淺談不良地質(zhì)區(qū)淺埋隧洞的開挖支護(hù)設(shè)計

文/曹彥斌 中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司 湖南長沙 410014

謝潔方 湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南株洲 412000

李亦桉 中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司 湖南長沙 410014

某國家石油儲備地下水封洞庫工程位于廣東省湛江市，設(shè)計庫容500 萬方。庫區(qū)內(nèi)工程由地下結(jié)構(gòu)工程、地上生產(chǎn)區(qū)及輔助生產(chǎn)設(shè)施等組成，其中地下工程主要由主洞室群、豎井、水幕系統(tǒng)及施工巷道組成。施工巷道共布置3 條城門洞型主施工巷道，凈斷面尺寸為9.0m×8.5m（寬×高）。

工程于2014年12月開工，主③施工巷道總長約1.1km，主③0-150.000m～主③0 ±000m 段為不良地質(zhì)區(qū)淺埋段，地形地質(zhì)條件較復(fù)雜，施工難度大。本文對設(shè)計思路及過程進(jìn)行探討，并提出合理設(shè)計方案。

1、地質(zhì)條件

主③施工巷道典型淺埋不良地質(zhì)區(qū)有以下主要兩段：

（1）樁號主③0-150.000m～主③0-060m 段為“半土半石段”，埋深約為15m～20m；洞室頂部主要為殘積砂質(zhì)粘性土，局部為全風(fēng)化片麻狀花崗巖，可塑～硬塑，遇水易軟化、崩解；洞底主要為中風(fēng)化片麻狀花崗巖，洞室圍巖主要為V 級巖體。殘積砂質(zhì)黏性土為含水層，地下水位線位于洞頂6m～10m 以上。

（2）樁號主③0-060.000m～主③0 ±000m 段為“全土洞”段，隧洞埋深約為11m～13m，小于一倍洞徑。巷道右側(cè)沖溝寬闊。洞室頂部為殘積砂質(zhì)粘性土和全風(fēng)化片麻狀花崗巖，可塑～硬塑，遇水易軟化、崩解；洞室底部為全～強(qiáng)風(fēng)化片麻狀花崗巖，洞室圍巖主要為V級巖體。地下水位線位于洞頂6m～10m 以上，殘積砂質(zhì)黏性土和全～強(qiáng)風(fēng)化片麻狀花崗巖為含水層，全風(fēng)化在地下水位以下。

2、設(shè)計思路

按照新奧法進(jìn)行隧洞設(shè)計,設(shè)計分為兩個階段：施工前預(yù)設(shè)計階段和信息反饋修改設(shè)計階段。設(shè)計的主要方法是：工程類比法,再通過現(xiàn)場監(jiān)控量測確認(rèn)和修整，遵循“管超前、禁爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、緊襯砌”的原則組織施工。

3、施工前設(shè)計

本段隧洞上覆厚度約為11m～20m，按照淺埋隧洞進(jìn)行設(shè)計。參考類似工程的成功經(jīng)驗，采取地面垂直注漿、大管棚、小導(dǎo)管預(yù)注漿等多種輔助措施加固圍巖土體，設(shè)計方案簡要說明如下：

（1）洞室開挖前先從地表鉆孔（φ100），對洞室兩側(cè)土體進(jìn)行注漿加固，范圍為樁號0-150m 至0+000m，每側(cè)各2 排，間排距為2m，最內(nèi)側(cè)一排距離巷道外側(cè)開挖邊線1m，孔底位于巷道開挖底板以下不少于2m。

（2）完成地表注漿后即進(jìn)行大管棚施工，大管棚采用φ133 ×6mm 鋼管，長度20m，布置范圍為側(cè)墻上半部和頂拱，間距0.4m。開挖至樁號0-122.644m 處脫離大管棚范圍后，在隧洞頂拱范圍內(nèi)采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿，小導(dǎo)管采用φ50 ×3.5mm 鋼管，長度4.5m，環(huán)向間距0.4m，軸向間距3m。

（3）開挖完成后即初噴C25 混凝土厚0.05m，砂漿藥卷錨桿φ25@1m×1m，鋼筋網(wǎng)φ8@0.15m×0.15m，鋼拱架I18@0.5m，噴C25 混凝土厚0.2m。初期支護(hù)完成后進(jìn)行即進(jìn)行襯砌混凝土施工，厚度為0.5m，為C25 混凝土。

（4）監(jiān)側(cè)點(diǎn)沿隧洞縱向拱頂和墻中部每5m各設(shè)一個測點(diǎn),監(jiān)測拱頂下沉及收斂；地表下沉監(jiān)測點(diǎn)沿底板中線每5m 設(shè)一個。

