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浅析不良地质条件下的隧道施工技术

2012-03-23何荣才

城市建设理论研究 2012年4期

何荣才

摘要:本文通过对河北省张唐隧道断层破碎带或饱和松软围岩等发育不良的不良地质条件下的隧道施工技术研究。采用超前小导管注浆进行围岩加固、整体式混凝土衬砌侧壁导坑开挖法、围岩变形监控等施工技术,以便保障不良地质条件下隧道施工的安全性、经济性。从而为今后的良地质条件下的隧道施工技术方法提供参考。

关键词:超前小导管、侧壁导坑开挖法、围岩变形监控

Abstract: this article through to hebei province zhang don tunnel fault fracture zone or saturated soft rock and dysplasia poor geological conditions of the tunnel construction technology research. Using advanced small catheter grouting surrounding rock reinforcement and concrete lining, DaoKeng excavation method, the wall surrounding rockmass deformation monitoring of construction technology, in order to guarantee bad geological conditions of the tunnel construction safety, economy. Thus for future good geological conditions of the tunnel construction technology and methods to provide the reference.

Keywords: advanced small catheter, wall DaoKeng excavation method, surrounding rockmass deformation monitoring

中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号

随着我国隧道建设大规模的展开,在进行隧道施工的过程中。难免会遇到如:风化较严重、围岩破碎松散、褶皱断层、溶洞、地下水位较高、高冲击地压等不良地质条件。从而导致施工效率低、施工危险系数高等特点。如果没有根据实际情况进行相应的施工工艺改进、围岩支护加强等措施,就很有可能会导致围岩冲击压力过大、隧道变形甚至坍塌的现象。所以进行对不良地质条件下的隧道施工技术研究是十分有必要的。本文根据工程实际重点研究断层破碎带或饱和松软围岩并伴有泥石流情况下的隧道施工技术。意在为今后的良地质条件下的隧道施工技术提供参考。

河北省张唐隧道DK274+197~DK277+927段,施工路线经过区域主要的地质条件为断层破碎带或饱和松软围岩等发育不良的岩体。并在此区域主要地质结构为第四系松散堆积物。其地层地质条件由上至下依次为:粉质粘土夹巨石、残积粘性土、全风化石英闪长岩、强风化石英闪长岩、隧道洞口路面基底均位于粉质粘土夹巨石与残积粘性土间。为了保证施工的安全、效率进行,根据张唐隧道施工段的地质情况,结合破碎软弱围岩的隧道施工工艺经验、施工规划及施工人员物质安排,本研究拟采用以下施工工艺:超前小导管注浆进行围岩加固、整体式混凝土衬砌侧壁导坑开挖法、测量检测围岩变形等。以便保障不良地质条件下隧道施工的安全性、经济性。

超前小导管施工

1、施工原理:超前小导管施工主要是通过将具有一定的胶凝作用的浆液通过小导管注入围岩中,浆液在注入破碎松散的围岩过程中就以脉状的形式迅速的渗流。将围岩裂隙中的空气和水分逐渐的从围岩中排出,从而加强围岩的强度、抗渗透能力与稳定性。减少围岩发生蠕变或者冲击地压过高的现象。与此同时打入为围岩中的小导管与围岩注浆后的固结体逐渐形成具有一定承载力的壳。在后续的导洞开挖中可以起到初期支护的作用。

2、小导管注浆技术参数选:为了加固施工段的岩石强度提高围岩的承载力,消除张唐隧道施工中断层破碎带或饱和松软围岩等发育不良地质条件所造成的隐患。根据张唐隧道施工段的地质情况,拟采用小导管注浆技术。根据隧道施工的经验以及现场的情况,本施工初步的选择了水泥浆液作为小导管注浆的浆料,一般情况下注浆的浆液水灰比为1:1。根据注浆的效果也可以进行进一步改进。在注浆压力的作用下浆液能够扩散到的最大半径为:,其中:代表注浆压力应当根据施工段的地层致密性的大小决定一般情况下为0.5~1.0 MPa;代表距离处的浆液压力;代表注浆孔半径;代表基岩裂缝宽度;代表运动粘度;Q代表注浆量。注浆量的公式如下:;其中Q为注浆量、R为注浆浆液扩散半径、L为填充注浆段长度、为浆液的填充率、为注浆浆液损失率。为了防止出现返浆现象,在第一注浆段的起点掌子面处需要设置止浆墙,其止浆墙的厚度根据现场实际情况而定,一般为2~3m。注浆导管不能太密集应当保持在环向间距大于等于a=0.4m。与此同时为了尽量避免串浆,不使浆液浪费。本施工在后续的施工中采用分序方法进行注浆。

