复杂地质条件下大纵坡隧道斜井施工技术探讨

一ｌ０２一　文章编号：１６７３—６０５２（２０１４）０５—０１０２—０３　北　方　交　通　中图分类号：Ｕ４５５　文献标识码：Ｂ　２０１４年第５期　复杂地质条件下大纵坡隧道斜井施工技术探讨　潘俊明　（山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司）太原市０３０００６）　摘要：大梁山特长隧道是天镇至大同高速公路的控制性工程，设计总长为６０５８ｍ，为山西雁北第一隧，其中　设通风斜井一处，在斜井施工过程中遇到了浅埋、断层、破碎带及涌水等一系列不良地质条件，加之纵坡坡度超大，　给施工带来了极大挑战。结合施工实践，探讨了合理的开挖及支护方式，安全、合理、快速地处理隧道的塌方、破碎　带、涌水路段，为今后类似工程提供经验。　关键词：复杂地质条件；大纵坡；隧道；通风斜井　１　工程概况及地质条件　２　斜井多种地质条件下隧道开挖及支护施工采取　的技术措施　２．１隧道断层、破碎带段落的开挖、初期支护施工　技术　大梁山通风斜井水平长度为６５８．６８４ｍ，纵坡坡　度１４．３６％，Ｋ０＋０００～Ｋ０＋０６０段，斜井埋深０～　４４．４ｍ，围岩由下太古界瓦窑口组（Ａｒｌｗ）全～强风　化紫麻粒岩夹片麻岩、变辉绿岩脉等组成，属极软　岩，岩体呈裂隙碎块状结构，节理裂隙极发育，围岩　极破碎。洞体内赋存少量地下水，出水状态为裂隙　滴渗水，围岩判定为Ｖ级。Ｋ０＋０６０～Ｋ０＋１９０段，　斜井埋深４４．４～１０７．７ｍ，围岩由下太古界瓦窑口组　２．１．１加强超前地质预报　由于斜井地质复杂多变，突变性极强，不可预测　性大，因此采用ＴＧＰ２０６型隧道地质超前预报系统　对前方围岩进行长短波结合的预报探测。可以更好　地预测前方围岩，有效地指导施工。　（Ａｒｌｗ）微风化紫苏辉长麻粒岩组成，以较坚硬岩为　主，岩体节理裂隙发育，呈裂隙块状结构，岩体破碎，　且围岩裂隙内赋存有丰富的地下水，出水状态为裂　隙滴水甚至局部淋雨状出水，围岩判定为ＩＶ级。　ＫＯ＋１９０～Ｋ０＋６５８．６８４段，围岩为软弱破碎夹层，　夹层呈垂直节理及不规则走向，夹层两侧为整体性　稍好的微风化紫苏辉长麻粒岩，夹层与两侧围岩连　接性差，夹层裂隙极发育，个别段落较大断层，并且　存在大量地下水，大量地下水通过裂隙集中于此，出　水状态为淋雨状，局部喷涌状。　２．１．２采取“弱爆破、短进尺”的开挖方式　加强施工组织管理及隧道爆破技术交底，特别　是要分析大纵坡对开挖作业产生的不利因素，并制　定相应的应对措施，各工序有序跟进，相互衔接。由　于斜井纵坡大，若按正常隧道施工的爆破方法进行　开挖，爆破效果较差，且容易产生超挖及塌方，因此　在围岩较差段落采用局部爆破、挖掘机开挖、人工修　边相配合的方式，根据实际情况调整炮眼间距及装　药量，减少开挖时对围岩的扰动。同时，在进行开挖　作业时若因施工组织中开挖、支护方式与实际开挖　通风斜井底端处于早期深断裂构造内，基性侵　人体沿断裂构造上升侵入到早期的变质岩中，岩脉　围岩情况不相适应，及时调整支护参数，遵循“岩变　我变”的隧道施工方针。　斜井在施工中，曾多次出现小型塌方。总结经　验教训后，及时对开挖方式及时进行调整，采取超短　产状陡倾，与隧道｛同体相交，对洞身影响段落较长，　断层带内的变辉绿岩脉较为破碎，断层与围岩接触　带挤压明显，长石类矿物高岭土化强烈，对开挖掘进　影响很大，且由于地下通风排烟道断面较小，需要进　行扩洞施工，施工技术难度极大。　距离三台阶预留核心土法开挖，上导开挖高度不大　于２ｍ，台阶长度３～４ｍ。中导开挖高度视上部土体　厚度而定，台阶长度５—７ｍ。下导与仰拱的距离不　２０１４年第５期　潘俊明：复杂地质条件下大纵坡隧道斜井施工技术探讨　超过５ｍ，二衬紧跟。预留核心土法对围岩扰动较　小，并能很好地应对大纵坡的影响，保证了开挖施工　的安全性。　２．１．３加强超前支护　斜井施工遭遇断层、破碎带后，即使仅用挖掘机　进行开挖，依然会出现坍塌甚至塌方，特别是在Ｋ０　＋３２０、Ｋ０＋３３７、Ｋ０＋３４２段三次连续大型塌方之　后，围岩由最初塌方时的软弱破碎夹层，整体性稍好　的微风化紫苏辉长麻粒岩，夹层裂隙发育，变为全一　强风化紫苏辉长麻粒岩，夹片麻岩，围岩极易破碎，　连接性极差，整体性差，围岩裂隙极为发育。由于斜　井超大纵坡的影响，开挖完成后，围岩白稳性差，前　方围岩受挤压与剪力明显，根据围岩情况，加强支　护．及时调整支护参数。　