隧道特殊地質段預防坍方的技術措施

姜 萍

(象山縣交通運輸局，浙江 象山 315700)

隧道特殊地質段預防坍方的技術措施

姜 萍

(象山縣交通運輸局，浙江 象山 315700)

結合象山大金山隧道二期工程的實際情況，分析了該隧道出洞口段的地質特點，從鉆引排水孔、超前預報測試、提高初期支護強度等方面，闡述了預防該隧道特殊地質段坍方的措施，旨在確保隧道施工的安全性。

隧道，地質情況，初期支護，掌子面

1 工程概況

寧波市象山沿海南線大金山隧道(新建左幅長1 945 m，已建右幅長1 905 m)為雙向分離式隧道，是象山半島最南端石浦鎮東西連接的主要通道。新建左幅隧道的出洞口段設計按Ⅴ級圍巖施工的為81 m(明洞5 m除外)，其中洞口端部按長管棚施工的為36 m(支護襯砌類型為S5-2)，按超前小導管施工的為45 m(ZK3+444～ZK3+489區段的設計支護襯砌類型為S5-1)。從設計的此段地質縱斷面圖來看，大部分洞頂的碎石土及粉質黏土都有4 m～13 m厚覆蓋至表，洞頂只有約4 m的中風化凝灰巖，洞內的開挖斷面均為中風化凝灰質砂巖，節理發育，滲透水較多。此段隧道開挖斷面底層巖質是中風化和微風化交替。洞口的前36 m，雖然洞頂覆蓋層較薄，最厚處的碎石土及粉質黏土也有約10 m，但洞頂的中風化凝灰巖有約5 m厚，而設計是采用長管棚超前支護的。后續相連接的45 m段開挖斷面的洞頂碎石土、粉質黏土覆蓋厚有14 m左右，洞頂的中風化巖層有的也只有約4 m，并又有一條斷層破碎帶存在，開挖后的拱頂土體層負荷偏重，但施工時所采用的設計支護技術措施相對偏弱。

2 出洞口段的地質情況分析推測

此座全長1 945 m的分離式左幅新建隧道，和已建右幅隧道相隔約30 m，隧道開挖所穿過的山脈相同，也可以說縱向地質是基本相同的，所不同的就是兩個洞口，尤其是出洞口段，其洞口端部直接和高邊坡相連。所以此段是整個工程施工的重點和難點，出洞口段縱向地質圖引起了項目部QC——質量管理小組的高度關注。對此段地質情況作多方面調查和分析推測：

1)從此出洞口的所處位置地表來看，無明顯的凹凸現象，但從山脈走向和俯視來看，正處在山凹中。2)從較遠處的立面正向看也是大凹形(含已建右隧道出洞口)；仔細觀察就會發現，這個大凹中還有和左右幅隧道相隔的微山坡，呈微“W”形，都處在各自不同的微凹中；出洞口處右側(站在出洞口位置看)是和30多米高邊坡緊相連，而且坡度較陡。3)從設計的地質縱斷面圖的地層走向來看，是一個微“√”形。4)從地質鉆探點來分析推測，鉆探點在隧道出洞口的邊緣右側處，從地表來看，和隧道頂部地表相平(原是梯田)，但和右側洞口高邊坡相連較近；根據高邊坡山體的延伸(因出洞口隧道掘進10多米后的上臺階掌子面巖層走向及紋路和高邊坡處相吻合)，鉆探點應處在此坡度山體上，所以鉆探地質情況不能平移到隧道軸心線位置作設計唯一依據，應該以高邊坡山體巖層坡度平行斜推至隧道軸心線位置作依據為妥。

根據以上觀察、分析和地質推測，由表及里把它們結合起來的話，此段地質的巖土銜接處為“鍋”形，“鍋”中都是碎石土和粉質黏土，最高處有14 m以上，而且土體都處于飽和水的狀態，隧道掘進施工要穿過“鍋”底，風險極大。因為洞頂的中風化巖層較薄，有可能局部開挖斷面強風化圍巖和拱頂部的土體相連、洞頂的巖石也較破碎、有較嚴重的涌透水現象，無自穩能力，如支護措施不強，掘進開挖稍有不當，可能會出現泥石流式大坍方現象。

3 確保施工安全的相對應技術措施

按隧道工程新奧法施工的“短進尺、弱爆破、強支護”的原則，確保掘進安全穿過此地段，必須要設法減少此段洞頂土體的壓力；開挖進尺要盡量短，減少對圍巖的擾動，嚴禁二次爆破。要確保此段隧道工程施工的安全，必須要了解開挖前方掌子面的地質情況，根據不同的地質情況采用不同的技術措施，此段地質情況要了解的是前方開挖斷面的拱頂離碎石土層的厚度和掌子面圍巖的破碎程度。要充分估計到掌子面由地質因素引發的崩塌現象趨勢：

1)有水壓力的破碎圍巖主要是視水壓的大小和塊體的咬合程度而引發崩塌規模的大小。2)在沒有涌水的破碎圍巖中，隨開挖而松弛，失去平衡而崩塌。3)掌子面石質較好，拱頂圍巖裂隙發育，巖層薄而強度小，爆破后會產生大規模的崩塌。4)如拱頂都是無自穩能力的全風化土體，并局部侵入到開挖斷面內，出現大規模的崩塌可能性更大，甚至會出現冒頂現象(最有可能的在連續下雨的雨季)。

施工中一旦出現這種趨勢，就要及時處理，否則就難以收場。掘進的困難加重，所付出的代價更大。具體的工作技術措施如下：

1)因施工此段的時間是在梅雨季和臺風季(進洞已搶在梅雨季前)，首先在出洞口兩側仰坡處鉆引排水孔，盡可能把洞頂土體中的積水引排至洞口外。如引排水效果不佳，則開挖至臨近此地段時(進洞約30 m～35 m)作地質鉆孔超前探測，探測洞頂巖石厚度和土體中含水情況。如果出現涌水現象，要及時做好引排水處理之事。

