復雜巖溶地質條件下的隧道施工與風險防范

劉 炳 東

(浙江交工宏途交通建設有限公司，浙江 杭州 310002)

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復雜巖溶地質條件下的隧道施工與風險防范

劉 炳 東

(浙江交工宏途交通建設有限公司，浙江 杭州 310002)

簡述了復雜巖溶條件下隧道作業的風險防范要點，介紹了隧道施工現場監控量測的主要內容，并從洞口與明洞施工、洞身開挖、斷層破碎帶施工等方面，提出了隧道施工過程的風險防范措施。

隧道，巖溶地質，監控量測，風險防范

0 引言

貴州省位于我國西南地區，山高坡陡，一年四季雨水充沛，復雜多變的層積巖與喀斯特地質地貌，為該地區形成了一道亮麗的風景線。然而，深埋的巖溶地質會給公路隧道施工帶來各種麻煩，如溶洞內大小不一的填充物外涌、掌子面泥水四溢、掉塊、坍方、冒頂等安全隱患。因此，復雜巖溶地質條件下的公路隧道施工，需要制定科學合理且有效的施工方案。

余慶至安龍高速公路羅甸至望謨段工程是《貴州省高速公路網規劃》“6橫7縱8聯”中的“第六橫”——余慶至安龍高速公路的重要組成部分，同時也是貴州省高速公路三年建設會戰項目之一。路線全長75 km，雙向四車道，設計時速80 km/h，路基寬24.5 m，汽車荷載為公路Ⅰ級。

筆者所在項目為LWTJ-2標段，起于羅甸縣逢亭鎮賴村北東側，起點樁號K8+874，終點樁號YK17+580。該標段共有隧道2處，分別為林納隧道和羅蘇一號隧道，總長2 217 m，由地質勘探可知，該項目穿越地層巖性復雜，構造發育，主要表現為崩塌、滑坡、危巖、巖堆、不穩定邊坡等不良地質條件，其中巖溶較為常見，多表現為溶巖、溶腔、裂隙和裂谷等產狀，地理條件復雜，地質條件差，雨水多，隧道施工難度大，安全要求極高。

1 復雜巖溶地質條件下隧道作業的風險防范作業要點

為確保復雜巖溶地質條件下隧道施工的安全可靠，按照“新奧法”原理，隧道以堅持勤量測、嚴注漿，管超前，弱爆破，短進尺，強支護，早封閉的原則進行，遵循“先探后挖、支護在先”的施工程序，穩步推進。

初期支護：可采用工字鋼拱架(或鋼筋格柵)，徑向錨桿，鋼筋網及噴射混凝土組成，拱架、錨桿及鋼筋網之間采用縱向鋼筋相接，并與巖面緊密貼合。

二次襯砌：在淺埋及洞口加強段采用鋼筋混凝土結構，以確保隧道支護結構的安全，隧道的主要輔助施工措施可采用超前大管棚、超前小導管。超前大管棚設于隧道兩端洞口，超前小導管用于Ⅴ級圍巖及Ⅳ級圍巖較差地段。

2 全面監控量測，及時數據分析

隧道的監控量測是“噴錨”施工的一項重要內容，它既能確保隧道的安全操作，也能為圍巖的動態支護提供可靠數據，還能為隧道設計與施工積累豐富的技術資料，因此必須做好此項工作。

如表1所示，根據本項目隧道具體條件，定期進行隧道圍巖變形量測、應力—應變量測和圍巖支護效果分析與穩定性分析。

2.1 關注凈空收斂監測

表1 施工現場隧道監控量測一覽表

表2為林納隧道在初期支護后的監控量測樣本，樣本中的凈空收斂量測是隧道風險防范的一項重要檢測指標，通過定期監測斷面的凈空收斂數據，包括變化速率與累計變量值，通過對所觀測數據的分析研究，能夠全面掌握圍巖變形的穩定情況，同時也為復雜巖溶地質條件的隧道施工及時調整支護參數，以及在隧道二次襯砌施作時間提供可靠的數據。

2.2 隧道的支護情況觀測

及時觀測隧道施工過程中的支護情況，觀測內容包括開挖面的自穩性與附近自穩性，校核圍巖與圖紙是否有出入，初期支護的結構受力狀況及是否出現破損等情況。每次爆破后應對掌子面進行嚴密監視，特別是軟弱圍巖，要實時地質勘查，觀察后做好相關記錄，并整理保存。

2.3 洞內地質超前預測預報

表2 林納隧道凈空收斂監測成果(樣本)

洞內超前地質預報是富水巖溶地層隧道施工中的重中之重，通過科學的超前預報，可以最大限度的避免施工中可能出現的一切地質風險。圖1為施工項目部采用的洞內地質超前預測預報程序。本項目所施工隧道為長大隧道，所處地段地質的熔巖發育，地層破碎，地下水發育，因此，施工所采用的超前預報手段長短結合，以較長距離的預報作為宏觀控制，中短距離的預報作為調整準確度的依據，確保超前預報的結果準確可靠，降低風險。

3 施工過程的風險防范

復雜巖溶地質條件下的Ⅴ級、Ⅳ級圍巖可采用先超前預支護后開挖：Ⅴ級圍巖洞口段優先采用“φ108大管棚+注漿”預支護，洞身其他地段可采用“超前小導管+注漿”預支護；Ⅳ級圍巖采用“超前砂漿錨桿”預支護。洞內采用液壓錨桿鉆車鉆眼、裝載機裝碴，自卸汽車運碴至棄碴場；襯砌采用液壓臺車施工，墻拱一次澆筑，混凝土攪拌運輸車運送，高壓泵送混凝土入模。洞內附屬溝槽、路面工程以及裝修在二次襯砌完成后進行。

