地铁隧道施工过程中常见的工程地质问题以及主要的解决方法

地铁隧道施工过程中常见的工程地质问题以及主要的解决方法一:地质问题地铁隧道现在经常可以看见，国家和各地政府也在加快施工的脚步，充分利用地下资源，造福人民，造福社会。但在施工过程中会出现各种各样的不良的地质现象，以及出现问题后该怎么去解决，怎么去实施有效措施和保障措施。接下来就来讨论分析地隧施工过程中的地质问题及解决方法。首先从中国地形上来看，中国分为平原、高原、山地、丘陵、盆地五种地形，而山区面积广大，约占全国面积的2/3，平原属长三角地区居多，而一般地铁隧道施工选址都选择平原地区，选择山区作为地隧施工地点很少，这也就涉及到了地质的问题。平原地区地质条件良好，没有太多复杂的地质地貌，很适合地铁工程施工，山区与平原相反，由于塌方、泥石流、断层等不良地质现象，导致许多城市工程施工在山区无法进行，虽然山区最多公交是道路施工，但是也会时不时的发生事故。但有时地铁施工不得不考虑山区，当然能避开就避开，山区居多是山峰，这就要用到爆破。爆破为什么要考虑工程地质问题？因为山大多是由于地表缘由经过多年沉淀而形成现在的模样，可想而知它的岩层分层时有多复杂，所以一般我们了解到的最多的是“硬岩”用的炸药居多，“软岩”用的炸药少些，只有掌握演岩石的哪些特征会对爆破过程和效果产生重大影响，能够预报爆破工程对岩体赋存状态有什么影响，才能正确地根据围岩状态、炸药性能、掘进爆破特点等因素，选择合理的爆破参数、适宜的炸药品种，使爆破达到良好的效果，尽可能减少爆破对坑道围岩的破坏和扰动，保证围岩的安全与稳定。接下来先分析平原地区的地质问题与解决方法。平原地区地隧施工环境比山区施工环境好得多，但正因为是平原地区这个优势也就变成了劣势，那就是地下水的问题。在多水地层开挖坑道，由于改变了地下水的流通条件，往往会出现涌水，涌水对施工的影响，轻则增加劳动负担，重则危及围岩的稳定，造成坑道塌方，还有极大可能造成施工人员伤亡。涌水现象分为几种，最为常见的就是硬岩中的涌水，裂隙水量增加，有时会伴随沙土砂土流泻，甚至还会出现不可估量的大量高压水，而煤矿施工时经常会出现这种情况，工人们大多不是因为窒息而亡，而是因为高压水的突袭把人冲晕而丧失意识从而死亡，充分说明了高压水带来的严重后果，但一般情况下保护措施做得好就大大减少了危险的程度。软岩中涌水会促使岩石软化、泥化，降低了围岩的强度，也就违危及了围岩的稳定，在未固结地层中发生涌水时，会有大量土砂涌出堵住坑道，使施工无法进行。还有一种涌水现象会出现在山区，那就是岩溶地层突发性涌水，其因有一系列的溶蚀通道构成联通含水体系，在施工时被打穿后极大可能发生突发性涌水。那么该怎么解决地下隧道工程施工出现的地下水涌水问题。首先处理之前要根据涌水地段涌水量的大小，涌水的根源，其变化规律以及其水质成分等一些方面进行详细的调查和分析，在进行这个工作后再制定和采取切实可行的措施。其次是从地层方面考虑。复杂地层是地铁施工建设中面临的重要挑战，如广州、深圳、长沙等城市地铁隧道施工都曾面临复合地层所导致的工期延期，还有可能发生塌陷等事故。复合地层广泛分布于我国华南、东南及华北沿海地区，其中以珠三角广州、深圳等城市地铁最为典型。复合地层最主要的特点是隧道断面地质的不均一性、多变性与突变性，其组合方式是非常复杂多样的，但总的来说分为三类，一类是在掘进断面上不同地层的组合，一类是在掘进轴线方向上地层的不同组合，还有一类是前两者兼有。复杂地层主要造成的问题是刀盘刀具磨损严重，掘进效率低，掘进参数选择困难等。上面提到高压水带来的危害，详细来说它作为一种不利的地质环境因素，从地层来看易出现于地层交交界处、断裂褶皱发育处、节理裂隙发育的围岩中；从岩性上易出现于砂岩地层等透水性比较好的地层，再从地表的联系来说易出现浅理、与地表有联通、地表水补给及时的通道，就像城市轨道交通隧道一般位于地下，经常处在有压地下水的环境中容易受到高承压水的不利影响。