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道路施工评职范文隧道软弱围岩的处理

来源：职称论文发表咨询网作者：qifan时间：2013-07-12 10:50

　　摘要：随着中国基础建设事业的高速发展和西部大开发的进一步推进，中国的公路工程、铁路工程和地下工程迅猛发展，大量长大、深埋隧道工程纷纷上马。隧道穿越高地应力区及遇到软弱围岩体时，常产生软弱围岩大变形等相关地质灾害，对隧道软弱围岩大变形的有效合理防治与控制愈显紧迫与重要。本文结合太峪隧道的具体工程案例，详细探讨了隧道软弱围岩的处理技术。

　　关键词：太峪隧道,软弱围岩,正洞,超前大管棚支护,二次衬砌

　　一、软弱围岩的主要工程地质特点

　　软弱围岩一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，工程地质特点有：

　　(一)岩土破碎松散、粘结力差

　　一般为土层、岩体全风化层、挤压破碎带等构成的围岩，由于结构破碎松散，岩体间的粘结力差，开挖洞室后，仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱，这类岩体极不稳定，尤其是在浅埋地段容易发生坍塌冒顶。

　　(二)围岩强度低、遇水易软化

　　一般以页岩、泥岩、片岩、碳质岩、千枚岩等为代表的软质岩地层，由于其强度低、稳定性差，开挖暴露后易风化、遇水易软化，尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑性变形，造成洞室内挤。

　　(三)岩体结构面软弱、易滑塌

　　主要是存在于受结构面切割影响严重的块状岩体中，由于结构面的粘结力强度较低，开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。

　　二、工程概况

　　太峪隧道位于陕西省彬县境内，地处渭北黄土高原之南缘，泾(河)渭(河)分水岭东端。洞身穿越太峪河与泾河分水岭黄土塬，隧道进口段位于太峪河左岸，出口段位于泾河右岸，属黄土塬及河谷阶地区。其中隧道洞身通过的黄土塬西部宽，东部窄，由西向东逐渐降低，地形比较平坦，进口为太峪河缓倾斜之单面坡地形，出口为向泾河缓倾斜之单面坡地形。洞身所穿过的黄土塬塬顶较为平整，深切冲沟发育，沟谷陡俊，纵坡约10～30°，最大埋深约220m，进口在泾河支流太峪河下游的上公主川村附近黄土梁进洞，出口在泾河右岸王家坡村附近的半坡上。下临G306国道，隧道起讫里程：DK115+050～DK120+644，全长5594m，进口段为喇叭口，其中双线大跨段42m，双连拱段39m，Ⅱ线一次施工至DyK115+141，预留Ⅱ线位置。洞身大部分位于直线上，除进口947.49m位于半径1600m的曲线上外，余均位于直线上。线路纵坡为9.0‰、10.0‰单面下坡。

　　本区地表地区覆盖有第四系厚层黏质黄土，黄土具自重湿陷性，湿陷等级为Ⅲ级很严重，湿陷厚度一般10～25m。第四系中更新统黏质黄土中古土壤夹层，厚度0.2～10m不等，具有弱膨胀性。黄土土质疏松，本区施工为典型软弱围岩。

　　三、太峪隧道软弱围岩处理施工技术要点

　　(一)施工中应遵循的原则

　　隧道采用喷锚构筑法施工、复合衬砌。喷锚构筑法是根据新奥法原理，以岩土力学原理为基础，合理地利用围岩的自承能力，尽量减少开挖隧道对围岩的扰动，使围岩成为支护体系的组成部分。监控量测是喷锚构筑法的重要内容，通过监控量测指向隧道的设计和施工。据此，施工中我们遵循了下列原则：

