淺埋復雜地質隧道圍巖開挖技術

1、<p>　　淺埋復雜地質隧道圍巖開挖技術</p><p>　　摘要：本文根據(jù)淺埋地質隧道圍巖的開挖復雜情況，針對隧道施工的全過程，如何保證在開挖過程中圍巖的穩(wěn)定，確保施工的安全與經濟進行了論述。 </p><p>　　關鍵詞：淺埋 隧道 圍巖開挖 </p><p>　　Introduction: this article according to the

2、shallow geological complexities of surrounding rock of the tunnel excavation, the whole process of tunnel construction, how to guarantee the stability of surrounding rock in the excavation process, ensuring security and

3、economic construction have been addressed. </p><p>　　中圖分類號： TU94+1 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p>　　淺埋復雜地質隧道開挖是隧道施工中重點工序，同時也是較難控制的施工工序。由于隧道處于淺埋地段，洞身埋深淺，圍巖的自穩(wěn)性較深埋段差，又由于地下水、風化等自然因素的作用，導致洞身及以上部位的圍巖風化、破碎較嚴重

4、。而且地表沖溝發(fā)育，堆積土、夾層土等現(xiàn)象不可預見。綜上所述種種原因，導致淺埋段隧道的開挖成為普遍性的難題。 </p><p>　　為有效的控制淺埋隧道破碎圍巖的超挖，保證開挖過程中安全施工，本文就某某高速公路穆陵關隧道采用的措施，談談對此問題的認識。該隧道為雙洞隧道，單洞全長750米，最大埋深42米，大部分段落埋深在20-30米之間。洞口進洞段約10米范圍埋深在2-4米之間，屬于典型的淺埋隧道。由現(xiàn)場的鉆孔探測資

5、料分析，該隧道所處的位置存在有斷層及構造破碎帶發(fā)育，導致該隧道有近40米的長度范圍處于斷層破碎帶內，區(qū)域穩(wěn)定性較差。該隧道為高速公路隧道，開挖跨度和開挖斷面積均較大，在洞口Ⅴ級圍巖地質中，開挖斷面面積達到190平方米。 </p><p>　　針對以上情況，為了保證安全施工，同時保證隧道的超挖控制在規(guī)范允許的范圍之內，采取了如下幾個控制措施： </p><p>　　一、嚴格按設計要求做好洞口

6、部分的施工 </p><p>　　洞口部分包括明洞的開挖與支護，洞口邊仰坡的開挖與支護及進洞前的超前支護的施工。明洞及洞口邊仰坡的開挖要嚴格進行放樣，按放樣的邊界線及設計的坡度進行開挖，盡量減少超挖，禁止出現(xiàn)欠挖現(xiàn)象。開挖完成后，盡快對坡面進行掛網、噴錨支護，減少開挖面的暴露時間，保證邊坡的穩(wěn)定，便于后續(xù)工作的展開。 </p><p>　　根據(jù)圍巖的破碎情況及設計要求，進洞前要先行做好大管

7、棚超前支護，在管棚支護的保護下進行暗洞的各項施工作業(yè)。在明洞開挖至設計輪廓線驗收合格后，進行大管棚的放樣定位工作，在圍巖體上用鮮明的顏色標注每個管棚的位置。為保證每個管棚的位置準確，外插角度符合設計的要求，先要施工便于定位管棚的套拱。套拱施工時，按設計要求的角度預埋套拱施工的定位鋼管，每個定位鋼管的位置要與圍巖體上的標注位置一致，角度符合設計要求。然后根據(jù)設計要求澆筑砼。套拱的作用是穩(wěn)定山體破面，和準確確定管棚的位置及角度。 </

8、p><p>　　待套拱砼達到設計強度的70%后，進行管棚施工。根據(jù)要求的管棚孔直徑選用鉆機的鉆頭，使成孔后的孔徑滿足設計的要求。若圍巖容易造成卡鉆或踏孔等現(xiàn)象，要進行跟鉆支護，或進行注漿后重新鉆進。鉆進過程中要對圍巖情況做詳細的原始記錄，對石屑進行地質判斷和描述，為隧道的進洞開挖作超前預報，指導下一步的洞身開挖。 </p><p>　　每個孔成孔后對均要進行檢驗，檢查其孔徑，孔深，外插角是否符

