隧道施工技术方案探析<br/>——以上料隧洞段为例

隧道施工技术方案探析
——以上料隧洞段为例

2015-06-23彭厚伟

湖北科技学院学报 2015年3期

关键词：溶洞隧洞断面

彭厚伟

(中铁十八局轨道交通工程有限公司，天津 300230)

隧道施工技术方案探析
——以上料隧洞段为例

彭厚伟

(中铁十八局轨道交通工程有限公司，天津 300230)

隧道工程质量好坏直接对交通运输和人身财产安全产生了直接的影响，做好隧道施工技术方案的比较，提出相应的建议，就成为隧道施工必不可少的前提条件。本文以上料隧洞段为例，首先分析了其工程地质基本情况，然后进行了原方案和改线方案之间的相互比较，希望能够做出最科学的比较分析，再配合相应的变更设计，从而为隧道施工选择合理的施工技术方案。

隧道；施工；方案；变更设计

作为构筑铁路和公路的主体结构之一，隧道施工技术方案的选择同道路建设存在相辅相成的联系。为了更好地保证隧道顺利施工，就需要了解隧道区域内具体的工程地质条件，能够合理分析施工技术方案，最终促进隧道施工的全面发展。

一、上料隧洞段工程地质

1.概况

上料隧洞从下游向上游方向掘进施工。2014年3月26日，上料隧洞掘进施工至B35+066，掌子面开挖揭露溶洞，溶洞横向延伸至隧洞左侧轮廓线外，溶洞内充填流塑状粘土含砂砾并夹有孤石涌出。溶腔周边极破碎，节理裂隙发育，溶蚀严重，稳定性差[1]。

2.工程地质条件

(1)地形地貌。测区位于兴宾区良塘周围山区，区内群峰簇立，其间星罗棋布着各种洼地，山峰多为圆锥状，两峰间有基座相连，呈马鞍型，地貌主要为峰丛洼地；测区内岩溶较发育，岩溶个体形态主要表现为土洞、溶洞及溶斗等；桩号B34+762至B35+112段轴线及附近为山峰边缘，地形起伏、险峻，大部分高程在230～350m。

(2)地层岩性。测区内覆盖层为第四系残坡积层的粘土、含碎石粉质粘土，厚薄不一。下伏基岩主要为灰岩、含燧石灰岩，中厚层状。

(3)地质构造。测区内局部为第四系地层覆盖，下伏基岩为石炭系灰岩、含燧石灰岩及含硅质灰岩等，弱～微风化。沿线岩层产状变化比较大，走向总体呈北东40°～50°，倾角在24°～45°之间变化，隧洞进口一带倾向北西，35+000一带(山顶区域)倾向北东，35+160冲沟边一带倾向北东。因此该段洞线一带洞室围岩褶曲较发育，总体走向为北东向。在山顶地表常见北东向张裂隙发育。

二、上料隧洞段方案比较

具体的方案比较图如图1所示：

图1 方案比较示意图

1.原方案

B34+692～34+790m：灰岩、弱～微风化，岩体较完整。洞室围岩以Ⅲ类为主。

B34+790～34+898段相对电阻率变化比较大，推测为岩溶裂隙发育区，其中已发育的一些小型溶洞中推测溶洞内含充填粉质粘土或粉土，容易发生涌泥现象。开挖过程中注意进行超前地质预报，以采取适当支护措施。Ⅲ类为主，溶洞发育段为Ⅴ类。

B34+898～35+024一带隧洞围岩为石灰岩，弱风化，相对电阻率比较低，根据物探推测，可能为构造破碎带，充泥溶洞、裂隙发育，容易发生涌泥现象。开挖过程中注意进行超前地质预报，以采取适当支护措施。洞室围岩以Ⅳ类为主，岩溶发育段为Ⅴ类。

B35+024～35+066m段为溶洞，充填松散状粉质粘土、粉土夹孤石，其中35+055～35+066段出现涌泥现象，呈空腔状，空腔大小约14×13×20m，部分充填粉质粘土、粉土及块石。建议溶洞充填物物理力学参数如下：饱和密度1.7～1.9g/m3，凝聚力=17/KPa，内摩擦角=14°，泊松比=0.35,变形模量=3.2MPa，弹性模量=6MPa，单位弹性抗力系数=0.1MPa/cm，坚固系数=0.6。35+055～35+066段空洞周围围岩不稳定，需要采取有效的处理措施[2]。

2.改线方案

根据地表测绘成果及物探成果分析推测物探低阻区发育走向为N40°E，发育宽度约65～160m，与改线方案仍相交，相交宽度约110m。由于该110m段据物探推测，可能为构造破碎带，充泥溶洞、裂隙发育，容易发生涌泥现象。

3.方案比较

原方案与该线方案的比较如表1所示

表1 方案比较

4.结论与建议

第一，通过本次补充勘察，基本查明该洞周围物探低阻带发育范围及延伸方向，但还需要在洞挖过程中逐一验证物探低阻带的物质组成，并不断调整隧洞围岩类别，以利于采取适当的支护方案；第二，该区域岩溶发育强烈，岩溶发育带走向与构造线基本一致，发育宽度60～160m，洞挖过程中，穿越岩溶发育带过程中均有可能发生涌水或涌泥现象；第三，改线方案工程地质条件与原方案工程地质条件没有明显的区别，在洞挖过程中均有可能发生涌水或涌泥现象。单从工程地质角度比较而言，改线意义不大，建议设计从水工布置、经济角度等进行综合比较，以选择最优的设计处理方案；第四，洞挖过程中，应注意进行超前地质预报，以探查前方洞室围岩特征，避免出现较大规模的涌水涌泥现象，造成严重安全事故[3]。

