研究隧道特殊地质洞段开挖及一期支护施工方法

研究隧道特殊地质洞段开挖及一期支护施工方法

易坤鹏

云南云路工程监理咨询有限公司 云南昆明 650000

【摘要】无论在公路、铁路、水电站等施工修建过程中，都可能因施工需要进行隧道挖掘工程。由于地理环境的复杂多变性，可能会途经各种特殊地质区域，如岩爆、极软岩、变形段、塌方段、涌水段等特殊地质洞段。本文根据施工经验，对隧道特殊地质洞开挖及一期支护施工方法进行了总结归纳。

【关键词】隧道开挖；特殊地质洞段；一期支护施工

我国地域广袤，公路、铁路、水电站的修建是带动经济发展的重要途径，在施工过程中，经前期勘测地质、环境等条件后，对特殊地段需要进行必要的隧道开挖。而特殊地质洞段地质条件复杂，构造活动性较强，断层发育现象频繁，隧道局部洞段可能埋深过大，容易发生高应力问题，隧道成洞的条件较为困难^[1]。隧道开挖施工存在一定的安全风险，必须准确勘测地质环境，确定合适的开挖、支护方法，才能进一步保障工程质量和人员财产安全。

1 工程概况

某公路隧道总长为4.8km，隧道净高5m，净宽10.5m，开挖处围岩分布多类，其中Ⅳ级围岩占比50%，Ⅴ级围岩占比35%，Ⅲ级类围岩占比15%，在具体的施工过程中需根据围岩类别进行开挖施工和支护，以确保施工的安全稳定。隧道地理条件复杂，特殊地质洞段占比较多，施工难度增大。区域地质岩体种类丰富，局部岩体极为松软，危险系数升高，断层破碎带和裂隙发育带周围有涌水现象。

2 隧道施工及一期支护方法

该公路隧道围岩类别以Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ为主，施工过程中遇岩爆段、极软岩段、变形塌方段和涌水段，结合围岩级别和洞段地质，采取弱爆破、T型分布平行开挖、洞身预留核心土法、风镐挖掘等多种施工方法，同时采取钢筋拱架、锚杆和超前小导管等差异化支护方案，综合进行隧道施工和一期支护工程。

2.1Ⅴ类围岩开挖及一期支护

Ⅴ类围岩较为松散，在本次隧道施工中占比较多，对Ⅴ类围岩中的砂层碎砾等极软岩段和个别岩爆段采取相应的开挖方法和支护措施，稳定岩体。

2.1.1极软岩段

Ⅴ类围岩段主要采用T型分布平行开挖法，该段岩体多为极软岩，岩质不稳定，存在极薄层灰质板岩、砂岩、砂质泥岩、绿蛇岩等，挖掘期间根据具体情况改进施工方法，可结合预留核心土等开挖技术。前期开挖弧形上导洞后，立即进行拱部初期支护，架构钢筋拱架、钢筋网片和连系筋，同时喷护C25砼，加强负载能力。接着进行洞身预留核心土开挖，预留核心土台，土台长度2-5m，宽度8m，高度5m，土台的上下台阶错开0.3m，使整体台阶呈现一定坡度，缩小土台的总体高度。土台挖掘分为上下部分，首先挖掘台阶中部，接着挖掘台阶上部，上部进尺保持0.5m一次循环，台阶长度4.5-8.5m，高度为6m，上部台阶完成后进行支护施工，支护方式选择钢筋拱架和锁脚锚杆，根据岩体变形和下沉情况在底部安装槽钢托梁，与拱架连接，钢筋拱架每榀间距0.3-0.5m，底部连接锁脚锚杆并焊接到槽钢上，同时为正在施工的台阶预留0.1m长度，预防上下台阶互相干扰。接着开挖下部台阶和侧壁部，下部台阶长度15-25m，支护拱架施工左右交替，逐榀连接拱腿拱架，及时安装锚杆系统。遇围岩含水量增大至20%左右时，掌子面会出现土体滑动、岩块掉落现象，同时墙角流土，此时合理调整掌子面中部预留核心土，两侧进行人工掏槽掘进。一期支护施工可应用钢格栅柔性支护方法，结合机械开挖和弱爆破方式进行稳步的支护施工。根据洞段开挖情况保持0.5m的钢格栅间距，钢格栅拱肩、拱腰部位施加10根定位锚杆，拱脚施加6根锁脚锚杆，确保施工安全。同时发挥围岩的自稳能力，在围岩处埋设监控测量设备，监测围岩收敛变形和拱顶沉降变形情况，并通过分析其监测数据来判定是否需要加强支护施工。

