地方隧道內(nèi)地質(zhì)方案設(shè)計闡述

第第頁地方隧道內(nèi)地質(zhì)方案設(shè)計闡述作者：潘雪峰單位：山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院

隧道巖體工程地質(zhì)特征

隧道圍巖以奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s）中～厚層狀石灰?guī)r為主，夾薄層白云質(zhì)灰?guī)r，團塊狀泥灰?guī)r，太原端進口段圍巖為第四系黃土、碎石土、石炭系薄～中厚層狀泥（頁）巖、砂巖和奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）角礫狀、團塊狀、蜂窩狀泥灰?guī)r、石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。隧道圍巖以硬質(zhì)巖為主，少量極軟巖～軟質(zhì)巖。巖石的物理、

軟弱圍巖及斷層破碎帶路段方案設(shè)計及工程防治措施

西山隧道洞體埋深較大，隧道底板最大埋深451．61m，隧道洞體有相當一部分埋深在400m以上，可能存在高地應(yīng)力，隧道穿過圍巖有石灰?guī)r、泥灰?guī)r和石灰?guī)r泥灰?guī)r互層，在穿過泥灰?guī)r或石灰?guī)r泥灰?guī)r互層（泥灰?guī)r為主）時，開挖過程中，地應(yīng)力失衡可能發(fā)生軟弱圍巖大變形。隧址區(qū)共發(fā)育斷層17條，且隧址區(qū)巖溶發(fā)育，水文及工程地質(zhì)條件復(fù)雜，開挖中可能發(fā)生圍巖大變形?；谶@種情況，首先要加強超前地質(zhì)預(yù)報，完善地質(zhì)設(shè)計資料，優(yōu)化設(shè)計方案，指導(dǎo)施工決策科學(xué)化；其次就是加強軟弱圍巖及斷層破碎帶處襯砌支護結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，采用超前帷幕注漿等措施，通過初期襯砌結(jié)構(gòu)和二次襯砌結(jié)構(gòu)提高強度與剛度，襯砌結(jié)構(gòu)及支護參數(shù)的確定以《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTGD70－2004）為依據(jù)，并參考了類似工程。軟弱圍巖及斷層破碎帶處（Ⅳ級圍巖、Ⅴ級圍巖）襯砌斷面設(shè)計示意圖及超前支護設(shè)計示意圖分別如圖1～圖4所示。方案設(shè)計原則軟弱圍巖洞室支護的總體設(shè)計原則是力求有控制地產(chǎn)生一個合理的塑性圈，允許變形，有控制地釋放圍巖變形能，又要盡可能保護圍巖的強度不致快速下降，不產(chǎn)生松動圈，采取主動式與被動式相結(jié)合的綜合處置方法。支護主要是控制持續(xù)不斷的變形和防止破壞，維持隧道的穩(wěn)定。施工過程中要加強監(jiān)控量測，使支護襯砌要及時恰當，強度剛度要滿足設(shè)計要求，防止發(fā)生塌方等不良后果。工程防治措施軟巖支護是一個過程，要實現(xiàn)襯砌結(jié)構(gòu)的最終穩(wěn)定，則需使這一過程與圍巖的變形過程相協(xié)調(diào)，要達到這一目的，一般采取噴、錨、網(wǎng)支護、長錨桿加固、鋼拱架支護、超前帷幕注漿等初期支護措施。初期支護能及時封閉圍巖，并且具有一定初期支撐力和較大柔性，既能釋放變形能又能保持一定的支護抗力。二次襯砌是在圍巖變形發(fā)展到一定程度后提供足夠的支承抗力與剛度來抗地壓，初期支護是二次襯砌的前提，二次襯砌是初期支護的補充與加強。在施工過程中還應(yīng)加大預(yù)留變形量，給予圍巖合理的變形空間與調(diào)整時間。下面重點闡述一下超前帷幕注漿設(shè)計及施工的注意事項。超前帷幕注漿設(shè)計隧道開挖或地質(zhì)超前預(yù)報的隧道圍巖類別很差或隧道穿越斷層破碎帶時，應(yīng)根據(jù)軟弱圍巖或斷層破碎帶處工程水文條件和工程地質(zhì)條件，通過工程類比、理論計算等方法，對軟弱圍巖或斷層破碎帶處采用超前帷幕注漿。超前帷幕注漿施工前必須對施工參數(shù)進行注漿實驗。注漿實驗一方面是對注漿參數(shù)、工藝、材料做進一步研究，使注漿施工合理、有效；另一方面是弄清所選擇漿液在實際地層中注漿加固的機理，探明有加固作用的漿液的特性。