2)隧道掘進按上下臺階法施工，為了保證上臺階掘進施工的安全順利進行，必須要進一步探明了解隧道前方的地質狀況，預先掌握圍巖的變化情況，對此段作較詳細的的地質雷達超前預報測試。雖然目前的雷達超前預報測試有局限性，對掌子面的正面表述也較模糊，準確度不高，但對掘進施工有一定的相應參考價值。近距離了解前方地質變化，還是要靠現場施工的爆破鉆孔和超前小導管鉆孔的實際依據為準。

3)建議提高此段原設計的初期支護強度，即單排小導管變更為雙排小導管，型鋼拱架間距從0.75 m變更為0.5 m。如設計、業主和監理暫時不同意，那么原則的前提是：在拱頂上有約3 m厚原定的Ⅴ級圍巖，是可以按原設計施工的。但如果拱頂圍巖小于2 m，而且局部和拱頂全風化土體相連，那么不管開挖掌子面的石質如何好，其施工的安全風險過大，開挖都很難進行。因為拱頂上的軟弱堆積土及破碎圍巖難以形成開挖后的承載拱，是對隧道開挖有很大影響的特殊問題。要確保施工安全，就必須對原設計的初期支護作變更，一定要提高初期支護的負荷強度。

4)如開挖掌子面拱頂部多處出現無自穩巖體，全風化黏土侵入開挖斷面(和頂部堆積土相連)，采用拱頂雙排超前小導管支護的措施也很難保證控制開挖斷面拱頂的穩定。因為鋼管下方的強風化和全風化巖土容易崩落，如果滲透水嚴重的話，就是及時初噴混凝土后也會突破下掉，所以必要時采用特殊的配套技術措施作加固處理(特殊的地質要用特殊的措施)，在隧道施工較成熟的、代表性的穩定拱頂的工法中綜合考慮提取相應的技術措施。有代表性的穩定拱頂和掌子面工法的分類列于表1。

5)根據長期隧道施工的經驗，掌子面掘進開挖方法的選擇，對選定穩定拱頂和掌子面的輔助工法有很大的影響。根據地質條件，在掌子面及拱頂不能獲得穩定的情況，設計時開挖多采用分割斷面的方法或縮短一次開挖進尺。但有時分部開挖或縮短進尺也不能取得良好效果，而采用大斷面開挖方法反而成功的例子也不少。這主要是因采用了相適應的各種輔助工法，提高了掌子面和拱頂的穩定性。此段地質的隧道掘進仍采用上下臺階法大斷面開挖施工，開挖的循環進尺控制在1.0 m(2榀鋼拱架)，爆破后清碴

之前必須及時先初噴混凝土，必要時增鋼筋網片加厚初噴混凝土，確保臨空圍巖的穩定，如在開挖中碰到土體層，有局部塌方現象，應立即采取相關措施封堵，根據坍方的具體實際情況，在拱頂部增加超前的其他配合支護，按預防坍方的技術措施來實施。

表1 穩定拱頂和掌子面工法的分類

4 結語

對這種洞口段表層覆蓋的堆積土較厚、還有較厚的碎石土、拱頂基巖極薄，又處在地形的凹處，而且有幾十米長度的隧道施工地段，必須要對該地段的地質情況作較詳細的分析推測了解，特別是針對拱頂基巖厚度的鉆孔探測。碰到特殊的地質情況，都要有相應的技術措施來對應。這次由于事先推測判斷準確、使用的技術措施非常有效，應該說整個隧道的重難點攻克施工是較順利成功的。確保隧道施工開挖斷面拱頂的穩定，掌子面超前支護是使用錨桿、鋼管、鋼筋等，沿隧道外輪廓以低角度打設的方式，防止掉塊，是加固掌子面前方圍巖、約束圍巖的方法。也可加設插板防止掉塊。任何隧道施工的超前支護，基本上都是借助構件的抗彎剛度發揮作用的，因此，采用抗彎剛度大的構件是有利的。

這次成功地運用了小導管和鋼筋的聯合超前支護，主要增加了拱頂的斜錨桿和超前水平交叉鋼筋錨桿，加大了抗彎剛度大的構件密度，同時也提高了拱頂全風化粉質土下墜的阻擋密度(有替代鋼插板之意)。由于及時處理小坍方及布設鋼筋網加厚初噴混凝土，和超挖部分一同形成受力承載拱，為下一步的常規支護施工打下較好基礎，此方法也適用于隧道洞內的極破碎斷層帶地段施工。

[1] 劉 方.某隧道坍方處理措施[J].現代物業(上旬刊)，2011(3)：82.

[2] 易麗萍.現代隧道設計與施工[M].北京：中國鐵道出版社，1997.

[3] 袁 杰.灣田3號隧道特大塌方段處治方案設計[J].中國水運(學術版)，2006，6(12)：72.

Technical measures for special geological section of tunnel collapse prevention

Jiang Ping

(TransportBureauofXiangshanCounty,Xiangshan315700,China)

Combining with the actual situation of Xiangshan Dajinshan tunnel two phase of engineering, this paper analyzed the geological characteristics of the tunnel portal section, from the drill drainage hole, advanced prediction test, improvement of initial support strength and other aspects, elaborated the measures prevention of special geological section tunnel collapse, to ensure the safety of tunnel construction.

tunnel, geological condition, initial support, tunnel face

1009-6825(2017)01-0170-02

2016-10-21

姜 萍(1980- )，女，工程師

U456.33

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