针对斜井围岩情况，施工中采用多层小导管作　为超前支护系统，小导管参数为：（Ｉ）４２×４ｒａｍ小导　管，长度为４．５ｍ，环向间距３０ｃｍ，外插角ｌ０。，每层　３３根，在每次初支施做一层小导管。　由于部分段落多层小导管超前支护系统效果不　理想，在现场勘查后，经研究协商，在Ｖ级浅埋的支　护参数基础之上加强隧道在开挖工程的预支护系　统，即加设超前管棚预注浆支护。具体施工方案如　下：　（１）管棚布置图　／、＼＼　一Ｊ　ｆ『　ｆ／　　。　　．～一　—　、————一　图１预注浆横断面图　（２）管棚施工说明　①管棚设计参数　钢管规格：热轧无缝钢管￣７５ｍｍ，壁厚８ｒａｍ；　管距：环向间距３０ｃｍ；管棚夹角：１～２。，方向与路线　平行。　②管棚施工　配备管棚机，钻进并顶进管棚钢管；管棚施工应　先打有孔钢花管，注浆后再打无孔钢管，无孔钢管可　作为检察管，检查注浆质量；钢管接头采用丝扣连　接，丝扣长１５ｅｒａ，钢管接头应错开。　③注浆参数　水玻璃取ｌ：０．５～１：１；水灰比取１：１—０．５：　１；注浆压力：初压０．５ＭＰａ～１ＭＰａ，终压２ＭＰａ；水玻　璃模数：ｎ＝２．４～３．４，玻美度Ｂｅ　＝３０—４０。　④注浆前应先进行压浆现场试验，注浆参数应　通过现场试验根据实际情况而定，以利施工。　⑤注浆结束：进浆量小于２０～２５Ｌ／ｍｉｎ；注浆压　力逐步提高，达到终压后稳定１０ｒａｉｎ以上。　⑥完成管棚注浆后，在管棚支护环的保护下，按　设计的施工步骤进行开挖。　⑦管棚内钢架之间通过连接筋焊接牢固，连接　筋长６０ｃｍ，环向间距ｌＯＯｃｍ。　在施做中管棚后，可以在隧道的洞顶产生一个　较为牢靠的临时棚架，极大地提高了隧道拱顶开挖　后掌子面围岩的稳定性，有力地保证了施工的安全。　２．２涌水段开挖、初期支护施工技术　斜井自Ｋ０＋２０２开始，两侧围岩连接性差，夹　层裂隙发育，且存在大量地下水，出水状态为淋雨　状，局部为喷涌状。出水量由开始时的１０００ｍ　／ｄ　增加到２０００～２５００ｍ。／ｄ。２０１１年６月６　Ｆｔ以来，斜　井洞内涌水量急剧增加，又由２０００—２５００ｍ　／ｄ增加　至３０００～４０００ｍ　／ｄ。通风井的坡度为一１４．３６％，　大量洞体渗水都集中在开挖断面，给施工造成极大　的安全隐患；同时，在已支护好的初支表面也有大面　积不规则的渗水、涌水，对将来二衬的防排水是一个　很大的隐患，对此，采取以下措施进行施工。　２．２．１开挖前堵水，初期支护完成后，初支表面径　向注浆　针对斜井大量涌水的问题，以“‘防、排、堵、截’　相结合，因地制宜，综合治理”为原则，采取“以堵为　主，限量排放”的方法进行综合治理。施工中采用　在初支表面进行小导管径向注浆的方式堵水与引　水。具体操作过程如下：　（１）注浆孔按浆液扩散半径Ｒ＝２．０ｍ计算布　设，注浆孔呈梅花型布置，孔口环向间距约１５０ｃｍ，　纵向间距２００ｃｍ。单孔注浆深度４．０ｍ，断面布置注　北　方　交　通　２０１４年第５期　浆孔１２个，注浆总长约４８ｍ，平均每延米注浆孔６　箱内，待集水箱内水超过２／３时，再利用集水箱内的　个，注浆总长约２４ｍ。　水泵及增压泵将集水箱内的水排出洞外。由于斜井　（２）注浆孔采用风机钻孔，方向为隧道断面径　超大纵坡的影响，水泵压力不足，因此设置增压泵增　向，孔径为５０ｍｍ，比小导管外径大１０ｍｍ。钻孔孔　加压力，避免出现积水回流现象。　位最大允许偏差为５０ｍｍ，钻孔偏斜率最大允许偏　施作截水沟：大纵坡不仅给施工带来极大不便，　差为０．５％。　对洞内地下水也起到了“引导”作用，大量渗水在纵　２．２．２三级平台、二级抽水、施作截水沟　坡的影响下流向掌子面附近，为抑制水流流向掌子　对于洞内积水，施工时采用“三级平台、二级抽　面，施工时在仰拱内每隔１００ｍ施作一条深５０ｃｍ截　水”的方式力求将洞内积水排出洞外，方便施工，杜　水沟，拦截流向掌子面的渗水。为保证行车的安全，　绝安全隐患。　截水沟上铺设２ｃｍ厚钢板，保障车辆行驶不受影响。　三级平台：掌子面积水区为第一平台、洞内缓冲　３结论　坡段集水箱为第二平台、洞口集水箱为第三平台。　本文通过对大梁山隧道在复杂地质情况下大纵　二级抽水：将掌子面积水抽到洞内缓冲坡段为　坡通风斜井开挖、支护、排水等各种施工工艺的探讨　一级抽水，将缓冲坡段集水箱内积水排除洞外为二　和介绍，为类似斜井的施工总结了经验，具有极为重　级抽水。　要的参考价值。　设备配置：掌子面积水区设置３台５５ｋＷ水泵　参考文献　（视水量大小，酌情增减），缓冲坡段集水箱设５５ｋＷ　［ｉ］孙海波．公路隧道防水技术及其问题的探讨［Ｊ］．