注漿實驗的重點是針對現(xiàn)場地質(zhì)條件、施工工藝等確定漿液的可注性、漿液在土層中形成復(fù)合土的強度特性、滲透特性以及地層自身在注漿前后的強度特性與滲透特性的變化，從而得出此類地層注漿可能得到的漿液結(jié)石體在巖層中的固結(jié)范圍和固結(jié)方式。帷幕注漿地段在注漿加固土體后，采用環(huán)向開挖保留核心土的方法開挖，核心土長度1．5m左右，環(huán)向開挖寬度80～100cm，縱向開挖進尺為一榀鋼架的間距。上下臺階距離控制在3～5m，應(yīng)保證上臺階施工時掌子面的穩(wěn)定，又能保證隧道初期支護盡早封閉成環(huán)和施工時足夠的空間。架立鋼架時必須保證位置準確，拱腳應(yīng)架立在穩(wěn)固的基礎(chǔ)或木板上，嚴禁架立在虛土上，使上臺階盡早形成封閉結(jié)構(gòu)，必要時施做臨時仰拱。及時用系統(tǒng)錨桿（中空注漿錨桿或自鉆式錨桿）補充注漿，必要時預(yù)埋注漿小導(dǎo)管。注漿后每孔每延米涌水量大于0．15L／min或局部涌水量大于3L／min時必須追加鉆孔注漿。本項目結(jié)合現(xiàn)場施工條件、機械設(shè)備等情況，確定鉆孔布置、終孔位置。隧道超前帷幕注漿示意圖（圖略）注漿施工注意事項（1）每個斷面注漿導(dǎo)管數(shù)量為40～80根，具體施工中可根據(jù)圍巖情況局部調(diào)整。掌子面注漿孔間距為0．75～1．5m，可根據(jù)實際開挖情況全斷面或局部布孔注漿加固。漿液擴散區(qū)重疊50％。（2）帷幕注漿是在可能涌水、突水突泥情況下或斷層破碎帶處，根據(jù)水文及地質(zhì)條件或軟弱圍巖分布情況局部布設(shè)。注漿段長為25m，開挖20m，預(yù)留5m（可根據(jù)實際情況調(diào)整）作為下一段注漿的止?jié){巖盤，注漿段長度及止?jié){巖盤厚度應(yīng)根據(jù)工程實際情況局部調(diào)整。（3）注漿時應(yīng)注意觀察掌子面的變形，必要時做0．5～1m厚的模筑混凝土作為注漿封堵面，確保掌子面在注漿時不產(chǎn)生裂紋和隆起。開挖隧道過斷層的第一個掌子面時先噴15cm厚混凝土，必要時鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片并打設(shè)錨桿，再現(xiàn)澆40cm厚混凝土，以后噴15cm厚混凝土。（4）注漿壓力應(yīng)為實測水壓加2MPa，確定注漿終孔壓力為實測水壓加4MPa，孔口段以滲透注漿為主，注漿壓力為0．5～1．0MPa。（5）初始注漿壓力為靜水壓力的1．2～1．5倍，最高壓力為靜水壓力的2～2．5倍，孔口段以滲透注漿為主，注漿壓力為0．5～1MPa。（6）注漿孔開孔直徑為102～127mm，開挖輪廓線上的注漿導(dǎo)管采用89鋼花管，中間部分注漿導(dǎo)管采用100PVC花管。（7）注漿應(yīng)在達到設(shè)計終壓之后維持一段時間，注漿壓力沒有明顯下降之時結(jié)束。每循環(huán)注漿結(jié)束后，應(yīng)做鉆孔檢查和紅外線探測，檢查合格后方可開挖，否則應(yīng)做補注。（8）注漿過程中應(yīng)經(jīng)常檢查，記錄注漿壓力、注漿量、凝固時間，掌子面及附近支護狀況，并根據(jù)水文、地質(zhì)條件、圍巖變化以及隧道地質(zhì)超前預(yù)報前檢測數(shù)據(jù)綜合考慮，及時調(diào)整注漿參數(shù)施工工藝及注意事項在軟巖圍巖及斷層破碎帶處等大變形段采用“加固圍巖、預(yù)留變形、先柔后剛、先放后抗、剛?cè)岵⑴e、分次支護、及早封閉、底部加強、信息化施工”的施工工藝和綜合治理措施。施工方法采用新奧法施工技術(shù)，大型配套施工機械作業(yè)生產(chǎn)線。Ⅲ級圍巖段采用全斷面光面爆破開挖；Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用臺階法施工；西山隧道太原端斷層破碎帶富集區(qū)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工；棚洞段明挖法與暗挖法相結(jié)合施工。在施工中需根據(jù)開挖后的實際情況采取適宜的輔助施工技術(shù)措施，以穩(wěn)定圍巖。在隧道兩端施工的同時施工斜豎井，并通過其和橫通道等增加掌子面，以加快施工進度。不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)地段開挖采用短循環(huán)、弱爆破、強支撐，并輔以必要輔助施工技術(shù)措施，如超前錨桿，小導(dǎo)管預(yù)注漿，深孔預(yù)注漿等。