　　1、合理利用围岩的自稳能力，保持围岩稳定。

　　2、以喷射混凝土、超前大管棚为主要支护手段，必要时采用钢架联合支护，及时支护，及时封闭，使围岩成为支护体系的重要组成部分。

　　3、减少开挖作业对围岩的扰动，保持隧道开挖轮廓圆顺。

　　4、二次衬砌在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下进行。

　　(二)重点工程的施工技术

　　1、洞口施工

　　隧道口明洞采取明挖法施工，隧道口采取长大管棚预加固后采用环形开挖预留核心土法暗挖进洞施工，采取爆破作业时严格控制药量，防止坍塌、滑坡等灾害。

　　(1)施工顺序

　　洞门及洞口段施工顺序为：测量放线→洞口开挖(地表处理→截水天沟→洞口土石方开挖)→边仰坡刷坡与防护→超前大管棚施工→暗洞进洞施工→明洞衬砌→洞门→回填。

　　①地表处理及截水天沟

　　进出口洞门施工前先进行测量放线，根据测量放线做好边坡开挖轮廓线和截水天沟，以利截排水，同时将洞口段开挖线以外10～15米范围的漏斗、洼地、危石等进行处理，防止地表水向下渗漏或陷穴等继续扩大影响隧道安全，确保边仰坡稳定。

　　②洞口土石方开挖

　　洞口土石方用挖掘机挖装，开挖方法采用自上而下分层分台阶进行，台阶高度2～3米，石方采用弱爆破，挖掘机、装载机装碴，自卸汽车运碴。

　　③边仰坡刷坡与支护

　　隧道洞口范围内永久边仰坡，采用带排水槽骨架护坡，骨架内插播紫穗槐、穴植容器苗或灌木，临时边坡采用喷锚防护。

　　④洞口段黄土湿陷性地基处理

　　除洞口做好隔排水系统之外，洞口路基面采用M10水泥砂浆砌片石铺砌厚30cm，洞顶设截水沟，防止地表水下渗。

　　(2)暗洞施工

　　暗洞施工前首先对洞口衬砌外1～3m范围内的边仰坡进行锚喷(网)加固。洞口土石方开挖到达明暗洞交界处满足大管棚施作高度时，形成台阶做超前大管棚施作平台，在平台上施作超前大管棚，超前大管棚施工工艺见图1。

　　太峪隧道洞门处拱部设置45m(进口)和40m(出口)的ф108大管棚，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，在超前大管棚施作完成后进行暗洞洞身开挖。

　　2、洞口大跨断面段施工

　　太峪隧道DK115+050～DK115+055段采用明洞衬砌断面，在洞口暗挖进洞前，洞口拱部设一环长45m的ф108大管棚超前支护，平凉端洞口设一环长30m的ф108大管棚超前支护。进口DK115+055～DK115+092段为洞口双线大跨度，结构跨度大，埋深浅，位于黏质黄土中，考虑古土壤夹层的弱膨胀性，衬砌支护加强。拱部设ф42超前小导管超前支护，配合小导管全断面设1榀/0.6mI20b型钢钢架。衬砌采用钢筋混凝土结构，拱部不设锚杆。采用三台阶七步开挖法施工。

　　隧道Ⅴ级围岩段大跨断面采用三台阶七步开挖法施工，首先进行超前支护，进行上部弧形导坑开挖→初期支护施工→中部左右侧交错开挖→边墙支护→下部左右侧交错开挖→边墙支护→核心土开挖→仰拱开挖与支护。

　　3、正洞施工

　　(1)开挖方法

　　正洞IV、V级围岩段采用上下台阶法开挖，采用人工手持YT28风钻湿打眼，8-11把风钻分三层同时施钻，多功能台架配合进行。周边眼采用间隔装药，其它眼采用连续装药。用非电毫秒管起爆，火雷管引爆，炸药采用乳化炸药。光面爆破上下断面开挖。

　　(2)钻爆设计

　　在本隧道施工中，严格遵循了“短开挖，禁爆破，快支护，勤量测，紧衬砌，早成环”的原则，采取台阶法，用风镐配合挖掘机开挖的施工方法。

　　当围岩软弱、松散时，围岩变形快，侧压力大，自稳时间短，初期支护早期强度不能满足围岩稳定要求，甚至开挖后便产生围岩失稳坍塌。根据本标段隧道围岩情况，一般情况下，采用超前大管棚支护的办法，稳定围岩。当覆盖层较薄，围岩松散破碎时，采用超前小导管进行预加固。为确保安全，开挖和初期支护参数原则上不能超出本隧道开挖和初期支护参数。