中国新技术　水泵一台、２２ｋＷ水泵一台及５５ｋＷ增压泵一台，集　新产品，２０１０（１６）：９６．　水箱规格为４ｍ（长）Ｘ２ｍ（宽）Ｘ　１．５ｍ（高），各级平　［２］赵学新．公路隧道施工监测浅析［Ｊ］．山西建筑，２０１０（２５）：　３３１．　台间安装ｑｂ９０ＰＶＣ管两条及一条消防软管作为备　［３］龚尊才．公路隧道施工工艺研究［Ｊ］．科技资讯，２０１０（１９）：　用管。　１０６．　抽水方案：在各工序开始之前，先将掌子面积水　［４］程晓，吴秋蓉．注浆技术在市政地下工程中的应用［Ｊ］．地下　区内的积水利用３台５５ｋＷ水泵抽到缓冲坡段集水　工程与隧道，１９９１（１）：１１０．　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ａｂｏｕｔ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　Ｉｎｃｌｉｎｅｄ　ｓｈａｈｓ　ｏｎ　Ｌａｒｇｅ　Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　Ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　Ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ＰＡＮ　Ｊｕｎ—ｍｉｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｄａｌｉａｎｇ　Ｍｏｕｎｔａｉｎ　Ｅｘｔｒａ——ｌｏｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｉｓ　ａ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｎｅｃｔｓ　Ｔｉａｎｚｈｅｎ　ａｎｄ　Ｄａｔｏｎｇ．Ｗｉｔｈ　ａ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｌｅｎｇｔｈ　ｏｆ　６０５８ｍ，ｉｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｌｏｎｇｅｓｔ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　Ｙａｎｂｅｉ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｏｎｅ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｓｈａｆｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｏｎ　ｉｔ；ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ，ｓｏｍｅ　ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｍｅｔ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｈａｌｌｏｗ—ｂｕｒｙｉｎｇ，ｆａｕｌｔｓ，ｃｒｕｓｈｅｄ　ｚｏｎｅｓ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｂｕｒｓｔ．Ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｐｒｏｐｅｒ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｃｏｌｌａｐｓｅ，ｃｒｕｓｈｅｄ　ｚｏｎｅｓ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｂｕｒｓｔ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒｏｊｅｅｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；Ｌａｒｇｅ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｓｌｏｐｅ；Ｔｕｎｎｅｌ；Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｓｈａｆｔ