不良地质隧道设计与施工的常用处治措施

1、    不良地质隧道设计与施工的常用处治措施    王明生摘 要：文章总结了隧道设计与施工中常见的膨胀性地压、隧道漏水、松散地层、滑坡等不良地质的特征、情况以及应考虑的问题和采取的常用处治措施。关键词：不良地质；隧道；措施；方法中图分类号：f407.1 文献标识码：a 文章编号：引 言目前，高速公路隧道的建设进入了一个新的发展时期，隧道的数量比以往任何时间都要多得多，因此，针对不良地质隧道的设计与施工，显得越来越重要。不良地质隧道，主要问题是膨胀性地压、滑坡、浅埋地段的偏压，使支撑、衬砌变形破坏；断层破碎带中大量涌水，使洞内出现流石、流泥、流砂，淹没坑道

2、；软弱地层中的承载力小，使支撑、衬砌发生不均匀的下沉；松散地层的滑移，引起山体丧失稳定等等。这些问题给隧道的设计施工带来了严重困难。不良地质隧道的设计应力求做到绕避合理，措施得当。依山傍河线坚持宁里勿外，早进晚出的原则；尽量不修短隧、明洞群，绕避偏压体、堆积层、滑动体、断层带；正确处理开挖与支撑，支撑与衬砌的关系，采用先护后挖法和钢骨架封闭式的衬砌；涌水长隧道采用人字纵坡，以利施工排水或利用辅助坑道截排地下水；采用清方减载或回填反压等措施以稳定山体。不良地质隧道的施工，尽量做到继续查明地质情况，做好施工准备，不打无把握之仗。认真实行先排水、短开挖、强支撑、弱爆破、快衬砌、勤检查、固洞口等行之有

3、效的措施。坚持正常的施工秩序，正规的作业程序，重视安全质量，认真贯彻岗位责任制。本文就膨胀性地压等不良地质隧道的设计与施工谈几点建议。1 膨胀性地压11 膨胀性地压的特征围岩膨胀和软塑挤压，作用在支撑和衬砌上产生了膨胀(挤压)压力。膨胀性地压，不仅有强大的垂直压力和侧压力 (侧压力往往大于垂直压力)，且有较大的底压力，它与衬砌结构的形状和刚度均有密切关系。这类地压的时间效应异常显著，多数是在开挖暴露 34d后才有较大的地压出现，且在一定时间内持续地逐渐增长，初期增长较快，经过较长时间才能稳定。12 设计与施工的主要措施1)施工方法与工序安排。在膨胀性地层中施工，以采用上导坑或弧形导坑先拱后墙法

4、为宜。工序安排应特别紧凑，开挖后，围岩暴露时间应尽量缩短，减少风化、水化作用，并在筑拱后，及时压浆加固。拆模板后，立即对拱背填充、压浆。在拱圈完成一定长度后，紧密落底，对开首轮马口，灌筑边墙、仰拱等。由于围岩暴露时间短，膨胀压力小，因此衬砌结构变形小，无裂纹和侵入净空现象。2)分部开挖和支撑。导坑木支撑多采用框架式，预留沉落量 02004m，如设有下导坑其断面可选用单道并预留加固支撑空间。扩大使用扇形支撑时，开挖由上而下，各号纵梁均需预留沉落量。如采用花拱支撑可采用弧形导坑开挖，分片架立。拉中槽或挖中层，拱脚岩层应保留足够的宽度，配合马口位置分段掘进。马口采用对开，长度为 24m，开挖时逐层下

5、挖并架设卡口梁及横撑。3)衬砌结构。采用钢骨架封闭式衬砌。施工中为了防止拱脚下沉，可采用加大拱脚断面；起拱线以上1m范围内用同级混凝土灌抵岩壁，向岩壁打入锚杆；拱架下设置方木排，扩大拱架承压面积等措施；并注意不使地下水浸泡拱、墙脚。为了防止衬砌浸蚀，拱脚一般提高 10cm，起拱线处放宽 1020 cm。2 隧道漏水在雨量充沛地区，地表沟谷发育，岩层褶皱断裂发育，为地下水的储存活动创造了有利条件。因此在一些断层破裂带，张性和张扭性裂隙密集带、向斜轴部，不同岩层接触带附近以及岩溶地区通过的隧道，施工期间就会有可能遇到大量地下水及承压涌水。这些地下水以裂隙水、断层水、岩溶水等几种为主要类型，而以裂隙

6、水为主要存在形式。严重涌水的隧道，处理不当，施工期间就会发生坍塌、膨胀性地压以及不均匀沉陷等现象。在反坡端施工的洞口，大量涌水可以导致淹没导坑，高压涌水地区，突然涌水，会导致人员伤亡事故。为整治水害，应坚持以排、截为主的治水原则，采用机械排水、平导及迂回导坑截排地下水，开挖反坡水沟等方法，进行有效处理。3 松散地层松散地层，结构松散，胶结较弱，地压大、稳定性很差，有地下水时更甚，施工中极易发生坍方。隧道穿越此类地层的地段一般是：分布广泛的第四系地层的堆积体；极度风化破碎已失岩性的各类地层；古河床中冲积而成的漂卵石地层等。在松散地层中施工，为了减少对围岩的扰动，一般采用先护后挖方法(插钎、插板)