三、上料隧洞段变更设计变更方案

根据补充勘探成果，并结合当前施工的现状，经分析，认为隧洞改线同样存在风险，故拟维持原设计隧洞轴线方案。现将隧洞桩号B34+782～B35+074段设计方案进行如下调整[4]：

1.对桩号B35+074～B35+066段断面进行修整，由原设计城门洞型断面渐变至圆形断面，初期支护采用挂钢筋网φ8@200×200+喷砼C25(1)厚200+钢格栅(H=200)@500+全断面设φ25砂浆锚杆@1000×500，二次衬砌为全断面厚500的钢筋混凝土。

2.在桩号B35+066处设置C15(2)挡墙将掌子面封闭(并预埋泵送混凝土及注浆管)，利用开挖洞渣回填形成工作平台，采用编织袋装粘土，对掌子面处泵送混凝土入口进行封堵，防止充填空腔的泵送混凝土突涌；然后采用泵送C20(2)混凝土充填桩号B35+066～B35+055处的溶洞空腔，局部空腔泵送混凝土无法充填时，可采用灌注1:2水泥砂浆充填，灌浆压力控制在0.3～0.5MPa之间，至填满整个空腔为止。

3.待泵送混凝土及水泥砂浆的强度达到设计强度的75%时，即可进行隧洞掘进，对桩号B35+066～B35+055(空腔段)的初期支护如下：采用挂钢筋网φ8@150×150+喷砼C25(1)厚250+H型钢拱架(H=200)@500+全断面φ42管式注浆锚杆@1000×500(δ=3.5，L=4000)，二次衬砌为厚500的钢筋混凝土。

4.混凝土开凿掘进至B35+050预留5m作为止浆墙，对掌子面前方的围岩进行超前预注浆固结加固。注浆的桩号为B35+050～B35+020(溶洞段)，范围为开挖轮廓线外5m内，注浆长度为每循环25m。掘进施工预留5m作为下循环注浆止浆墙。

5.对桩号B35+055～B35+020(溶洞段)的初期支护如下：采用挂钢筋网φ8@150×150+喷砼C25(1)厚250+H型钢拱架(H=200)@500+顶拱180°范围设φ42超前注浆小管棚@300×1000(δ=3.5，L=4000)，全断面φ42管式注浆锚杆@1000×500(δ=3.5，L=4000)，二次衬砌为厚500的钢筋混凝土。

6.桩号B35+055～B35+020及其它溶洞段施做超前注浆小管棚，按照上下台阶预留核心土法尽量人工进行分部开挖掘进，条件允许时可采用机械配合，进尺控制在0.8～1.2m，随挖随护，保证开挖面稳定。核心土大小以方便人工作业为准预留，但轴线方向厚度不小于1.5m。

紧跟核心土开挖应及时进行临时仰拱施工，尽快使支护结构封闭成环。临时仰拱应与边墙拱架连接牢固，保证隧洞结构稳定。

隧洞下台阶应根据现场条件及时跟进支护。一般在上台阶掘进开挖15m～20m时进行下台阶及仰拱开挖施工，左、右侧交错开挖支护，左右侧距离3m～5m，严禁左右侧同时开挖，避免上台阶拱架底脚悬空。循环进尺控制在1.2m～1.6m。若围岩自稳能力差时，可采用跳槽法组织施工。下台阶及仰拱初期支护完成后，即可拆除上台阶临时仰拱，由全断面初期支护承受围岩应力。

完成掘进开挖施工后，对隧洞底板以下围岩进行补充地质勘探，根据勘探结果再确定底板以下的处理方案。

7.桩号B35+020～B34+898(IV类围岩段)的初期支护如下：采用挂钢筋网φ8@200×200+喷砼C25(1)厚150+φ25砂浆锚杆@1000×1000(L=4000)，二次衬砌为全断面厚400的钢筋混凝土。

8.桩号B34+898～B34+790(III类围岩段)的初期支护如下：采用挂钢筋网φ8@200×200+喷砼C25(1)厚100+φ18砂浆锚杆@1000×1000(L=3000)，二次衬砌为全断面厚300的钢筋混凝土。

9.桩号B34+790～B34+782段进行修整，由圆形断面渐变至城门洞型断面，初期支护采用挂钢筋网φ8@200×200+喷砼C25(1)厚100+φ18砂浆锚杆@1500×1500(L=3000)，二次衬砌为全断面厚300的钢筋混凝土。

10.桩号B34+790～B34+996段为物探低阻带或电阻率变化较大段，施工过程应加强超前地质预报，采用加深炮孔和φ75超前地质钻孔探测前方地质情况。加深炮孔不小于6m，3m/循环，每循环加深炮孔不少于5个；φ75超前地质钻孔不小于35m，30m/循环，每循环不少于3个。