2.1.2岩爆段

岩爆洞段的岩体中积累了大量的弹性变形势能，势能在一定条件下突然猛烈释放，从而导致岩体爆裂并弹射出来^[2]。岩爆现象一般出现在高应力区域的隧道施工中，岩爆洞段施工常规采取洒水降压方法，对开挖后的岩面洒水减压，降低岩石的脆性，其次还可采取超前导洞和钻孔释放应力等施工方法。在此次施工途中遇到个别坚硬岩石和大块孤石，考虑Ⅴ类围岩环境，故采取轻度岩爆，运用控制爆破和弱爆破进行辅助开挖，开挖后对岩面洒水降压取得了良好的效果，一期支护方法应用喷锚挂网，约束岩体变形，完成支护施工后，需扩挖6m深孔作为减压孔。其他围岩类别中出现较为严重的岩爆洞段时，还可增加钢拱架加强支护能力，减少施工安全隐患。

2.2Ⅳ和Ⅲ类围岩开挖及一期支护

Ⅳ类围岩和Ⅲ类围岩较为相似，岩体微风化和弱风化，断裂结构较多，裂隙发育，此次施工中，Ⅳ类围岩和Ⅲ类围岩中存在断层破碎带和理裂隙发育的岩体，裂隙水严重，地质泥石矿物吸收裂隙水后软化变形，地质强度减弱，在水流或应力作用下产生变形甚至塌方，同时地下水和裂隙水严重，个别地段出现涌水现象[3]。Ⅳ类围岩和Ⅲ类围岩处隧道挖掘采用全断面法，支护方法结合钢筋拱架和超前小导管等多种方法。

2.2.1变形塌方段

岩体强度较低部位使用液压锤和风镐挖掘，强度较高处选择弱爆钻孔，严禁粉碎性爆破，施工中安置注浆小导管，形成固结圈。为防止岩体变形，采取钢性支护措施，在钢筋拱架内层增设副拱架，共同受力，维持岩体稳定。支护完成后，岩体后期可能会出现持续变形，因此在围岩处埋设监测设备，加大围岩监测频率，观察岩体是否有变形趋势，及时进行预防喷护混凝土损坏和钢筋架扭曲等情况。造成岩体塌方的原因主要是施工过程中注浆水分大量渗入岩体，以蛇绿岩为主的岩层遇水软化，掌子面岩体不稳定，容易坍塌，小导管超前预注浆也无法预防塌方问题。遇水软化塌方段，需要在塌方段前方6m处的断面范围钻挖4m左右的排水孔，排除水流。在钢筋拱架上搭接密排超前小导管，长度选用3m，搭接长度1.5m，搭接仰角10°，为洞内提供强力支护作用。当围岩含水量影响到施工和安全问题时，应增设排水盲沟，沿全断面底拱纵向增设3道排水盲沟，中间一道，钢筋拱架两侧拱脚处各一道，纵向每隔3.5m设置一道横向排水盲沟，水沟断面尺寸为0.3m×0.3m，水沟中填筑鹅卵石，中间的纵向排水沟每隔15m增设1处集水井，用于水流汇集抽排。断层破碎带岩体自稳时间极短，施工时采用潜孔顶钻管法，长管棚长度7m，管内增设螺纹钢骨架，同时预留梅花形注浆孔，管棚后端连接钢筋拱架和拱背，仰角15°，接入断层破碎岩体中，接着进行预注浆，形成固结圈，为岩体开挖做好支护措施后，采取预留核心土方法进行台阶分部挖掘。

2.2.3涌水段

隧道局部地质洞段涌水现象突出，平均流量达到94L/s，施工过程中爆破效果较差。开挖爆破前，用螺纹钢堵塞掏槽孔和辅助孔的塞炮孔，让爆破能量的利用率最大化，提高爆破效果，常规的硝铵炸药在涌水段效果不大，根据工程实际情况更换为乳化炸药。支护结构仍然采取钢筋拱架、网片、连系筋和喷护C25砼的联合支护体系，支护前在岩面紧贴安置EVA防水板，引导涌水沿洞壁流向底脚部位。参照施工实际情况和施工经验，涌水段开挖依据的围岩类别按照正常围岩类别降低一个层级，即采取低一级的围岩类别开挖和支护施工方法。Ⅳ级围岩和Ⅴ级围岩均需要实施超前支护后开挖，Ⅳ级围岩采取超前小导管预支护，Ⅴ级围岩采取超前锚杆预支护，当小导管无法满足支护条件，则需采取密排超前小导管^[4]。

3 结束语

隧道特殊地质洞段地理环境和地质结构复杂，施工方法和一期支护方法均需要根据实际的地质特性进行特殊对待。针对不同的围岩类别采取相应的砂浆锚杆、钢筋网片、喷护混凝土、超前小导管和钢筋拱架等多种支护形式，确保各类特殊地质洞段岩体稳固和施工安全。

参考文献

[1]尚珊珊,宋剑锋.公路隧道工程开挖施工关键技术研究[J].交通世界,2021(34):122-124.

[2]胡思维.炭质泥岩隧道洞顶地表裂隙披露及注浆加固[J].广东公路交通,2021,47(06):44-48.

[3]黄志驹.某公路隧道洞身支护和塌方部位处理措施[J].人民黄河,2021,43(S2):188-190.

[4]宝富.浅埋隧道施工监控量测技术[J].设备管理与维修,2021(24):154-156.