。

4　洞挖施工方案及處理預案

4.1隧洞開挖總體方案

鉆爆法施工工藝流程圖

隧洞開挖采用鉆爆法(工藝流程見下圖)。該標段圍巖主要為Ⅱ～Ⅳ類圍巖，擬采用全斷面一次開挖，光面爆破。采用直線型掏槽，按設計開挖輪廓線布置周邊炮眼，間距為45～55cm，輔助眼間距為50～70cm。工作面同時開動多臺YT-28型氣腿式鑿巖機鉆眼作業。2號巖石硝銨炸藥(有水地段采用乳化炸藥)，周邊眼采用中φ25光爆小藥卷，7號紙雷管簇聯非電毫秒導爆雷管起爆。

4.2斷層地段處理方案

斷層地段的施工難度主要在于斷層的性質以及斷層破碎帶的狀況。此外斷層地段處理方案的設計還受到施工過程中圍巖破壞程度、施工技術措施選取是否得當等因素的影響。

結合以上分析，該次斷層地段的處理方案最終設計為，對于斷層帶內充填松散顆粒或斷層泥時，采用先拱后墻法；對于斷層內涌現大量水時，采用排堵結合的處理措施。當隧洞軸線與構造線垂直時，隧道穿過破碎帶的長度減小，斷層規模和含水量都較小，可隨挖隨撐；若隧洞軸線平行于構造方向時，應及時進行封閉，并加強拱墻襯砌[2]。

4.3隧洞涌水處理方案

根據隧道用水量的多少，所采用的處理措施也不相同。一般來說如果滲水量不大時，可采用加強拱墻襯砌結構，并在拱部襯砌厚度外增設排水設施，進行堵排相結合的處理方法。若涌水量較大，可采用劈裂注漿固結法施工。其具體工藝流程如下：

a.止漿。止漿巖盤的選取一般為完整巖層頂面5m，如果基巖節理發育，應設置3m左右的止漿墻來防止圍巖破碎對工程的影響，止漿墻的墻身應嵌入圍巖。

b.鉆孔。開鉆時，先低速低壓，待成孔幾米后，再加速加壓；鉆孔時，必須根據鉆機定位后定下來的基線，隨時檢查鉆孔方向的準確性。

c.注水試驗。成孔后數分鐘，向孔內注水，水從鉆孔向周圍巖土層滲透，在此期間進行吸水量的測定。試驗中需要注意：注水前應清除孔內巖粉，注水量由小到大，源源不斷，當水位到達設計高度時應控制注水量；穩定動水位的允許誤差為±5cm。

d.注漿方法。采用全孔一次注漿，其優點是一次鉆孔。一次完成注漿，減少安設、起拔止漿塞等工序時間，以加快注漿堵水施工進度。其缺點是為保證注漿質量，需采用高壓注漿來保證孔下部漿液的擴散距離，全長注漿材料消耗大。

5　施工方法及技術措施

5.1爆破施工

a.炮眼數目。炮眼數目的多少直接影響每一循環鑿巖工作量、爆破效果、循環進尺、隧洞成型的好壞以及爆渣塊度的大小。暫按式(1)計算炮眼數目，在施工中，根據具體情況再作調整，以達到最佳爆破效果。

炮眼數目N，按式(1)計算：

(1)

式中s——開挖面積；

r——每米長度炸藥的重量，粉乳炸藥r=0.75kg/m;

η——炮眼裝藥系數，取η=0.75;

q——炸藥單耗量，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ圍巖炸藥單耗量見下表。

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Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ圍巖炸藥單耗量表

b.每個炮眼的裝藥量。

一是掏槽眼，其計算公式如下：

(2)

式中η——炮眼裝藥系數，取η=0.85;

L——眼深，L=3.0m;

r——每米長度炸藥量，r=0.75kg/m。

經計算Q1=1.91kg,取Q1=1.91kg(不同巖層有調整)。

二是輔助眼，計算公式為：

Q2=ηL r=0.75×2.5×0.75=1.40kg,取Q2=1.40kg。

周邊孔間距：a=(15～10)d=(15～10)×43mm=645～430mm。

密集系數：m=a/W=0.65～1.0，Ⅱ～Ⅲ類可選為0.8～0.7。

最小抵抗線:W=600～400mm。

經過詳細計算，該工程支洞掏槽眼數量為18個，輔助眼48個，周邊眼33個，底板眼11個，其中周邊眼采用φ25×300mm小藥卷，其余炮眼采用φ32×200mm粉乳，有水炮眼采用乳化炸藥。底板眼可在實際施工中再進行局部試驗調整。