寧都縣位于江西省東南部，東經115°40′20″至116°17′15″，北緯26°05′18″至27°08′13″之間，東鄰石城、廣昌，西與永豐、興國交界，南接于都、瑞金，北與樂安、南豐、宜黃毗連。寧都縣東西寬61 km，南北長117.2 km，土地總面積40.53萬hm2，其中林業用地面積30.09萬hm2，有林地面積27.76萬hm2，森林覆蓋率71.3%。

3.1 洞口與明洞施工

如圖2所示，明洞及洞門施工包括洞口土石方開挖、排水系統、洞門、明洞、坡面防護以及洞口的輔助工程等施工。明洞工程按圖紙設計先施工完成，以減少干擾，并保證安全，為加速隧道施工創造條件。

3.2 洞身開挖

根據隧道施工掘進過程中溶巖的地質狀況，當為Ⅴ級圍巖時，洞口段采用“大管棚+注漿”超前預支護，洞身段采用“小導管+注漿”超前預支護，環形預留核心土施工，如圖3所示。

首先，開挖上部弧形導坑，即先在拱頂超前支護后掘進，進尺不得超過1 m，環向開挖上部的弧形導坑，預留核心土塊3 m～5 m，寬度約為隧道寬度的30%～50%。開挖面應及時噴涂混凝土(厚8 cm)，做好系統支護、架設鋼架、打設鎖腳錨管，鎖腳錨管要緊貼鋼架兩側邊沿，角度為向下30°，鎖腳錨管與鋼架應牢固焊接。

其次，左、右側的下臺階開挖，開挖進尺控制在1.5 m～3 m，左、右側臺階要錯開2 m～3 m。

為盡量減少爆破對隧道洞身的影響，施工過程中當遇到不良地質情況時，可采用淺孔爆破、注漿加固等措施，靈活掌握隧道的進尺；同時，對爆破孔位布設和炸藥用量應精準設計，管理到位。總之，隧道在掘進、支護、封閉過程中應閉合成環，盡量減少對開挖圍巖的擾動，最終實現隧道的安全貫通。

當Ⅳ級圍巖時，可采用“超前錨桿”預支護，采用上下臺階法開挖。臺階法開挖臺階長3 m～5 m，采用鑿巖機鉆眼，塑料導爆管非電起爆系統，毫秒微差有序起爆，預留光爆層爆破。下半斷面采用鑿巖臺車鉆眼，光面爆破。上臺階采用人工配合小車出碴至下臺階，下臺階由裝載機裝碴或挖斗裝碴機出碴，自卸汽車運碴。施工時嚴格控制開挖斷面，不欠挖，少超挖；量測工作必須及時，當發現異常情況，應立即進行仰拱封閉，如圖4所示。

3.3 斷層破碎帶施工

斷層破碎帶處往往存在大量涌水、涌泥或大規模坍塌危險，施工的風險防范措施極其重要。一方面需優選施工方案，采取切實可靠的措施來處理不良地質。比如，當斷層地段出現大量涌水時，可采取預注漿止水、排堵結合；同時要求各施工工序之間的距離盡量縮短，并盡快全斷面襯砌，減少巖層暴露。斷層地帶的超前支護、初期支護寧強勿弱，并應經常檢查加固。另一方面，加強地下水處理，或通過鉆孔將地下水集中匯流引入排水溝或集水井，或進行固結灌漿處理。

4 結語

通過不斷摸索、深入研討隧道在各階段的風險防范與技術攻關，我項目部的二處隧道最終順利貫通，得益于較為科學合理的施工風險控制關鍵技術，取得了很好的經濟效益與社會效益。筆者認為，此類復雜地質條件下隧道的風險防范關鍵技術可歸納為以下4點：

1)優化隧道超前地質探測，及時數據分析，為初期支護提供了可靠的數據資料。施工過程中的任何塌方和冒頂都有前兆，如洞內掌子面掉快、初支混凝土的裂紋和掉塊、觀測點沉降變化異常等等，通過采用地質調查法+物探法+超前鉆探法等檢測措施，通過數據實時分析，及時調整施工工藝并提高支護參數，確保施工安全可靠。

2)重視隧道施工的初期支護。短開挖，快支護，是隧道施工的基本要求，通過管棚、系統錨桿、超前小導管等措施，按照規定頻率觀測沉降與收斂值，為隧道施工的初期支護提供基礎數據。

3)加強隧道頂部地表和洞內沉降觀測。在開挖下臺階、特別在開挖仰拱時，沉降值和收斂值變化較為復雜，這時候的風險防范非常重要。

4)必要時，及時對隧道頂部的地表水進行截、堵、引、排，可以非常有效的減少地表水下滲對隧道施工產生的不利影響。實踐表明，處理后的洞內滲漏水明顯減少，大大減少了隧道施工中塌方現象的發生，提高了隧道施工的安全性。

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The tunnel construction and risk prevention in complex karst geological condition

Liu Bingdong

(ZhejiangJiaogongHongtuTrafficConstructionLimitedCompany,Hangzhou310002,China)

This paper discussed simply the risk prevention key points of tunnel work under complex karst conditions, introduced the main content of monitoring and measurement of tunnel construction site, and from the opening and open cut tunnel construction, tunnel excavation, fault fracture zone construction and other aspects, put forward the risk prevention measures in tunnel construction process.

tunnel, karst geology, monitoring and measurement, risk prevention

1009-6825(2017)14-0159-03

2017-03-06

劉炳東(1973- )，男，高級工程師

U455

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