围岩稳定性 [隧道穿越不良地质段施工工艺及围岩稳定性探讨]

　　摘要 隧道在不良地质段的施工影响着整条隧道的施工进度，因而必须根据地质条件选用经济、合理的施工工艺。本文结合具体工程，介绍了不良地质段施工控制措施和不良地质段施工工艺的选择。
　　关键词 隧道；不良地质段；施工工艺；围岩
　　中图分类号U455 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）35-0029-02
　　1工程概况
　　芭蕉隧址区位于汉江流域―任河北侧的陡峻山地中，山顶海拔高度在900m左右，任河谷底高程为310m~629 m，切割深度为500m~600m，属中切割的中低山区。山体斜坡坡度多在45°~55°，斜坡沟谷处坡度在55°~65°。ZK272+225~ZK272+249段进行了变更后的施工，然而施工至里程ZK272+238处时，掌子面再次出现塌方，塌方涌出大量粒状或粉状物，含水量高，且已经施工的ZK272+225~ZK272+238段出现了不同程度的变形，存在很大的安全隐患。因而需要对ZK272+225~ZK272+249进行进一步的加强支护。
　　2 不良地质段施工控制措施
　　2.1 预加固措施
　　2.1.1 预加固原理
　　隧道预支护力是由围岩结构的极限自承能力和支护结构直接对围岩提供的支护抗力共同组成的。围岩结构的自承能力能通过预支护措施以及采取合理开挖措施得以维持。完整围岩中只需提供比较小的支护抗力，依靠围岩自身的自稳能力，就能维持稳定；应选择好合适的支护时机，具有一定自承能力的围岩就能够充分发挥围岩的自承能力；对于破碎围岩，应进行预支护和刚性支护，来整体维持围岩的稳定。
　　2.1.2 隧道预加固措施
　　1）管棚法
　　其布配置形式和形状可根据地形、地层及地表建筑的位置而灵活变化。管棚布置图如图1所示。
　　管棚支护具有布置形式灵活，适用范围广，支护范围广，支护刚度大，对变形控制好的优点。在管棚送管过程中，前期靠人工送管，后期需借助钻机顶进，直至孔底，在洞身段施工中不便于管棚施工工序顺利开展，一般仅限于进出洞口的加固，但是对于没有承压水的隧道破碎带，也可以在洞身段使用。
　　2）超前锚杆与小导管
　　小导管注浆法一般适用于洞身超前支护以及塌体不大、地质条件较松散的塌方。运用预注浆加固塌体和松散围岩，并与钢拱架和锚喷混凝土相结合，然后对塌方进行有效处理。对影响范围不大的塌方，施工单位一般采用此方法处理。超前锚杆又叫斜锚杆，在拱部开挖线之外，向前上方倾斜5~10，先钻孔，然后后打入锚杆，为拱部超前锚杆；拱脚位置以下倾10~25钻孔插入，为边墙超前锚杆。超前小导管的施工工序与超前锚杆一样，以5~10的外插角，向隧道前方钻机安装小导管，然后注浆加固前方的围岩，3m~5m一个循环进尺。
　　3）地表注浆法
　　地面注浆的可以提高地表岩土体的整体强度和刚度，降低围岩的通透水性，改善隧道成拱，进而达到保护水资源、保证工程安全之目的。这种方法在浅埋、地表塌陷区的加固效果和注浆处治效果显著。
　　2.2 开挖工法
　　2.2.1 洞身开挖方式
　　隧道开挖根据围岩类型以及地层结构，选用不同方式进行作业。在不良地段施工过程中，应选择特殊开挖方法，或采用先护后挖方式处理，才可以进行开挖工作。适合不良地质段开挖的方法，分为台阶法和分部开挖法。
　　1）台阶法
　　台阶法是指把设计断面分为两个部分进行开挖，先开挖上半部分，施作上半幅支护，然后进行下半部分开挖。这种方法在地质情况相对较好的地段非常适用，可根据台阶长度的变化，分为长台阶法、短台阶法、微台阶法。台阶越短对施工的干扰就会越大，就越有利于隧道稳定。台阶法开挖具有以下特点：工作面较大，有利于机械化施工，有较快的施工速度，且有利于掌子面的稳定，在上部支护后进行下部开挖比较安全，但是也有一些不利因素，比如增加了对围岩的扰动次数，下部开挖时会对上部稳定性有一定的影响。
　　2）分部开挖法