5.2管棚施工

支洞洞口管棚采用KQJ100B潛孔鉆鉆孔，孔徑120mm。灌漿鋼管管徑108mm，管壁厚6mm，管壁鉆小孔成“花管”，管頭焊接錐形悶頭，管尾接連接頭，封堵孔口段小孔。灌漿采用MZ-1注漿機進行，灌漿順序為先兩側后頂部，先灌較低的孔，后灌較高的孔。鉆孔時，必須根據鉆機定位后定下來的基線，隨時檢查鉆孔方向的準確性，并要根據地質情況選擇不同的鉆頭，當遇到堅硬孤石不能鉆進或鉆進困難時，用沖擊鉆頭把巖石擊碎，并用高壓風將石屑吹出；當遇到稍軟的巖石時，可用合金鉆頭鉆進。鉆孔過程中發現巖土對管壁的阻力較大，前段開孔用D125mm的鉆頭，后段根據鉆進需要使用D110鉆頭終孔，以便容易頂入鋼管。灌漿采用1∶1水泥砂漿，灌漿壓力控制在0.5～1MPa以內。具體施工方法：KQJ100B潛孔鉆鉆孔，隨著孔深的增大，需要對回轉扭矩、沖擊功率及推力進行控制和協調，尤其要嚴格控制推力，不能過大。將鋼管安放在管棚鉆機上后，對準已鉆好的引導孔，低速推進鋼管，其沖擊力控制在1.8～2.0MPa，推進壓力控制在4.0～6.0MPa。

5.3超前小導管施工

利用YT28型氣腿式手風鉆鉆孔，注漿、插錨需簡易平臺車配合，用YT28型氣腿式手風鉆帶套筒插錨。小導管采用孔徑42mm、壁厚4mm的熱軋無縫鋼管加工制成，鋼管前端加工成錐形，尾部焊接φ6鋼筋加勁箍，管壁四周鉆φ6壓漿孔。

小導管鉆孔仰角10°～15°，深度為4m，環向間距40cm，水平搭接不小于150cm。超前小導管應從格柵鋼架腹部空間穿過，插入已鉆好的孔中，尾端與鋼架焊接，連為一體。灌漿采用1∶1水泥漿，初始灌漿壓力0.2～0.3MPa，終壓1～1.5MPa，注漿前應噴射4cm厚混凝土封閉工作面，以防漏漿。

超前小導管注漿補強技術參數：采用水泥-水玻璃漿液，漿液配合比同長孔注漿；以定量注漿為主，每根小導管注入量為200L。

6　結　語

通過本文分析可知，地下隧道工程因開挖面較大，很易發生變形及坍塌事故，淺埋暗挖法施工必須要嚴格控制施工質量和施工工序。同時施工過程中要注意進行取樣檢查、注漿前后注水量比較、測定注漿滲透狀態和固結狀態等工作，以確保施工安全與施工質量。

[1]韓潤波.淺埋暗挖法隧道施工風險評估系統研究[D].北京：北京交通大學，2013.

[2]姚宣德.淺埋暗挖法城市隧道及地下工程施工風險分析與評估[D].北京：北京交通大學，2009.

Analysis on treatment plan of bad geological section in underground excavation special construction

ZHENG Jingyun, XIA Pinghua

(Zhejiang Reclaim Construction Group Co., Ltd., Ningbo 315040, China)

Shallow-buried underground excavation technology has precondition of reinforcing and processing weak formation. Reasonable excavation method is selected to ensure construction safety and control land subsidence. Meanwhile, the technology has the advantages of high flexibility, low cost, high tunnel structure strength, etc. In the paper, concrete engineering examples are combined for mainly analyzing the application of underground excavation technology in bad underground section.

underground excavation special construction; bad section; treatment plan

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.005

TV554

A

1005- 4774(2016)08- 0016- 04