浅析不良地质条件下浅埋隧道施工技术

浅析不良地质条件下浅埋隧道施工技术

张建平

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随着社会发展步伐的不断加快，隧道建筑规模不断扩大。隧道工程向各地区，各行业不断延伸，针对各地区不同地形、地质情况，对施工技术提出更为严格的要求。在不良地质条件下浅埋隧道施工中，若施工技术选择不科学，针对性不强，则会使工程质量问题频发，延误工期，造成巨大损失。以田尾矿皮带廊隧道工程2#隧道为例，浅析隧道浅埋地段及特殊地质地段隧道施工技术经验，为以后类似地段提供参照。

1、工程情况及隧道地质

1.1、工程概况

田尾矿皮带廊隧道工程，为华润水泥（龙岩）有限公司输送石灰石的专用通道，位于龙岩市新罗区岩山镇。2#隧道桩号K1+628～K1+773，隧道长145米，隧道结构形式为单洞隧道。

1.2地质情况

2#隧道地质特征表现为浅埋段，该地段处于生态保护区，植被发育，地形起伏较大，呈现上陡下缓，自然坡度20~40度。根据勘察揭露该地段主要由素填土、坡积粉质黏土、强风化泥质粉砂岩夹孤石组成。图1所示为2#隧道浅埋段纵断面图。

2、施工难点

田尾矿皮带廊隧道2#隧道为浅埋地段，地质为松软素填土及强风化泥质粉砂岩，围岩自稳能力较弱，随时间推移易产生掉块，需及时支护。同时由于隧道跨度小，二衬台车不能及时跟进，支护结构相对薄弱，初支封闭后随时间推移，围岩自身松散压力可能会发生塑性变形，对隧道初支结构产生挤压变形，严重时会造成初支破坏并失稳坍塌。由于地表为浅埋地段，易发生坍顶，对围岩的稳定性造成巨大安全隐患。所以施工关键是采取强有力的措施控制塑性变形，从而保证围岩自身结构及施工安全，在充分考虑工程处于的地质条件及环境的基础，为使本工程能顺利完成，施工的总体原则为：管超前、短进尺，少扰动、强支护，快封闭、勤量测。总体思路如下：

2.1隧道开挖前先进行超前支护（管棚及超前小导管）注浆，用以加固围岩，可以改良围岩松软结构，提高围岩自稳能力，抑制地表渗水对洞身渗透及破坏，从而控制围岩变形。

2.2采用机械开挖减少爆破对围岩的扰动，每循环进尺控制在0.5m~1.0m之间，偶遇大块径孤石或须爆破地段也只能多打孔，少装药采用松动爆破，降低爆破对围岩的扰动。

2.3围岩开挖揭露后要及时进行支护，要保证支护作业完成后才开始下一个循环。

2.4加强监控量测，浅埋隧道主要加强围岩地质条件及支护数据的监控量测。根据监测数据进行变形分析，为合理的施工提供理论依据。

3、隧道施工情况

3.1设计情况

根据设计2#隧道为V级围岩洞身穿越段全部为浅埋段，最大埋深25m。设计参数为：Ⅰ16工字钢钢拱架，间距0.5~1m一榀；超前支护小导管为23根φ42mm，壁厚3.5mm，长度3.5m，搭接长度为1.5m，环向间距25cm，外插角为3°，采用水灰比为1:1水泥浆；管棚采用23根φ89mm，壁厚4mm，长20m环向间距30cm，外插角为3°，采用水灰比为1:1水泥浆；系统锚杆采用15根φ20，长3.5m，间距80cm×80cm，钢筋网采用φ8，网格200×200mm；喷射C25混凝土，喷护厚度23cm。

