浅谈几种不良和特殊地质地段隧道施工的处理措施

浅谈几种不良和特殊地质地段隧道施工的处理措施

作者：宋斌

来源：《中国科技博览》2013年第18期

摘要：在修建隧道及地下工程中， 工程地质状况及水文地质情况是人们面临的首要对象.在

一般情况下，隧道的修建速度和质量好坏取决于对地质状况的认识和掌握程度。当地质状 况较好时，工程的进展就顺利，工程的工期、质量、造价等都能按计划地正常进行；当地 质条件较差，遇到特殊及不良地质地段时，如富水软弱围岩、流沙、镕洞、膨胀岩、高地应力等，工程就会受阻，主要表现为工期的延长、质量的下降、工程造价的剧增，同时还有可能出现大的安全事故，导致人员的伤亡，设备的损坏等现象的发牛。 关键词：不良 地质 隧道 处理措施 中图分类号：P5 1 富水断层破碎围岩

在隧道施工中，往往会遇到断层破碎带、富水软岩及大量涌水地段，给隧道施工带来 严重困难。断层破碎带是隧道施工中最常见的不良地质地段，特别是在山区沟谷中，地质上有“十沟九断”的说法。断层带内岩休挤压破碎，常呈块石、碎石或角砾状，有的甚至呈断 层泥，岩体强度低，围岩压力增大，自稳能力下降，容易坍塌，施工困难。在富水软弱破碎园岩隧道施工中，虽然采用深孔注浆达到了止水田结的目的，但固结范园有限，加上地质及注浆有些不确定因素，为保障施工万无一失，—般在开挖前均采用超前支护，超前支护一般采用超前锚秆或超前小导管。

对于地下水压较大的隧道，开挖前一般还要采取排水降压措施钻孔深度应超出注桨范围。开挖方法对于富水软弱破碎围岩隧道施工十分重要，开挖方法有半端面法、正台阶预 留核心土开挖法、双侧壁导坑法。 2高地应力作用下的软岩

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2.1高应力软岩的概念

高地应力是一个相对的概念，它是相对于围岩强度而言的。也就是说，当围岩强度与围岩内部的最大地应的比值，即围岩强度应力比达到某一水平时，才能称为高地应力或极高应力。 2.2挤压性围岩

挤压性软弱围岩在高地应力作用下发生挤压大变形及破坏的特征不仅受围岩本身力学性质的影响，还与原始地应力状况及工程因素等有关。高地应力挤压性围岩隧道大变形有如下特征：

（1）变形量大.国内隧道最大水平收敛达120cm，最大拱顶下沉37cm。 （2）变形速度高，同内量测开始阶段变形速率最高达167mm/d。

（3）变形持续时间长，出于围岩软弱、强度低、地应力高，发生变形主要是挤压件和 流变件变形，开挖后应力重分布持续时间长，变形收敛持续时间也较长。乌鞘岭隧道大变形区段变形持续时间达120d，一般要40一50d。为避免洞室失稳，须及时施作二衬，让二衬承受部分荷载来限制变形发展，二衬施作后仍存在较小变形。 2.3膨胀性及挤压性围岩隧道施工

（1）加强调查、量测围岩的压力和流变特性

在该种地层中开挖隧道，除了认真实施设计文件所提山的技术要求外，在施工过程中应对围岩压力及其变形情况进行充分的调查和量测，分析其变化规律。对地下水亦应探明分布范围及规律，了解水对施工的影响程度，以便根据围岩动态采取相应的施工措施。如 原设计难以适应围岩动态情况，也可据此作适当修正。 （2）合理选择施工方法

采用合理的施工方法，对隧道的稳定性有着十分重要的作用。因此，在施中中应以尽 量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则，灾采用无爆破掘进法。如采用掘进机、风 镐、液压镐等开挖。在开挖过程中尽可能缩短同岩暴露时间，及时支护，以尽快恢复洞壁 因土体开控而解除的部分围岩应力，开挖方法宜不分部或少分部。 （3）防止围岩湿度变化

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隧道开挖后，膨胀性围岩风干脱水或浸水，都将引起围岩体积变化，产生胀缩效应。 因此，隧道开挖后及时喷射混凝土，封闭和支护围岩。在有地下水渗流的隧道，应采取切 断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施，防止积水对围岩的浸湿等。如局部渗流，可 采用注浆堵水阻止地下水进入坑道或浸湿围岩。 （4）合理进行围岩支护

采用喷锚支护，稳定围岩，喷锚支护可以加强围岩的自承能力，允许有一定的变形而 又不失稳。采用喷锚支护，应紧跟开挖，必要时在喷射混凝土的同时，采用钢筋网。也可 采用钢纤维混凝土提高喷层的抗拉和抗剪能力。当压力很大时，可用锚喷及钢架或格栅联 合支护，在隧道底部打设锚杆，也可以在隧道顶部打入超前锚杆或小寻管支护。尽可能使 其在开挖面周壁上迅速闭合。如果是台阶开挖，可在上半部开挖后尽快作出半部闭合，使 闲岩尽早受到约束。总之，不论采用哪一种类型的支护，都必须根据工程实际情况及围岩 变形状态而定。衬砌结构及早闭合，该类围岩隧道开挖支护后，不仅隧道变形量大，而量 变形持续时间长，变形难以稳定，所以必要时要求隧道衬砌及早施作，使围岩变形稳定。 3 黄土隧道的施工

黄土隧道施工，应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。对出构造节理切割而形成的不稳定部位，在施工时加强支护措施。防止坍塌，以策安全施工。施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量侧”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。升挖方法宜采用短台阶法或分部开挖法（留核心法），初期支护应紧跟开挖面施作。 黄土围岩开挖后若暴露时间过长，围岩周壁风化至内部，围岩体松弛加快，进而发生塌方。因此，宜采用复合式衬砌，开挖时应少扰动，开挖后以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢支撑作初期支护，以形成严密的支护体系。必要时可采用超前锚杆、管棚支护加固围 岩。在初期支护基本稳定后，进行永久支护衬砌。衬砌背后尤其是拱顶回填要密实。 4 岩溶地质

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我国是碳酸盐分布极广泛的国家，覆盖及出露的碳酸盐总面积约占我国领土面积的五分之一。岩溶地质地区形成的各溶蚀形式，对隧道工程影响严重的主要为溶洞和暗河。 4.1隧道遇到溶洞的处理措施

当隧道施工遇到岩溶危害时.可按岩溶对隧道的不同影响情况及施工条件，采取 流、跨越、加固、清除、注桨等不同措施或综合治理。

（1）隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物和 地下水情况，据以确定施工方法。对尚在发育或穿越暗河水囊等地质条件复杂的岩溶区，应查明情况审慎选定施工方案。对有可能发生突然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等，必须事先制定措施，确保施工安全。

（2）隧道穿过岩溶区，如岩层比较完核、稳定，溶洞已停止发育，有比较坚实的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地质情况。如有变化便于采取相应的措施。如溶洞尚在发育或穿越暗河水囊等岩溶区时，则必须探明地下水量大小、水流方向等，先要解决施工中的排水问题，一般可采用平行导坑的施工方案，以超前钻探方法，向前掘进。当出现大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情况时.平导可作为泄水通道，正洞堵塞时也可利用平导在前方开辟掘进工作面，不致正洞停工。

（3）岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”四种。