隧道施工技術(shù)應(yīng)用下的地質(zhì)環(huán)境論文

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1隧道工程概況

在水月寺鎮(zhèn)高蘭村有一處分離式的臥佛山隧道，線路整體地形起伏較大，高差懸殊。隧道左線進(jìn)口樁號(hào)為ZK96+798，設(shè)計(jì)標(biāo)高為435.738m，出口樁號(hào)ZK101+250，設(shè)計(jì)標(biāo)高為341.906m，長(zhǎng)4452m，縱坡采用-2.100%。右線進(jìn)口樁號(hào)為YK96+812，設(shè)計(jì)標(biāo)高為435.444m，出口樁號(hào)YK101+269，設(shè)計(jì)標(biāo)高為341.440m，長(zhǎng)4457m，縱坡采用-2.100%。圍巖級(jí)別Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，主要由微風(fēng)化閃長(zhǎng)巖、大理巖、硅質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)巖、第四系可塑至硬塑低液限粘土等構(gòu)成。地下水類型為基巖裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。按新奧法原理組織現(xiàn)代化施工，通過(guò)監(jiān)測(cè)反饋來(lái)驗(yàn)證或修改支護(hù)參數(shù)，嚴(yán)格按施工程序指揮組織生產(chǎn)。在生產(chǎn)安排上，以隧道掘進(jìn)為主線，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)情況合理確定開(kāi)挖步驟、循環(huán)進(jìn)尺、開(kāi)挖方案、初期支護(hù)型式，并保持各開(kāi)挖工序相互銜接，同時(shí)積極安排防水、二次襯砌跟進(jìn)平行作業(yè)。施工中易發(fā)生圍巖變形過(guò)大或坍塌、瓦斯突出等情況，因此施工方法十分重要。

2該隧道地段施工技術(shù)

2.1瓦斯地段隧道供風(fēng)該地段含有煤層且沿隧道縱向不連續(xù)分布。煤層沿隧道縱向的長(zhǎng)度不一，其中左線2處、右線1處的煤層均為20m，其余均不足5m。煤層厚度0～0.9m，變化較大，傾角62～75°。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及計(jì)算，煤層最大瓦斯壓力0.403MPa，瓦斯含量為0.998m3/噸，瓦斯涌出量為0.015m3/s。本工程采用鉆孔排放和通風(fēng)的技術(shù)措施處理瓦斯問(wèn)題。鉆孔排放主要是防治煤與瓦斯突出。在掌子面處，沿煤層的豎直平面均勻布設(shè)4個(gè)水平鉆孔，采用電煤鉆濕式鉆孔，長(zhǎng)度不小于20m且穿透煤層。這些鉆孔與地質(zhì)預(yù)報(bào)的超前水平鉆孔相結(jié)合，經(jīng)檢驗(yàn)，有效解決了煤與瓦斯突出的問(wèn)題。隧道所需的風(fēng)量根據(jù)爆破排煙、隧道內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)、瓦斯絕對(duì)涌出量、允許最小風(fēng)速、排除施工機(jī)械產(chǎn)生的廢氣等計(jì)算；同時(shí)考慮到開(kāi)挖存在2個(gè)工作面（先行導(dǎo)坑與后行導(dǎo)坑），設(shè)置2個(gè)獨(dú)立的主風(fēng)機(jī)風(fēng)管（抗靜電、阻燃），對(duì)2個(gè)掘進(jìn)工作面獨(dú)立通風(fēng)，通風(fēng)方式采用送風(fēng)式（壓入式）。采用2個(gè)軸流式通風(fēng)機(jī)，風(fēng)管直徑均為1m，隧道橫斷面左右側(cè)各設(shè)置1個(gè)。主風(fēng)機(jī)風(fēng)管末端距離開(kāi)挖工作面20～30m，同時(shí)為增強(qiáng)掌子面的通風(fēng)效果，在風(fēng)管末端設(shè)置局扇，局扇風(fēng)管口距離開(kāi)挖工作面的距離2～5m。通風(fēng)風(fēng)速要求大于1m/s，另外在瓦斯容易聚集的地方（開(kāi)挖面上部、采空區(qū)、襯砌臺(tái)車內(nèi)部等）進(jìn)行局部通風(fēng)。

2.2煤層地段開(kāi)挖方法與支護(hù)隧道開(kāi)挖采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，先行導(dǎo)坑寬度約0.5倍洞寬，先行導(dǎo)坑與后行導(dǎo)坑的掌子面之間距離20m左右。開(kāi)挖時(shí)每循環(huán)進(jìn)尺0.6m，預(yù)留變形量0.1m。揭煤施工采用微震動(dòng)爆破法，過(guò)煤施工時(shí)在巖石炮眼中裝藥并采用松動(dòng)爆破法。管棚采用外徑89mm、壁厚6mm的熱扎無(wú)縫鋼花管；管體注漿孔孔徑8mm、縱向間距15cm，呈梅花形布置，管體尾部2m作為止?jié){段。管棚長(zhǎng)度20m，由每段長(zhǎng)4～6m的鋼管采用絲扣連接而成；相鄰管棚的接頭前后錯(cuò)開(kāi)且不小于1m；同一斷面上的管棚接頭數(shù)量不超過(guò)50％。管棚施工前，安裝管棚導(dǎo)向拱架，采用引孔頂入法施工。噴射10cm厚C25混凝土封閉工作面后，采用水灰比為1：1的水泥漿進(jìn)行注漿，注漿壓力1～2MPa，壓力維持時(shí)間5～10min。注漿后及時(shí)清理管內(nèi)漿液，插入鋼筋籠，用水泥砂漿填充密實(shí)。超前導(dǎo)管采用外徑50mm、壁厚5mm的熱扎無(wú)縫鋼花管；管體注漿孔孔徑6mm、縱向間距15cm，呈梅花形布置，管體尾部1.05m作為止?jié){段。導(dǎo)管長(zhǎng)度5m，環(huán)向間距0.4m、縱向間距1.2m，外插角10°。采用上述水泥漿進(jìn)行注漿，注漿壓力0.5～1MPa，壓力維持時(shí)間5～10min。注漿前，同樣采用噴射10cm厚C25混凝土封閉工作面；注漿超過(guò)8h后才能開(kāi)挖掘進(jìn)。兩導(dǎo)坑界面處采用噴混凝土和臨時(shí)鋼支撐支護(hù)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，變形滿足要求，因此該處不再設(shè)置導(dǎo)坑錨桿。但考慮到安全需要，施工期間對(duì)臨時(shí)鋼支撐及該處的圍巖變形進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。煤層地段開(kāi)挖、支護(hù)等各項(xiàng)工序應(yīng)盡量縮短時(shí)間、前后銜接緊湊，以降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3各種復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)