3、施工方法:小导管主要是利用直径为42mm的无缝钢管和钢架配合进而进行小导管支护施工的。在本次施工中通常利用环向孔间距为40cm的小导管。长度为4.2m。在施工中沿着所设定的开挖轮廓线进行环向布设与此同时要向外侧进行倾斜,角度一般情况下为3帀5,在管身部位钻直径为8mm的注浆孔,孔网布置为梅花形,将导管的前端加工成锥形,并且在导管的尾部设置大于等于30cm的止浆段。具体施工流程是(1)将小导管直接的利用风动凿岩机推送至围岩的设计深度。如果遇到较坚硬岩体要先进行钻孔,在钻至涉及深度以后将小导管送到围岩中。在钻孔后要对小导管的钻入位置与设计位置进行对比,误差不超过15mm。与此同时还要用钢尺检查小导管的推进方向以免误差太大;(2)注浆过程采用全孔压入的方式,在小导管内利用注浆泵压注浆液,在此过程中观察注浆管附近防水胶泥的变化,以防注浆管发生注爆现象;(3)在进行注浆工作时要时刻观察注浆的工作压力。如果发现注浆压力持续升高并且接近其额定压力的情况时,注浆工作结束。在一般情况下注浆初压为0.5~0.7Mpa,终压为1.2~1.5Mpa;(4)在注浆后,利用10号水泥砂浆进行填充并且拆除止浆墙, 而后进行环形开挖。在注浆过程中要注意相邻孔眼不可以太密集,同时要保证采取分段注浆。从而保证了小导管注浆的效果,达到加固松散的围岩保障围岩稳定性的目的。

二、整体式混凝土衬砌侧壁导坑开挖法在不良地质条件下施工要点

为了克服其他的施工方法衬砌的整体性不强,不能合理的减小断层破碎带或饱和松软围岩。所以本施工中用到了整体式混凝土衬砌侧壁导坑开挖法。在进行此种方法时,首先要进行墙部的施工。在隧道边墙位置掘进两侧下导坑,然后沿着边墙逐层向上挑顶直至拱脚。对于像张唐隧道这样的跨度比较大的情况,为了掘砌高墙,除了利用两侧下导坑,自下而上分层挑顶并且分层立模浇筑边墙以外,也可以在开挖下导坑后。根据设计的拱脚标高,在隧道两侧开挖两条上导坑,利用上导坑分层下掘,最后自下而上以此浇筑混凝土墙。利用上下导坑时,可以减少高边墙的接茬。开挖时对局部不稳定的地方,可用锚杆加固。开挖边墙时,可以使用小型装运机运出废石。待到边墙施工结束后,进行拱部的施工。有两种方法进行开挖,一种是按照隧道的全宽进行拉底,向上打眼分层挑顶;另一种是拉出底槽后进行水平眼分层压顶。拱顶衬砌的浇筑可根据围岩稳定情况,待到拱部全部开挖后一次浇筑,或分段交替掘砌。整个隧道的墙和拱顶都拆模以后,再开挖中心岩柱。

在隧道掘进过程中,及时的喷射一层薄混凝土用来封闭围岩裂隙并且可以形成初期支撑抗力来控制围岩变形。由于极薄的混凝土喷层柔性较大,所以避免了喷层受到过大的荷载。锚杆按照隧道的实际隧道跨度、岩石性质以及使用锚杆部位来确定锚杆的系统布置参数。一般情况下,系统布置锚杆参数可按下式计算:;;其中L为锚杆长度、S为锚杆间距、d为锚杆直径、B为隧道跨度(米)、N为围岩的稳定性影响系数,(根据CSIR岩石分类方法将岩石分类)。其中Ⅱ类围岩N=0.9;Ⅲ类围岩N=1.0;Ⅳ类围岩N=1.1;Ⅴ类围岩N=1.2。;。

三、施工后期的围岩变形监控

围岩变形监控是在不良地质条件下隧道施工的一个关键环节,进行有效地围岩变形监控可以最大限度的防治隧道蠕变、坍塌等现象。以便可以更好的保障施工人员的安全。与此同时通过所量测的围岩压力数据进一步的研究围岩变化的特性,本施工中主要通过测量拱顶沉降值来测定围岩的变化。在进行拱顶沉降值采集工作的过程中,要使用水平仪进行测量。其测量频率控制在6小时一次。测点的布置为各组的组间间隔为5m,根据围岩的蠕变情况逐渐将时间间隔增加。经过1个月的围岩变形监控得出拱顶的最大累计下沉量是20mm,洞身为15mm。由测量的围岩变形结果来调整施工工序,以便改进预留变形量或者施工方法等,以便指导施工安全有效的进行。从而保障了张唐隧道不良地质条件下隧道施工的安全性、经济性。

王霖.深圳林场软岩大变形隧道施工技术[J].山西建筑 2008(05).

劉冬雪.不良地质条件下的隧道安全施工[J].交通科技与经济 2008(4).

李红丽.隧道不良地质处理措施研究[J].山西建筑 2008(19).

燕成贵,武勤民.武广客运专线五尖大山隧道不良地质段施工技术[J].铁道标准设计 2007(01).