　　分部开挖法是指把隧道断面分不同段落开挖，并逐步成型。在一般情况下，将一部分进行超前开挖，因此又称为超前导坑法，用导坑超前开挖，能够较为直观地了解前方围岩的情况。分布开挖法对软弱破碎段或大断面隧道比较适用，其优点是减小了各个坑道的跨度，利于围岩的稳定，其缺点是分部开挖法的工作面较多，各个工序互相干扰，会增大施工的难度，并延长施工进度。
　　2.2.2 仰拱施作时间影响
　　仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分。在稳定性差的围岩中必须设立仰拱，因为隧道仰拱对控制洞室周边位移的作用是非常明显的；隧道仰供先于上部衬砌修筑时效果是最为明显的，同时修效果次之，后修甚至不修仰拱是最为不利的；为充分发挥发挥仰拱的作用，在隧道施工中使用喷混凝土、挂钢筋网和架格栅支撑等初期支护材料，可以使仰拱和上部衬砌迅速连接成闭合环；大断面隧道中为更好地体现仰拱的作用，在隧道仰拱设计中，不仅要考虑地层条件，还要根据隧道断面大小而有所区分。
　　2.2.3 二次衬砌施作时机
　　在不良地质段，选定二次衬砌的施作时间，是非常关键的环节，关系到衬砌永久安全。二次衬砌由于施作时间过早，初期支护还没有稳定，就会导致其承受过大的围岩压力；而过晚施作又不利于支护稳定。应当及时依据监控量测数据信息，仔细掌握围岩和初期支护变化规律，选择适宜的时机施作二次衬砌，在施工中如果遇到一些特殊地段，则采用灵活的跳跃式施作二次衬砌，使衬砌台车尽量的靠近掌子面，以后再返回衬砌跳空段。
　　3 芭蕉隧道不良地段施工工艺
　　芭蕉隧道ZK272+225~ZK272+249段虽然进行了变更施工，但仍在ZK272+238处发生了塌方事故，因而表明变更后的施工工艺仍不能保持围岩稳定性的要求，必须采取更严格的措施。经过项目部的多次讨论，确定如下施工方案：1）对ZK272+225~ZK272+249段施工φ42的径向注浆小导管进行注浆加固，小导管每根长度为5.0m，纵环向间距为1.0m×1.0m，梅花形布置，沿拱部中线两侧各10m弧长范围内布设；浆液采用1：0.5的水泥水玻璃双液浆，注浆量根据现场实际情况确定；2）对ZK272+238塌方处施做一环φ108超前管棚，每根管棚长10.0m，环向间距30cm，每环46根，并进行注浆加固，浆液采用1：0.5的水泥水玻璃双液浆，注浆量根据现场实际情况确定；3）开挖采用微台阶法工法，结合监控量测结果，必要使采用临时仰拱措施。
　　4 不良地质段监控量测
　　为了及时了解不良地质段围岩的稳定性，项目部要求现场量测人员做好隧道的监控量测，监控量测要求如下：
　　量测断面开挖后的第1天~5天内，观测频率为每天3次；第5天~15天，观测频率为每天2次；第16天后，观测频率为每日1次。达到稳定标准以后，可停止对稳定点的观测。如果出现异常情况，每日继续观测1次~2次；如果位移依旧持续大幅度的发展，要具体情况具体安排，适时布置隧道位移实时监测系统进行实时监测。
　　在每次读数后最好现场用计算器计算下各测点当日沉降量，如果出现异常情况，则须重新测量，直到数据准确。然后对这些结果进行分析，判断隧道变形管理等级，如果隧道允许变形出现异常的状况，立即上报项目部。
　　当隧道周边水平收敛速度和拱顶沉降速度出现明显趋缓，周边水平收敛速度小于0.2mm/d，拱顶位移速度小于0.1mm/d，隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上的时候，就要向相关部门提交二次衬砌可施作的报告。隧道周边允许位置相对值为0.15%。
　　5 结论
　　通过再次变更设计后，芭蕉隧道已经顺利通过不良地质段，监控量测值在允许的范围之内，表明本隧道采用的施工工艺能满足围岩稳定性的要求，为类似工程施工提供了经验借鉴。
　　参考文献
　　[1]中华人民共和国行业标准.公路隧道施工技术规范(JTJ 042-94 )[S].北京，2006.
　　[2]李国峰，丁文其，等.特殊地质公路隧道动态设计施工技术[M].人民交通出版社，2005.
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