　　4、超前小导管支护施工

　　施工顺序：测量放线定位→钻孔→导管安装→注浆→注浆结束→下一根导管施工。

　　具体施工方法如下：

　　(1)测量放样：按设计要求, 在掌子面上准确画出本循环需施设的小导管孔位。

　　(2)钻孔：采用风钻按设计要求钻孔。钢管插入及孔口密封处理：钢管由专用顶头顶进, 顶进钻孔长度≮90%管长。钢管尾端外露足够长度，并与钢支撑焊接在一起。钢管

　　(3)顶进时，注意保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接。

　　(4)小导管注浆：注浆前导管孔口应达到密闭标准，以防漏浆。注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。

　　5、仰拱填充或铺底施工

　　隧道仰拱或铺底采用全幅一次施工，每一组铺底施工纵向长度为10-15m。为了保证铺底施工过程中，出碴运输正常运行，在铺底施工段采用栈桥方法。

　　栈桥采用I16工字钢密排，间距为20cm，工字钢之间用Φ25螺纹钢连接，作为防滑处理，过轨梁的设计及参数详见图3.

　　6、二次衬砌

　　二次衬砌采用全断面液压模板台车，大跨度段采用9m长模板台车1台，双连拱段采用9m长模板台车1台，去掉曲线板在靠近中隔墙顶模板台车设置10-15cm的挡板，单线正洞采用12m长的模板台车，进口、横洞、斜井工作面共投入4台9m长的模板台车。混凝土由砼洞外自动计量拌合站拌制，砼运输车运至砼输送泵，泵送入模，附着式振捣器振捣。

　　7、隧道监控量测和测量

　　监控量测是信息化设计与施工的重要内容。通过施工现场的监控量测，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间，以及修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据，指向日常施工管理，确保施工安全和质量。隧道监控量测主要包括围岩及支护状态观察、地表沉降观测、拱顶下沉、周边收敛、围岩与支护间压力、格栅主筋内力、结构混凝土裂缝观察、锚杆轴力、地表水水位观察及其它监测项目。

　　本工程重点监测洞口段。洞口段地表易沉陷，为了确保施工安全，对洞口边、仰坡进行地表沉降监测。布点原则为：在Ⅴ级围岩且埋深小于40m的地段沿隧道轴向每隔5～10m布设。同时在横向依据实际情况，选定主断面，沿主断面布设测点，以了解地表沉降的横向影响范围。边、仰坡按台阶分级布设测点，分上、左、右每隔10m布点,采用精密水准仪及铟钢尺进行地表沉降及位移观测，每天进行一次观测，直到沉降与位移趋于稳定后停止观测。

　　监测仪器为：精密水准仪，铟钢尺等。

　　四、施工中的地质预测手段

　　搞好地质预测预报工作，为施工和完善设计提供新鲜的地质资料，对潜在的地质灾害做出预警，采取针对性的措施，防患于未然，将地质灾害对施工造成的损失减小到最低程度。

　　(一)工程地质法

　　利用地面调查与洞内调查相结合进行验证与对比，有掌子面素描、赤平投影等手段。利用竖井、探孔预测围岩变化趋势，采用无轨运输施工的隧道，为了解决通风问题往往都要开挖竖井。可以利用竖井预测围岩变化趋势，必要时可在埋深较浅地段挖探孔。

　　(二)风钻超前预报

　　利用钻进速度记录、冲洗液变化、岩屑岩粉变化进行判断。新奥法施工原则强调“信息化设计”程序，在施工中可利用风钻打孔，钻深3～3.5m，可直接探明围岩变化情况，尤其是土石分界线、拱部石层的厚度，直接指向设计变更、调整预支护参数和改变施工方法。

　　(三)利用上部超前开挖预报

　　黄土隧道的施工均采用正台阶法，可利用上部超前了解地质情况，然后根据实际情况修改围岩类别。

　　结语

　　(1)施工前应详细调查研究隧道所通过地段的不良地质现象，准确判断围岩类别。特别是在具有II级湿陷性新黄土地段，对地下水情况应做到心中有数。

　　(2)根据软弱围岩的水文地质与工程地质特征，结合工期及质量要求，确定施工方案及施工方法，确定合理的资源配置。