对于盾构隧道来说虽常规施工技术日趋成熟，但在高承压水砂质地层中仍可能发生一系列不良地质灾害，比如盾构始发与接收过程中产生流砂、涌水，正常掘进过程中发生喷涌。喷涌的发生不但影响正常施工排土和土仓压力的控制，严重时会过多地将开挖面和管片四周的土、砂带出，造成地表沉降，塌陷，从而加剧了渗漏，形成恶性循环，严重的会导致隧道产生破坏性变形，举个例子，俄罗斯圣彼得堡一段穿越高承压水砂层古河道的地铁开始运营就漏水不断，抢险中不得已采取从内部大量排水的措施这也就导致了持续发生水土流失，使隧道产生过大沉降，运营20年后最终报废。当盾构下穿大型江河湖泊易遭遇潮汐涨落、承压水层等，高水头压力对盾构机的掘进施工和建成之后的隧道均存在影响。对于富含地下水的砂层，考虑地下水的含量及水压，以及土的塑流性及透水性等问题，一般选择泥水盾构，但由于地铁施工场地限制，导致泥水盾构越来越少，土压平衡盾构机穿越砂层，风险较大，但措施得当，也会取得成功。砂性土层内摩擦角大，渗透性大，渣土流动性差，排土困难。盾构掘进控制困难易造成地表沉降，地下水压高时易发生流砂、喷涌现象。盾构法隧道施工长距离穿砂层时，因砂性土的内摩擦角大，盾构机的面板、刀盘以及出土区与砂性土长期接触、挤压作用下，刀盘、刀具、螺旋输送机等盾构掘进系统部件易发生过度磨耗，如果渣土改良处置不当易形成铁板砂。砂卵层、圆砾地层岩体松散，无胶结，自稳能力差，单个石块强度高，卵石块在地层中起骨架作用。砂卵石、圆砾地层是一种典型的力学不稳定地层，颗粒之间的空隙大，没有粘聚力，砂卵石地层在无水状态下，颗粒之间点对点传力，地层反应灵敏，刀盘旋转切削时地层很易破坏原来的相对稳定或平衡状态而产生坍塌，引起较大的地层损失和围岩扰动。在成都、北京、兰州等城市地铁施工建设中就经常遭遇高强度砂卵石、圆砾地层现象。盾构掘进长距离大漂石、高透水富水地层、局部地层自稳性差，由于大漂石粒径大，单体强度高，含量高，沿线及掘进断面的不均匀分布，刀具短时间多度磨损，刀座变位，刀具更换困难，刀盘强度和刚度大大降低，刀盘变形，盾构掘进受阻或偏离设计线路，开挖面超挖，成型隧道周边填充不佳，施工风险较大，经济成本较高。在含孤石地层掘进时常导致刀具非正常磨损，刀盘体磨损，个别恶劣的情况下刀盘体发生整体变形，甚至由于岩石坍塌砸落在刀具上造成刀具的破坏，掘进过程中遇到花岗岩的球状风化体时造成刀具严重破坏，处理不当极易发生卡机问题，导致盾构掘进效率低，而孤石常用处理方法为加密勘测钻孔，采用深孔爆破进行预处理，针对较多离散型性较高的大块坚硬孤石，盾构掘进沿线孤石探测和处理带来以下两方面困难，一是孤石探测遗漏，由于孤石埋藏分布及大小是随机的，尽管详勘勘察钻孔间距加密，仍不排除其他地段存在球状风化的可能特殊环境下孤石勘探处理困难，地表要加密勘探，也可采用物探，地表钻探，洞内物探相结合的方法。还会出现溶洞和暗河，全部溶洞的分布地质勘察无法全部勘探到，且溶洞本身的分布和本身大小形状没有规律可循，未探明的溶洞不可预知。盾构穿越岩溶地层可能发生盾构栽头和陷落；地下水及地下水压大，工作面失水，造成注浆困难，螺旋输送机喷涌，刀盘在旋转过程中由于突然遇到表面凹凸不平的溶洞会因为瞬间荷载增大刀具的损坏，地表沉降，隧道不均匀沉降破坏等一些问题。要降低溶洞对盾构施工的影响，就要在施工之前对溶洞进行探明，以及探明之后对溶洞注浆填充的问题，对可能存在溶洞的地段进行补充地质勘察，发现有溶洞，应以孔为中心向四周外扩探孔，探测溶洞边界。在施工时盾构机应自带探测设备，进行洞内超前地质预报。在山区，最多的地质现象就是断层居多，断层由于是不连续的面，是影响岩体稳定性的重要因素，断层的存在破坏了岩体的完整性，加速了风化作用，地下水的活动和岩溶发育，断层结构面软弱，应力集中，裂隙发育，岩石破碎，整体性差，岩石强度和承载力明显减弱，透水性强，当然这也是断层区域一个好处，山区常年缺水，而断层一般在裂隙出都富含水资源，所以当这座山连断层处都没有水的话，那就要另寻去处。