不良地质隧道施工技术总结

1、不良地质隧道施工技术梁雄宇 1 林雄奇2（四航局一公司贵都高速公路第九合同段项目部 广东 广州 510500）摘要：在公路隧道施工中，不良地质隧道施工已成为施工的首要问题，本文中以贾托坡及九条龙隧道为例，分别阐述在不良地质隧道中小、中、大型溶洞的处理措施、塌方处理方法及开挖、初支过程中施工方法。该文对类似九条龙隧道施工有肯定借鉴作用。关键词：公路隧道 不良地质 施工技术1、工程简介 贵都高速第九合同段隧道共两座，分别为贾托坡隧道及九条龙隧道，其布置形式为分离式双洞单向行车双向车道，设计速度100km/h，净高5m，净宽10.75m，汽车荷载等级为公路I级。两座隧道地质条件简单，地层岩性以碳酸盐

2、岩为主，还存在冲积泥沙、粉沙、残积粘土。岩溶为隧址区主要不良地质问题，其次为崩坡积累体。本文主要以九条龙隧道为主，介绍九条龙所受不良地质影响。崩坡积累体位于九条龙隧道进口段，主要由碎石、角砾及粉质黏土组成，稍密至中密状为主。岩溶形态主要为溶洞、竖井、落水洞及岩溶漏斗等。依据地表地质调查资料，隧道区落水洞、竖井、岩溶漏斗星罗棋布，呈串珠状展布，岩溶垂直循环带极为发育。隧道开挖时遇到溶洞多次，施工莫非度很大，其中九条龙隧道出口一大溶洞纵向跨越长达37m，横向宽15m，高出拱顶10m，深度约50m；遇到大小突泥不小于7次。2、施工方法的选择洞室的形成是通过开挖和支护两个施工阶段完成的。因此接受的施工

3、方法和支护方法也必定对整个隧道的稳定给予肯定的甚至是极为重要的影响。选择隧道的施工方法，应以地质条件为主，还要结合隧道长度、断面、结构类型、工期要求、施工技术力气、机械设备情况和综合效益等综合确定。由于不良地质情况下围岩自稳能力差，因此开挖后需要及早施作初期支护，并闭合成环，提高承载能力，因此决定接受短台阶法作为基本施工方法。接受拱部超前的台阶法开挖不仅能在正面和中层同时钻孔，而且支护筹备、支撑架设和喷射混凝土支护以及锚杆作业都能相互交替进行。如果岩体的自稳时间不足或开挖面不稳时，可接受台阶式保留核心土的方法。为了充分利用围岩的自稳能力，延长洞身开挖后围岩自稳时间，我们可确定先护后挖。在洞口软

4、弱围岩地段接受108长管棚施工，在V级围岩地段接受超前小导管注浆加固地层，并超前支护；在IV级围岩地段接受超前锚杆支护。由于地质条件差，岩体松散裂开，选择支护手段时，要选用既能承受较大的围岩压力，同时还能大面积的、坚固的与岩体紧密接触，能准时施作、随时加强的支护手段。因此，我们接受喷射混凝土、锚杆、挂钢筋网、钢拱架联合一起的组合支护形式。如TSP测出前方有水及填充物征兆，需借助“地质雷达扫描+地质超前探孔”地质超前预报手段进一步确定前方围岩情况，再依据所确定的围岩情况来决定掌子面开挖及支护方法。在厚大的石灰岩、白云岩中进行隧道开挖时会遇到隐伏性岩溶、溶洞。施工中必须重视超前探测，准时实行相应的

5、处治措施。对于岩溶水量较小，与外界无水力联系的溶洞，可用排水管将水导入中心水沟。如果岩溶水量较大，无法一时排干，且与外界有水力联系时，尽量不要破坏现有的溶洞水平衡。依据溶洞消失的位置、大小、形态、填充物状况等不同，接受不同的结构形式进行处治，注意在衬砌背后设有充足的疏排措施。如果自稳性很差的围岩在较长时间达不到基本稳定的条件，喷射混凝土消失大量的明显裂缝，而支护能力又难以加强，则应及早施作仰拱，以改善围岩受力变形条件。若围岩仍不能稳定，应提高二衬参数，提早进行二次衬砌，以提高支护抗力，避开初期支护坍垮。依据新奥法理论，变形在初期支护下已趋于稳定，二次衬砌作为平安储备而修建，而不是把二次衬砌作为