3.2施工情况

开挖支护情况：由于围岩基本上是强风化泥质粉砂岩、素填土等自稳性差的岩性，开挖采用挖掘机为主，人工为辅，偶遇大块径孤石时则采用弱爆破进行，多打孔少装药，以减少爆破作业对围岩的扰动。开挖进尺均为短进尺控制在0.5m一个循环。由于隧道属小断面，二衬未及时跟进，所以支护按照V级围岩加强支护施工，Ⅰ16工字钢，间距0.5m一榀；超前小导管按46根双层布设，锚杆15根，间距80cm×80cm；钢筋网采用φ8，网格200×200mm；喷射C25混凝土23cm。实际施工中，钢拱架间距在主差范围内，且喷射砼厚度均大于设计厚度。考虑本段围岩地质条件差，围岩发生变形的可能大，故开挖时预留变形量为10~15cm,并且仰拱及时架设。

3.3施工变形情况

2#隧道自2020年4月开工至2020年7月，共完成开挖及初支145m，施工过程中隧道出现3处初支变形，每次处理需7天左右，严重影响施工进度。从上述情况可以看出虽然施工中采取了加强支护，但还是发生了形变。

4、变形原因分析

4.1地质条件差

隧道全段为强风化泥质粉砂岩、素填土及黏土夹孤石，各岩性之间结合性差，稳定性差，隧道开挖时易掉块；且龙岩地区雨季时间长，降水量大等因素对浅埋隧道的影响较大是造成围岩变形的直接原因。

4.2施工、工序

施工过程中虽有地质条件差、雨量充沛等客观因素，也有施工过程中为了加快施工进度，对围岩自稳性盲目自信，工序衔接不到位，未仰拱及时形成闭环，造成衬支承受围岩荷载降低，随时间的延长加大其变形量，最终造成隧道围岩侵限“鼓包”。

5、结论

从2#隧道的施工情况来看，可以获得以下几点：

5.1刚性支撑的必要性

对于不良地质条件下浅埋隧道，在二衬之前很难达到变形稳定。如长时间无法收敛，围岩应力不断释放时，只能采硬支撑即刚性支撑。初支基本上为柔性支护无法抵抗不良地质条件下围岩应力，只有采取刚性较大的钢筋混凝土结构才能有力控制塑性变形，故此二衬施工必须及时跟进。

5.2支护闭环的重要性

在地质条件差的隧道施工过程中须按“短进尺，少扰动、强支护，快封闭”的原则，开挖时每循环进尺控制在0.5m这样就可以减少围岩暴露时间，避免围岩松动加剧。同时仰拱紧跟上部拱架形成闭环，以改善支护结构受力状态，从而加强支护结构的稳定性，以便加大初支对围岩塑性变形的控制。

5.3加强支护的必须性

初期支护措施必须加强，隧道开挖中初支是保证围岩稳定性的第一道屏障，是确保安全施工的重要措施。初支的质量直接影响围岩变形的速度。因此，施工中我们加强超前支护由原设计23根单层改成46根双层注浆小导管，确保初支在隧道支护体系中发挥应有的作用。此外由于隧道会产生变形，依靠初期支护无法避免侵限，所在在加强支护的同时须预留足够的变形量

5.4加强监控量测

监控量测工作是为了随时收集原始数据并及时分析形变的原因及规律，为隧道施工提供信息，是指导施工的重要手段。可以根据监控量测数据为修改施工方案提供依据。此外对于浅埋隧道对地表也需加强监控量测工作，对于在施工过程地表下沉数据是对洞内的补充，施工时可根据数据随时更改注浆、支护参数。

5.5支护体系的多样性

防治浅埋段不良地质条件隧道初支变形主要手段有：一是加强支护；二是改善地质条件，可采超前支护注浆，也可采用地表注浆；三是加补初期支护，在原设计加强支护的基础上同时采用多种手段对其进行再加固，如双层钢筋网、增设系统锚杆等。由于支护及加固手段颇多，应用场所不一，需根据现场施工情况灵活运用。

对于浅埋隧道，还需根据实际施工情况，采取有效的施工方案，运用适当的监控量测手段，通过实际数据来指导施工，以保证施工安全顺利进行、进度及质有保证。