断层陡壁岩体不稳定易崩塌易滑动，其上下两盘岩性的差异处在两盘的建筑物易产生不均匀沉降，在新构造运动强烈地区其可能激活并诱发断层地震，断层带对工程建设不利，选择线路桥址和隧道位置尽量避开断层破碎带。二.解决方法（1）对于断层破碎带的处理，最好的方法是尽可能避开，实在避开不了的只能在施工之前充分做好防护和加固措施，由于开挖隧道代价较高，为缩短其长度，将隧道选择在山体比较狭窄的鞍部通过。（2）对于复杂地质地层的解决方法，地铁建设之前要详细了解地铁路线经过的地区进行查阅资料，并在此基础之上进行物探如电法勘探，磁法勘探以及声波勘探等，除此之外还有一项很重要的工作，那就是打钻。建造初期勘探打钻往往是在夜晚进行，为的是避免影响白天的交通，打钻每隔一定的间隔打一个钻，对地下的地质状况给予一个立体详细的结果。（3）对于地下水涌水漏水的解决方法，第一个，导洞排水。在相对于开挖坑道水力坡降的上游预先开挖一条导洞，截排地下水，再进行主坑道的开挖进程。因此法工程量大单独设置排水导洞的方法很少在一般坑道中实使用，成本太高，而当工程规模较大时可以结合地质探洞，但是在特殊地段开挖一段支洞，用其来排放地下水，以此来保证主洞的施工，在采用导洞排水时导洞应和正动平行，洞底标高应该低于正洞洞底标高；进行井点降水，深井降水。当开挖的工程位于地下水位以下时采用井点降水、深井降水，来降低地下水位，由此国外有许多工程都采用这种方法来防止克服高水位以及大量地层开挖的困难；钻孔排水，施工之前预计开挖作业面前方有地下水，并且排放不会影响围岩稳定时实施超前钻孔排水是可行的。钻孔时孔口应该有保护装置，以防人身及机器事故，提前备好后续排水措施，以此保证钻孔排水速度加快，有助于排出的水迅速排出洞外；对于漏水的防范措施，一是采取光面爆破方案，确保开挖顺利，这是加固隧道不渗不漏的基础，光面爆破没有实施顺利，极易带来拱部回填困难，一旦不密实易形成水囊，岩面凹凸不平，喷射硅难以找平，铺设防水板困难等问题，因而在施工中，严格按照光面爆破工艺要求进行操作；严把注浆止水、防水关，需要进行注浆加固的止水地段，特别是富水地段、破碎围岩地段，严格按照注浆设计进行施工，贯彻“以防为主，防排结合，综合治理”的原则，确保注浆防水的质量达到止水效果，基本实现注浆段无线流，初步形成初期支护外的止水环，为安全开挖创造条件，为隧道防水创造条件；严把小导管注浆关，采用短台阶施工时严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的施工原则，认真做好初期支护，特别是初期支护背后的回填注浆，做到渗漏水无线流，否则在严重渗漏水处打孔、下管补充注浆，直至符合要求，该项工作务必做到平行作业，分段进行，做好一段，初验一段，保证这一段的安全，施工前根据工程地质和水文地质条件，通过实验后再进行注浆。根据预注浆范围，地质条件和地下水情况，为确保注浆加固堵水效果选择合理的注浆参数和浆液配比。注浆过程中严格控制注浆压力，防止出现结构变形、串浆等现象。注浆结束后采用径向钻孔的方法对注浆效果进行检查、分析和判断；把住喷射混凝土防水关，喷射混凝土采用湿喷技术，喷射混凝土采用复喷的方式，第一次喷射封面，支立格栅，挂网之后在进行复喷，并埋入检测喷射混凝土厚度的标识钢筋，以检查喷射混凝土的厚度，在喷射混凝土施工前28天，把场地布置图。机具，混合料配合比资料报监理审批，审批后再实施，原材料称量允许偏差，搅拌时间喷射混凝土采用强制性拌合机分次投料，搅拌时间不少于2分钟。运输及存放时间当不掺加速凝剂时不得超过2小时，掺加速凝剂时不宜超过20分钟，混合料随拌随用。按照规范要求取样试验。完成喷射混凝土后，隧道基本实现干燥，局部有渗流处，可以插管补注浆，当时较大渗流可以插管接排水盲管固定引至侧沟排出。（4）对于坍塌的解决方法，在洞口边仰坡开挖前先施工洞顶截、排水沟，防止地表水冲边仰坡；洞口边仰坡严格按设计要求开挖，边开挖边防护，做好锚、网、喷防护工作，防止雨水冲刷；根据隧道洞口围岩情况制订相