裝渣運輸擬采用無軌運輸與有軌運輸相結(jié)合的運輸方案。二次襯砌采用混凝土運輸車輸送泵和襯砌模板臺車的配套的機械施工方案。監(jiān)控量測現(xiàn)場監(jiān)控量測是新奧法復(fù)合式襯砌設(shè)計、施工的核心技術(shù)之一，也是本次襯砌結(jié)構(gòu)采用信息化設(shè)計的重要組成內(nèi)容之一。通過施工現(xiàn)場監(jiān)測可以掌握圍巖和支護在施工過程中的力學(xué)動態(tài)及穩(wěn)定程度，保障施工安全，為評價和修改初期支護參數(shù)，力學(xué)分析及二次襯砌施作時間提供信息依據(jù)?，F(xiàn)場監(jiān)控量測項目應(yīng)根據(jù)圍巖條件、工程規(guī)模、支護類型和施工方法等選擇測試項目?，F(xiàn)場量測項目分為必測項目和選測項目兩大類。必測項目：地質(zhì)和支護狀況觀察、周邊收斂位移、拱頂下沉以及地質(zhì)超前預(yù)報。選測項目：地表下沉、錨桿內(nèi)力及噴層表面應(yīng)力、鋼支撐內(nèi)力及外力、襯砌內(nèi)應(yīng)力、表面應(yīng)力、圍巖體內(nèi)位移（洞內(nèi)設(shè)點）、圍巖壓力及兩層支護間壓力、裂縫量測以及圍巖彈性波測試等項目。地質(zhì)超前預(yù)報地質(zhì)超前預(yù)報，主要是根據(jù)地表和已開挖的隧道地段的地質(zhì)調(diào)查和各種探測方法取得的資料，以及地質(zhì)推斷法預(yù)測開挖工作面前方一定長度范圍內(nèi)圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。本隧道可能出現(xiàn)斷層破碎帶、溶洞、瓦斯以及涌水等不良地質(zhì)，在施工中應(yīng)采用TSP203、地質(zhì)雷達等探測手段并結(jié)合已有地質(zhì)資料對未施工段地質(zhì)情況做出準確判斷，完善設(shè)計地質(zhì)資料，優(yōu)化設(shè)計方案，指導(dǎo)施工決策科學(xué)化，可以對遺漏的不良地質(zhì)體給施工所帶來的困難給予及時的預(yù)報，指導(dǎo)工程施工的順利進行。同時還可以為因地質(zhì)條件影響而引起的變更設(shè)計，合理、經(jīng)濟、快速地進行，提供有效保證。施工注意事項西山隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，洞身范圍內(nèi)有斷層破碎帶、溶洞、瓦斯以及涌水等不良地質(zhì)，因此，施工中一定要加強管理。（1）施工中應(yīng)嚴格控制施工用水，加強引排，嚴禁積水，以保證結(jié)構(gòu)的安全。（2）進一步查清隧道進出口段坡體的穩(wěn)定性。（3）隧道施工前，應(yīng)對地表進行勘察，對于地表存在有的陷穴和落水洞地段應(yīng)先進行填平和夯實。（4）施工過程中必須加強現(xiàn)場監(jiān)控量測，并根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及時調(diào)整施工方案和設(shè)計支護參數(shù)。（5）施工過程中必須加強超前地質(zhì)預(yù)報工作，將新奧法的核心“動態(tài)設(shè)計，動態(tài)施工”貫穿于隧道的整個施工中，及時修正隧道支護參數(shù)，調(diào)整施工方法，特別是斷層、巖爆、富水段落等特殊地質(zhì)和不良地質(zhì)段落。（6）斜豎井及隧道斷層施工過程中應(yīng)加強瓦斯含量的檢測，嚴格按《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTGD70－2004）進行施工。（7）在隧道土建施工中需注意預(yù)留洞室、預(yù)埋管件的施工，不要遺漏?？傊?，隧道穿越軟弱圍巖及斷層破碎帶路段時，洞室開挖后難于自穩(wěn)，必須及時支護，必須加強現(xiàn)場監(jiān)控量測，尋找最佳支護時機、最佳支護剛度、最佳支護位移，適時調(diào)整支護參數(shù)，實施最佳支護。

結(jié)語

本文以西山特長隧道為工程實例，介紹了隧道穿越軟弱圍巖及斷層破碎帶路段的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝及注意事項。隧道穿越軟弱圍巖