3.1溶洞地質(zhì)條件的施工技術(shù)溶洞的溶蝕作用非常明顯，在隧道施工中難免會(huì)出現(xiàn)溶洞現(xiàn)象，因此，在溶洞地區(qū)修建隧道過(guò)程中，應(yīng)該明確溶洞分布范圍、類型、巖層的穩(wěn)定性、填充物以及地下水條件等，從而采取安全的施工方法。針對(duì)尚未發(fā)育的巖溶區(qū)，應(yīng)該采取全面的預(yù)防措施，預(yù)防出現(xiàn)然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情況，從根本上確保施工的安全。在隧道穿過(guò)巖溶區(qū)中，其巖層比較穩(wěn)定，且溶洞發(fā)育應(yīng)該完整，地下水量不大的情況下，可考慮采取探孔或物探等方法，以掌握實(shí)際的地質(zhì)條件。如果溶洞穿越暗河水囊等巖溶區(qū)，首先應(yīng)該采取超前鉆探及時(shí)，提前解決施工中的排水問(wèn)題。在突發(fā)量涌水、流石流泥、崩坍落石的情況下，可采取平導(dǎo)作為泄水通道，順利開(kāi)辟掘進(jìn)工作面積。總之，“引、堵、越、繞”等方法可及時(shí)處理巖溶地段隧道出現(xiàn)的溶洞現(xiàn)象。

3.2松散地層地質(zhì)條件的施工技術(shù)松散地層結(jié)構(gòu)松散，容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。在此類地質(zhì)條件下進(jìn)行開(kāi)挖隧道，應(yīng)該盡量減少對(duì)圍巖的干擾，大多遵循先護(hù)后挖、密閉支撐、同時(shí)挖邊封閉的原則，或者采取超前注漿改良地層和控制地下水等方案。

（1）超前支護(hù)。在隧道開(kāi)挖前，采取超前支護(hù)方法，可避免在坑道掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。超前支護(hù)主要包括：超前錨桿方法、超前管棚法等。工作面條件與支架適應(yīng)條件對(duì)照表。

（2）超前小導(dǎo)管預(yù)注漿方法。超前小導(dǎo)管預(yù)注漿主要是根據(jù)開(kāi)挖外輪廓線，按照規(guī)定的角度置入管壁帶孔的小導(dǎo)管，在施加壓力的同時(shí)，向管內(nèi)壓注水泥，以增強(qiáng)巖體的穩(wěn)定性，起到超前預(yù)支護(hù)作用。

（3）降水、堵水方法。松散地層中的含水量，造成隧道施工中存在各種隱患。因此，在施工中綜合采取輔助坑道內(nèi)井點(diǎn)降水、深井泵降水、注漿堵水、洞外地面隧道兩側(cè)布點(diǎn)等方法。在隧道施工中，結(jié)合隧道埋深以及工程水文地質(zhì)條件，綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，從而采取可行性的技術(shù)，切實(shí)提高工程質(zhì)量水平。

3.3流沙地質(zhì)條件的施工技術(shù)流沙大多呈糊漿狀，容易出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)坍塌、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形等危險(xiǎn)情況，不利于安全的隧道施工。因此，在治理流沙地質(zhì)情況之前，應(yīng)該先及時(shí)處理水流情況，特別需要減少沙層的含水量。在流沙地質(zhì)條件下，可采取以下綜合處理措施：首先了解流沙特性以及地質(zhì)構(gòu)成結(jié)構(gòu)，分析粒徑分布、塑性指數(shù)等，從而采取因地制宜的治理方案。在開(kāi)挖過(guò)程中，采取自上而下分部進(jìn)行，先護(hù)后挖，密閉支撐，邊挖邊封閉，控制沙粒從支撐縫隙中流出。或者采取超前注漿技術(shù)，以改善圍巖結(jié)構(gòu)，再繼續(xù)開(kāi)挖，避免對(duì)洞身襯砌造成破壞。按照施工組織設(shè)計(jì)要求，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，從而制定可行性、經(jīng)濟(jì)性的施工方法，確保施工質(zhì)量的提高。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)地質(zhì)比較復(fù)雜，隧道施工是與我國(guó)交通事業(yè)、人民生命財(cái)產(chǎn)安全密切相關(guān)的事業(yè)，國(guó)家及施工單位需要提高重視，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境加強(qiáng)研究，改進(jìn)施工技術(shù)，增強(qiáng)施工質(zhì)量的安全性，從而保障公路隧道施工項(xiàng)目的高效完成，促進(jìn)我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展。

作者：張振雨單位：中交第四公路工程局有限公司