6、承载的主要结构在衬砌施工时，强调适时衬砌，充分发挥初期支护的作用。3、隧道不良地质简略展现3.1、溶洞当隧道穿过溶蚀性岩层时，有的溶洞位于隧道拱部腰部，内充填物松软且深，溶洞难于处理，进度滞后；有的溶洞位于隧道底部，跨越半个隧底，隧道基底难于处理；有的溶洞岩质裂开，容易发生坍塌；有时遇到大的水囊，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道；有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当坑道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入隧道内，难以遏止，甚至地表开裂下沉，山体压力巨增。隧道在溶洞地段施工时，应依据设计文件、超前地质预报等有关资料及现场实际情况（地质超前钻），查明溶洞分布范围、类型情况（大小、有无水、溶洞是否与外界联

7、通，以及其充填物 ）、岩层的稳定程度和地下水情况（有无长期供应来源、雨季水量有无增长）等，分别以引、堵、跨越等措施进行处理。本工程隧道施工中无遇到地下暗河，基本以裂隙水囊存在；有些裂隙洞是由地表根系进展于洞内，洞内水有地表强降雨补充。其中九条龙隧道出口一大溶洞纵向跨越长达37m，横向宽15m，高出拱顶10m，深度约50m，隧底水系发育。其他基本以中小型溶洞存在。3.1.1、中、小型溶洞的处理措施对地下水不发育的中、小溶洞，接受浆砌片石或干砌片石回填处理，必要时压浆填充。（1）、边墙溶洞处理对隧道边墙通过的溶洞，经调查及雨季中考验证明溶洞水对隧道无影响时，施工中接受回填封闭处理。靠边墙1m范围内

8、用浆砌片石回填，或回填弃碴，空隙吹砂填满，并压注水泥砂浆胶结。（2）、隧道拱部护拱防护当隧道穿过拱部发育之溶洞，无充填物、干燥、溶洞高大，洞壁有溶实裂隙。处理措施：先施作洞内初支，在初支中接受工字钢加强或加密，过程中在适当位置预留泵送孔，当初支跨越该拱部溶洞时，在预留孔中泵送C20砼，泵送标高应高出钢架最高处2m，以防溶洞有落石掉块时，起到缓冲作用，参见图1。如水系发达应确保原溶洞水路畅通、隧道拱溶洞空腔部分不积水。图1: 拱部溶洞处理图（3）、隧底溶洞处理对隧道底部为溶洞无填充物时，措施处理的中、小型空洞接受底板梁加强衬砌通过或在隧底以下部分用块石、碎石回填密实，距隧底1m厚度用浆砌片石回填

9、。如隧底较深可接受底板梁加强衬砌通过，隧道铺底或仰拱设计为平板型，在底板及边墙下部加设钢筋，灌注钢筋混凝土，共同形成钢筋混凝土梁，简略详见图2所示。对隧道底部溶洞内有填充物时，需换填后或先压浆胶结后再按溶洞无填充物方案处理。 图2: 隧底底板梁处理图3.1.2、大型溶洞的处理措施九条龙隧道出口一大溶洞纵向跨越长达37m，横向宽15m，高出拱顶10m，深度约50m，隧底水系发育。对于该溶洞处理方案如下：（1）、接受抛弃片石回填，粒径不低于20cm，过程中保证不破坏溶洞底水系。溶洞回填至距离隧道底部1m处后，用浆砌片石回填。（2）、依着溶洞大小施作护拱，护拱外模以I20工字钢及网片喷射砼形成，初支

10、跟进，待初支施作完后，再护拱与初支之间泵送C25砼，填充密实。过程中护拱内工字钢紧扣在洞壁上。简略参数见图3。图3：溶洞处理图3.2、塌方处理一般的处理原则是先加固, 防扩展, 后处理的原则, 要求处理塌方宁早勿迟, 宁强勿弱。对一般塌方可直接进行塌体处理, 而对塌体裂开松散、影响范围大的塌方一般分为初期处理与塌体处理两部分。3.2.1、初期处理(1)、封闭塌体, 加固塌体后方。其重要性有: 形成平衡拱的围岩本身具有肯定自稳能力, 但由于围岩的不均质, 可能有小石块的松动吊落, 进而引发较大的坍塌, 而喷混凝土可以有效地阻止小石块的松动吊落, 从而避开大的坍塌。由于有了喷混凝土附着在围岩表面上

11、, 围岩变形就会准时反映在喷混凝土表面, 为精确推断围岩稳定供应强有力的依据。喷混凝土是各种处理塌方手段中最准时、最平安的方法。在塌方后方5 m10 m 范围内接受钢支撑加锚杆及小导管注浆进行加固。(2)、如塌方塌至地表, 则应对坍塌漏斗地表进行截水, 必要时接受防水板或彩色布掩盖, 防止地表水灌入塌体内, 引发再一次塌方, 待洞内处理完毕后, 接受土石夯填到略高出原地面。待填土下沉稳定后, 用M7.5 浆砌片石铺砌。3.2.2、塌体处理塌体处理一般在初期处理完毕后或塌方临时达到自稳时进行。常用的方法有76mm管管棚法（突泥）、小导管注浆法、三台阶开挖法、二衬加强及回填法等, 并在处理过程中加

12、强监控量测工作, 用量测信息动态指导施工。3.2.2.1 管棚法在第九合同段隧道中用76管棚法处理塌方严峻段（带有大量填充物）。实行的简略措施为先对塌体及周边岩体进行预注浆加固, 之后在预留变形基础上向塌体或周边岩体打管棚进行塌方处理。九条龙隧道处理突泥中，长管棚参数如下：（1）钢管规格：热轧无缝钢管76mm，壁厚6mm；（2）管距：环向间距30cm，在拱部120°范围内布设，必要时可依据超前预报在围岩软弱处加设；（3）倾角：外插角15°20°，简略可依据实际情况作适当调整，方向:与路线中线平行，长度：一般每12m为一环，两环之间搭接长度不小于3m。（4）钢管施工

13、误差：径向不大于20cm；（5）施工机械：钻孔用潜孔钻最少满足30m钻孔要求，注浆泵2台，型号为BWS-200/10水泥砂浆泵，压力：5-10Mpa，流量：200L/min，功率：22kw；（6）灌注浆液：纯水泥（添加水泥重量15%的水玻璃）浆液。（7）注浆参数：水泥浆水灰比：1：0.8，水玻璃浓度：35波美度水玻璃模数：2.4，注浆压力 初压0.51.0MPa 终压23.0MPa，胶凝时间为10min，个别参数可由现场试验调整确定。3.2.2.2 小导管注浆法小导管注浆法适用于塌体不大, 地质条件较松散的塌方。施工措施为预注浆加固塌体和松散围岩, 并与钢拱架和锚喷混凝土相结合对塌方进行处理。

14、小管棚一般接受42 mm 钢管,长3.5 m, 环向间距40cm, 纵向间距搭接大于1.0 m, 插入施工中一般接受不同外插角的方法对加固岩体效果较好。3.2.2.3 三台阶开挖法新奥法原理要求软岩地段或塌方段施工始终坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则。三台阶法开挖时, 开挖台阶长度为3m5 m, 以人工风镐协作挖掘机为主, 帮助微弱爆破, 出渣接受挖掘机或装载机装, 自卸汽车运输；每循环进尺为一榀拱架间距, 这样就能在不扰动围岩的情况下平安顺利地通过塌方体。3.2.2.4 二衬加强及回填法由于塌方段衬砌荷载比未塌前增大, 所以衬砌要加强，加强衬砌应先考虑接受提高混凝

15、土标号或衬砌内加钢筋、型钢以加强支护能力等措施；回填材料易接受水泥浆或泵送砼方法施作，过程中应分时间段胶结后注满。4、不良地质隧道施工主要施工工艺4.1、超前支护不良地质隧道施工时，围岩大多以松散土、裂开夹层存在，自稳能力极差，开挖后在短时间内就会掉块。因此，超前支护成为必定手段。我们在隧道施工中主要接受了超前长管棚（108mm管、76mm管）、超前小导管、超前锚杆三种超前支护形式。其中，掌子面为较松散土体且含水量较大时接受超前长管棚注浆支护固结土体，V级围岩接受超前小导管注浆，IV级围岩接受超前锚杆。4.2、开挖（1）、V级围岩接受人工、风镐及机械开挖，开挖按短台阶法，分三部台阶留核心土法，

16、即起拱线上一节，起拱线下3m一节，底部一节。上中台阶长度35m，每次进尺0.81.0m，中下台阶长度尽量在30m以下，详见图4。为了保持开挖面的稳定，缩短封闭时间，接受预留核心土法。开挖后准时施作初期支护。（2）、IV级围岩接受掌握爆破与人工风镐开挖。按上下台阶法施工，拱部超前，台阶长度35m。每步进尺11.5m。掌握爆破按松动爆破施工。尤其是周边眼、内圈眼，密排炮眼，间隔装药。 图4、三台阶留核心土法4.3、支护4.3.1、喷射混凝土封闭喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至洞内，接受喷射机喷射作业。对于隧道内松散土体或软弱围岩隧道开挖后立即对围岩面喷一层5cm厚混凝土，主要

17、是封闭岩面，防止隧道周围岩体质量进一步恶化，防止围岩消失掉块或局部倒塌，然后架立钢拱架、打设锚杆、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度。4.3.2、系统锚杆施工层状围岩中，开挖后表面张裂，岩层易沿层面滑移或受挠折断而引起坍塌；块状围岩可能形成不稳定危石；加入与层面垂直并伸入松动围岩以外或承载环以内的锚杆支护，与没有松动的较完整稳定的围岩相联结，能有效增加层面或结构面间的压应力和抗滑动摩阻力，使围岩和锚杆喷射砼形成稳定的承载结构。当围岩呈块、碎状镶嵌结构，稳定性较差时，依靠锚杆和钢筋砼的支护力、锚杆的联结及本身的抗剪强度，能提高围岩承载圈的抗压和抗剪强度，起到围岩的整体加固作用。4.3.

18、3、钢拱架施工钢拱架包括型钢拱架及格栅拱架两种。钢拱架的作用是延长自稳时间，提高V级、VI级软弱围岩初期支护强度和刚度，抑制围岩变形，增强支护抗力。钢拱架安装在掌子面开挖初喷完成后立即进行。依据测设的位置，各节钢拱架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。为保证各节钢拱架在全环封闭之前置于稳固的地基上，当围岩软弱且富水时，在钢拱架基脚处增设纵向槽钢托梁，以增加基底承载力。安装前应清除各节钢拱架底脚下的虚碴及杂物。底部开挖完成后，底部初期支护准时跟进，将钢拱架全环封闭。为保证钢拱架位置安设精确，待钢拱架架立到位后，立即用纵向连接筋已施作钢拱架焊成一体。同时将钢拱架与系统锚杆焊成一体，使钢拱架与锚杆共同

19、受力。钢拱架立毕后，用砂将钢拱架拱脚连接板埋住，以便与下单元钢拱架连接。隧道防止钢拱架下沉的措施（特别地段）如下：（1）、加强对钢拱架的径向固定措施钢拱架安装与系统锚杆固定在一起，另外，要加强锚杆和钢拱架的焊接质量，确保钢拱架和锚杆连接紧固。两榀之间的环向连接钢筋必须依据设计间距进行焊接连接，同样要严格保证焊接质量。（2）、加强对钢拱架的锁脚固定措施由于接受分台阶开挖方法，拱部钢拱架安装后，钢拱架临时不能全断面封闭成环，同时软弱围岩隧道拱部钢拱架无法座落在坚实的基岩上，因此，拱部钢拱架必须实行锁脚措施，将钢拱架两底脚坚固锁定，以防止钢拱架下沉或两底脚回收，钢拱架锁脚接受每侧安设24根锁脚锚管将

20、其锁定，锁脚锚管接受42小导管，长度3.5m。锚管接受钢花管，压注水泥浆液进行锚固，如地质较差时，接受加长锁脚锚管长度和增设锁脚锚管以加强钢拱架的稳定。（3）、加设钢拱架基础连接纵梁，扩大开挖底脚，防止钢拱架悬空。为防止钢拱架下沉，视地质情况，必要时在拱部钢拱架底脚增设连接纵梁，纵梁接受槽钢，与钢拱架底脚接受焊接连接，以增加钢拱架底脚的承力面积。（4）、准时喷射混凝土进行掩盖钢拱架安装完成后，准时进行喷射混凝土施工，喷射时分层、分段进行，钢拱架应全部被喷射混凝土掩盖，保护层厚度不得小于30mm。（5）、加强对钢拱架的应力和变形监测钢拱架安装后，加强对钢拱架的应力和变形观测，对钢拱架所承受的应力

21、以及变形速率和位移进行监测，通过反馈数据分析，测定钢拱架的稳定性能，一旦发现钢拱架有下沉或变形失稳的趋势，立即实行加固措施进行处理，同时依据反馈信息进行方案的修正和优化。4.3.4、隧道围岩的监控量测隧道施工中掌子面开挖成形后，必须立即喷射不小于5cm厚的混凝土及封闭围岩，紧跟监控量测，否则工作人员不得进入掌子面作业。（1）、地质监控做好针对掌子面开挖地质情况观察、记录和描述，并绘制工程地质纵断面图，与设计地质类型进行对比，以正确推断围岩类别。（2）、平安监控对施工已开挖洞室进行平安检查，观察初期支护、二次衬砌有无发生裂缝、掉皮、钢拱变形、渗漏水等现象，确保工程质量。（3）、拱顶下沉、周边位移量测测点在洞内布置一个断面，观测频率依据监控断面与开挖面距离S确定（表1），方法及工具：收