7、。但有的地层含有大小孤、块石，用插钎法很难控制方向，且因间距过大，不能防止砂土下漏。在含水砂层中，插板法不仅进度缓慢，且易于震坍。一般在施工中采用如下几种特殊的施工方法。31 压浆加固地层法压浆加固地层法是在开挖前打入压浆导管，在开挖断面外，压入水泥浆液，使围岩结成一个薄壳，在其防护下进行施工。在无胶结的松散砂砾或砂夹碎、卵石的隧道均会有良好的效果。压浆加固地层法可以保证安全质量，使开挖顺利进行。但耗用水泥较多，且在地层含泥量大或有较大地下水时，不易达到预期效果。同时，施工中应对浆液的扩散规律进行试验和研究，否则，难以收到有效的加固作用。32 钻钎护顶法隧道通过的漂卵石地层，一类为粘砂土充填，

8、胶结密实，漂卵石数量不会超过 50%，较为稳定，采用先护后挖法即可通过。另一类是无粘结物充填的漂卵石堆积层，极度松散无胶结构，开挖时一触即坍，施工会十分困难，如采用一般插钎法，打入极为不易且难以掌握方向，达不到护顶的目的。若在地表钻孔压浆，由于漂卵石之间孔隙大，难以控制压浆范围，将来耗费大量水泥。这种情况，宜采用钻钎护顶法，即采用凿岩机钻钎护顶，并易于控制钻钎方向和位置，顺利通过漂卵石堆积层。33 降低水位法在含水砂层中，若水具有承压性质，则围岩极不稳定，施工困难。则宜采取降低水位、水压的措施，减少砂层含水量，以稳定地层，利于施工。4 滑坡滑坡在隧道施工时，是常有现象，分析滑坡时，要分析滑坡深

9、浅，稳定程度，在整治方案上，针对具体情况，分别对待，采取多种措施，综合治理。41 设计措施若滑坡为坡残积土沿基岩顶面滑动，并且滑坡后基岩裸露，且处暂时稳定状态，推断进一步发展与扩大的可能性甚小，边坡不高，则宜以路堑方案通过。采用抗滑桩和挡护结合整治的措施，并设天沟与渗沟拦截地表水和排除地下水。如果滑坡沿开挖临空的坡脚滑出，滑面随开挖深度而变化，说明岩性软弱，不宜继续下挖，宜改用隧道和明洞通过。无修隧道条件，则采用明洞。第三种情况是，滑坡地段，或由于开挖失去平衡，加之雨水下渗，古滑坡复活，产生顺层推移式滑坡，则宜采用在滑体上部清方减载，回填反压，在滑体下部增加抗滑力。若出现在洞口，则将明洞增长，

10、并将明洞与暗洞的衔接处，暗洞采用钢骨架混凝土加强衬砌，在洞顶增设纵向截水沟，拦截地表水。42 施工方法隧道部分：采用上下导坑先拱后墙法施工。明洞部分：拱部及外墙明挖，内墙跳跃挖井，先墙后拱。衬砌完成后，及时压浆，填充拱墙背后空隙。坍滑地段采用花拱支撑，并在地表裂纹地段进行压浆封闭处理。以往的实践表明，一般洞口滑坡采用接长明洞，结合减载反压，是一项有效的措施。同时要注意，清方减载应不致因塌方而导致上部山体变形；加载反压倾角较大且有软弱夹层；断层破碎带；岩层软硬不均和松散堆积层等。施工中措施不当，坍方后也易造成偏压。在设计时，要注意针对不同情况，选用偏压衬砌，同时，要考虑偏压地质构造可能出现的顺层

11、滑动，以及断层破碎带造成的不对称荷载影响。5 注意事项1)做好地质工作，在勘测时即应查明地质构造，岩性、工程地质特征和水文地质条件等，对围岩稳定性作出评价，这对不良地质隧道的设计与施工都有极为重要的指导意义。施工期间，对不良地质地段，更要加强地质预报，如采用超前钻孔，弹性波测试等，及时、准确地预告前方可能出现的地质问题，才能使施工人员掌握主动，便于采取相应措施。2)不良地质隧道围岩稳定性差，开挖时要采取少扰动地层的施工技术，如先护后挖法，压浆加固地层法或钻钎护顶法以及锚喷支护，处理好开挖和支护，支护与衬砌的关系，尽量避免坍方发生。3)加强衬砌结构的整体性，及早封闭，尽快压浆。不良地质隧道地层分布情况复杂，侧压力较大，有时还有明显的地压。要注意选择衬砌断面型式，加强结构的整体性，选用钢骨架曲墙带仰拱断面类型，不宜选用刚度大，厚砼衬砌。施工时，工序应紧凑、及早封闭、缩短围岩暴露时间，尽快压浆以改善衬砌受力状态。对于出现膨胀性地压隧道，采用二次衬砌法。4)慎重对待水害，加强治水工作。地下水对不良地质隧道施工，危害极大。它不仅使施工条件恶化，而且软化岩层，促使围岩丧失稳定，或导致软塑膨