9、合設計要求，合格后進行下一孔的鉆進施工。然后安裝鋼管，進行注漿作業(yè)。注漿時應保證注漿壓力不小于1PMa,保證圍巖體內充滿水泥漿。 </p><p>　　二、及時進行超前地質預報 </p><p>　　針對該隧道地質情況較復雜的實際情況，特別委托有專業(yè)資質的單位對該隧道進行了專門的超前地質預報。采用了先進的TSP地震波進行數(shù)據(jù)采集，每次只取用前進方向100米的數(shù)據(jù)為可靠數(shù)據(jù)，進行分析預測。兩

10、次地質預報的搭接長度控制在10米左右，保證測得的數(shù)據(jù)有較高的可靠性，為隧道施工的方法、措施的變更和擬定提供依據(jù)，能夠有效的指導施工，減少施工的盲目性。將地質預報測得的數(shù)據(jù)進行分析，判斷圍巖的狀況，與設計文件進行對比分析。若與設計圍巖一致，則按設計圍巖級別進行施工，若出現(xiàn)偏差，則應根據(jù)實際圍巖情況重新進行分析確定，有必要時，及時與設計單位聯(lián)系修改設計，保證施工的安全和質量。 </p><p>　　三、做好監(jiān)控量測工

11、作 </p><p>　　監(jiān)控量測作為隧道“新奧法”施工的核心，在監(jiān)控洞室內的變形，判斷圍巖的裂隙、構造節(jié)理、裂隙走向及巖石破碎情況，初期支護變形情況，保證施工的安全和隧道結構的穩(wěn)定等各方面都起著不可替代的作用。其中，每一開挖循環(huán)所做的地質素描圖，對預判洞身圍巖的變化有著很強的指導作用。通過地質素描圖，能夠得到圍巖的結構構造、節(jié)理發(fā)育情況，裂隙破碎情況，知道圍巖的薄弱點，輔助判斷圍巖的級別。同時為調整鉆爆參數(shù)提供

12、依據(jù)。周邊位移、拱頂下沉和地表下沉等項目的及時監(jiān)測，為隧道施工提供洞身的變形大小、穩(wěn)定時間等重要指標，據(jù)此可準確判斷洞身開挖的預留變形量等指標是否合理，以便控制炮孔的裝藥量等指標，準確確定掌子面圍巖的開挖輪廓線，周邊眼的位置等。 </p><p>　　四、做好鉆爆作業(yè)工作 </p><p>　　鉆爆作業(yè)包括鉆爆設計和鉆爆施工。鉆爆設計是洞身開挖的關鍵性工作，鉆爆設計好壞，直接關系到洞身的開

13、挖到位的準確程度，即圍巖的超挖大小。在進行鉆爆設計時要根據(jù)圍巖的級別，薄弱部位的具體分布情況，進行詳細周密的計算，確定炮孔的布置密度及炮孔裝藥量等指標。然后在鉆爆施工時嚴格按設計好的方案進行操作?？刂坪弥苓呇鄣拈g距誤差在50mm以內，眼底不超出開挖斷面的輪廓線100mm。鉆眼完成后，要按設計方案的炮眼布置圖進行檢查。不合格的孔眼，要重新鉆孔施工，直到合格為止。然后才能按設計的裝藥方式和裝藥量進行裝藥，爆破。根據(jù)實際的爆破效果及時對下一循

14、環(huán)的炮眼布置圖進行調整，通過反復幾個循環(huán)的調整，使爆破后的洞身輪廓線更接近于設計的要求。特別注意在施工過程中，要及時根據(jù)圍巖的變化情況，調整炮眼布置圖，以滿足設計輪廓線的要求。 </p><p>　　五、采用合理經濟的開挖方法 </p><p>　　確定合理的開挖方法即首先要保證施工的安全，同時要保證施工的進度與經濟性。 </p><p>　　根據(jù)圍巖的級別、類型等

15、可以采用的開挖方法有臺階法，環(huán)形開挖留核心土法，中隔壁法，及側壁導坑法等等。 </p><p>　　無論是環(huán)形開挖留核心土法、中隔壁法、還是側壁導坑法施工，均限制了大型施工機械的使用，拆除臨時支撐時初期支護會因突然卸載二出現(xiàn)大的變形，存在安全隱患，各分部開挖工作面的施工初期支護時，循環(huán)銜接性差，相互干擾大，初期支護不圓順，容易引起應力集中、質量不能得到充分保證、并且臨時支護工序多，投入大，不經濟等。根據(jù)現(xiàn)場的實際

16、情況，該隧道在地質構造上屬于魯中南斷塊上升區(qū)的沂沭斷裂帶活動區(qū)，其顯著特點是斷裂構造發(fā)育，斷裂的規(guī)模與方向不同，互相交切，把該區(qū)分割為許多大小不等，形狀各異的地質塊體，。出口處風化破壞嚴重，節(jié)理裂隙極發(fā)育。通過現(xiàn)場物探分析，該隧道處有約40米破碎帶通過，區(qū)域穩(wěn)定性較差。在開挖進洞前經過仔細的研究，決定采用短臺階法進行施工。具體為“三臺階七步開挖法”。即三個臺階依次相距大約5-10米的距離，上臺階整體開挖，中臺階與下臺階兩側錯開梯度前進開

17、挖，仰拱部位開挖采用左右錯開分別開挖的方法。其中仰拱開挖與前面三個臺階的距離控制在50米左右。這樣就在距掌子面約60米的范圍內，隧道整個斷面開挖分7個開挖面，以前后7個不同的位置相互錯開同時開挖。然后分部同時支護，形成支護整體，盡量縮短每工序作</p><p>　　在具體施工中三臺階同時一次爆破后同時進行初期支護及出渣作業(yè)。由于采用臺階開挖，工作人員與開挖工作面相對高差較小，在進行初期支護時不需要專門的施工臺車，

18、施工較方便。且三臺階施工部位與仰拱之間有合適的工作空間，仰拱施工不影響三臺階的開挖及初期支護的施工，且可以同時進行。采用該法施工過程較簡單，無需實施復雜的臨時支護措施，大型機械設備可在工作面上進行出渣作業(yè)，提高了出渣作業(yè)效率，節(jié)省了臨時支護的施做時間，加快了施工的進度，減少了該項費用的投入，其施工的經濟性得到保證。三臺階施工梯度同時前進，相對開挖面積較小，能夠保證施工的安全。此法可以在一般圍巖地質條件下，大力推廣應用。 </p&g

19、t;<p>　　六、及時進行初期支護 </p><p>　　根據(jù)“新奧法”原理，要依靠圍巖自身的承載能力承受來自上部的荷載。對于破碎的圍巖，其整體性較差，在開挖過程中易造成石塊脫落，不但給施工帶來安全隱患，而且時圍巖面產生凹凸不平的曲面，從而形成應力集中現(xiàn)象，不利于圍巖的受力。在施工過程中及時按設計要求施做初期支護，即能夠盡量避免石塊的脫落，給施工營造安全的施工環(huán)境，又能保證圍巖的輪廓線與設計一致，

20、以利于圍巖的自身穩(wěn)定，同時，初期支護及時地與圍巖一起受力，改善圍巖的受力條件，確保圍巖的安全。 </p><p>　　七、適時進行二次襯砌的施工 </p><p>　　通過監(jiān)控量測所得的數(shù)據(jù)，當圍巖的變形基本完成，變化速率趨于零時，即應當進行二次襯砌的施工，盡早完成環(huán)形受力。二次襯砌施工完成后，使隧道結構的受力與設計一致，保證了隧道施工的安全狀況。 </p><p>

21、;<b>　　八、結束語 </b></p><p>　　在實際施工中，通過以上幾點的運用，使該隧道在施工過程中沒有出現(xiàn)過一次塌方事故。圍巖的最大超挖控制在20cm以內，達到了規(guī)范的要求。該隧道于2009年8月開工，2010年12月雙線1500米全部貫通。工程在開工時間推遲2個月的情況下，按原計劃工期完成了洞身開挖。施工過程中，節(jié)約了大量臨時支護的費用，又由于控制超挖在規(guī)范要求的范圍內，使初期

22、支護的噴射砼工程量得到了有效地控制，有效的節(jié)約了工程成本。該隧道采用的方法合理，施工工程安全可靠，取得了一定的經濟效益，在類似工程施工中可以推廣使用。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　1、《鐵路建筑技術》2010年1月刊 </p><p>　　2、《公路隧道施工技術規(guī)范》JTG F60-2009 </