4、現(xiàn)場信息反饋及相應(yīng)設(shè)計方案調(diào)整

4.1 樁號主③0-060.000m～主③0±000m 段支護(hù)方案的調(diào)整

隧洞開挖過程中，實(shí)際開挖揭露的地質(zhì)條件與地勘單位提供的地質(zhì)資料相差較大，在開挖主③0-150.000m～主③0-060m 洞段的過程中，發(fā)現(xiàn)基巖面隨著掘進(jìn)的深入有降低趨勢，經(jīng)補(bǔ)充勘察驗證，樁號主③0-060.000m～主③0 ±000m 段為“全土洞”段。

為降低開挖支護(hù)過程中頂拱塌方的風(fēng)險，對該段增加頂拱管棚措施，管棚采用φ89 鋼管，長度10m，環(huán)向間距0.4m；為防止支護(hù)失穩(wěn)，避免結(jié)構(gòu)整體下沉，在底部增設(shè)仰拱，并與支護(hù)結(jié)構(gòu)連接閉合成環(huán)，形成整體。

4.2 主③0-030.000m～主③0-020.000m 巖脈及地表沉陷處理

根據(jù)監(jiān)測資料，主③0-030.000m 樁號、主③0-030.000m～主③0-020.000m 段地表沉降達(dá)15cm，巷道兩側(cè)的鋼管樁向內(nèi)變形，施工中管棚滲水量達(dá)14L/min，開挖上臺階時出現(xiàn)過頂拱坍塌的現(xiàn)象。為加固洞頂土體，堵塞大的滲水通道及可能存在的空腔，減小地表沉降對巷道開挖帶來的安全風(fēng)險，在該段地表進(jìn)行固結(jié)灌漿，采用φ89＊4.5mm 鋼花管注漿加固，間距2m×2m，沿洞徑范圍布置，孔深距巷道中管棚以上30cm。在實(shí)際開挖該段巷道的過程中，根據(jù)監(jiān)測資料，該段地表沉降趨于穩(wěn)定，頂拱固結(jié)效果達(dá)到預(yù)期。

4.3 施工過程中隧洞變形量較大

根據(jù)監(jiān)測資料，巷道已開挖和臨時支護(hù)完成的洞段頂拱沉降較大，最大累計達(dá)20cm，兩側(cè)直墻收斂明顯，中下臺階分界處最大累計達(dá)30cm。現(xiàn)場要求施工單位做出以下措施：加強(qiáng)鋼拱架底腳的支撐，設(shè)置水平槽鋼、增加鎖拱錨桿等，同時避免支撐腳坑洼積水；在變形較大處增設(shè)隨機(jī)支護(hù)措施等，加快仰拱與二襯的施工進(jìn)度，嚴(yán)格根據(jù)《隧道安全施工九條規(guī)定》及相關(guān)規(guī)范要求控制各工作面之間的間距。在采取以上措施后，巷道變形趨于穩(wěn)定。

5、小結(jié)與思考

（1）不良地質(zhì)區(qū)淺埋隧洞是一種特殊條件下的隧洞,設(shè)計時應(yīng)充分認(rèn)識其特點(diǎn),根據(jù)其特點(diǎn)和運(yùn)行工況慎重選擇支護(hù)類型和參數(shù)及輔助施工措施。

（2）不良地質(zhì)區(qū)淺埋隧洞設(shè)計時，做好施工前地質(zhì)調(diào)查；施工過程中，及時察看隧洞圍巖情況,收集、整理和分析現(xiàn)場地質(zhì)情況和監(jiān)控量測信息,以確定預(yù)設(shè)計是否合理,并根據(jù)實(shí)際情況，及時修改設(shè)計參數(shù)。

（3）主③施工巷道開挖后，頂拱及邊墻變形值均較大，要求在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及設(shè)計要求施工，減少掌子面暴露時間，及時支護(hù)穩(wěn)定后進(jìn)行下一循環(huán)的開挖，同時，應(yīng)協(xié)調(diào)好二襯施工與掌子面掘進(jìn)之間的干擾。

（4）該洞段變形量較大，使襯砌混凝土無法按照設(shè)計要求的尺寸施工。在后續(xù)設(shè)計及其他類似工程中，在不考慮現(xiàn)場施工因素的情況下，應(yīng)如何盡量避免因水文、地質(zhì)等客觀條件引發(fā)的隧洞變形，值得探討。