1、不良地質(zhì)隧道施工技術(shù)梁雄宇 1 林雄奇2（四航局一公司貴都高速公路第九合同段項(xiàng)目部 廣東 廣州 ）摘要：在公路隧道施工中，不良地質(zhì)隧道施工已成為施工的首要問題，本文中以賈托坡及九條龍隧道為例，分別闡述在不良地質(zhì)隧道中小、中、大型溶洞的處理措施、塌方處理方法及開挖、初支過程中施工方法。該文對類似九條龍隧道施工有一定借鑒作用。關(guān)鍵詞：公路隧道 不良地質(zhì) 施工技術(shù)1、工程簡介 貴都高速第九合同段隧道共兩座，分別為賈托坡隧道及九條龍隧道，其布置形式為分離式雙洞單向行車雙向車道，設(shè)計(jì)速度100km/h，凈高5m，凈寬10.75m，汽車荷載等級為公路I級。兩座隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，地層巖性以碳酸鹽巖為主，還存

2、在沖積泥沙、粉沙、殘積粘土。巖溶為隧址區(qū)主要不良地質(zhì)問題，其次為崩坡堆積體。本文主要以九條龍隧道為主，介紹九條龍所受不良地質(zhì)影響。崩坡堆積體位于九條龍隧道進(jìn)口段，主要由碎石、角礫及粉質(zhì)黏土組成，稍密至中密狀為主。巖溶形態(tài)主要為溶洞、豎井、落水洞及巖溶漏斗等。根據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查資料，隧道區(qū)落水洞、豎井、巖溶漏斗星羅棋布，呈串珠狀展布，巖溶垂直循環(huán)帶極為發(fā)育。隧道開挖時(shí)遇到溶洞多次，施工難道度很大，其中九條龍隧道出口一大溶洞縱向跨越長達(dá)37m，橫向?qū)?5m，高出拱頂10m，深度約50m；遇到大小突泥不小于7次。2、施工方法的選擇洞室的形成是通過開挖和支護(hù)兩個(gè)施工階段完成的。因此采用的施工方法和支護(hù)方

3、法也必然對整個(gè)隧道的穩(wěn)定給予一定的甚至是極為重要的影響。選擇隧道的施工方法，應(yīng)以地質(zhì)條件為主，還要結(jié)合隧道長度、斷面、結(jié)構(gòu)類型、工期要求、施工技術(shù)力量、機(jī)械設(shè)備情況和綜合效益等綜合確定。由于不良地質(zhì)情況下圍巖自穩(wěn)能力差，因此開挖后需要及早施作初期支護(hù)，并閉合成環(huán)，提高承載能力，因此決定采用短臺階法作為基本施工方法。采用拱部超前的臺階法開挖不僅能在正面和中層同時(shí)鉆孔，而且支護(hù)準(zhǔn)備、支撐架設(shè)和噴射混凝土支護(hù)以及錨桿作業(yè)都能相互交替進(jìn)行。如果巖體的自穩(wěn)時(shí)間不足或開挖面不穩(wěn)時(shí)，可采用臺階式保留核心土的方法。為了充分利用圍巖的自穩(wěn)能力，延長洞身開挖后圍巖自穩(wěn)時(shí)間，我們可確定先護(hù)后挖。在洞口軟弱圍巖地段采

4、用108長管棚施工，在V級圍巖地段采用超前小導(dǎo)管注漿加固地層，并超前支護(hù)；在IV級圍巖地段采用超前錨桿支護(hù)。由于地質(zhì)條件差，巖體松散破碎，選擇支護(hù)手段時(shí)，要選用既能承受較大的圍巖壓力，同時(shí)還能大面積的、牢固的與巖體緊密接觸，能及時(shí)施作、隨時(shí)加強(qiáng)的支護(hù)手段。因此，我們采用噴射混凝土、錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、鋼拱架聯(lián)合一起的組合支護(hù)形式。如TSP測出前方有水及填充物征兆，需借助“地質(zhì)雷達(dá)掃描+地質(zhì)超前探孔”地質(zhì)超前預(yù)報(bào)手段進(jìn)一步確定前方圍巖情況，再根據(jù)所確定的圍巖情況來決定掌子面開挖及支護(hù)方法。在厚大的石灰?guī)r、白云巖中進(jìn)行隧道開挖時(shí)會(huì)遇到隱伏性巖溶、溶洞。施工中必須重視超前探測，及時(shí)采取相應(yīng)的處治措施。對

5、于巖溶水量較小，與外界無水力聯(lián)系的溶洞，可用排水管將水導(dǎo)入中心水溝。如果巖溶水量較大，無法一時(shí)排干，且與外界有水力聯(lián)系時(shí)，盡量不要破壞現(xiàn)有的溶洞水平衡。根據(jù)溶洞出現(xiàn)的位置、大小、形態(tài)、填充物狀況等不同，采用不同的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行處治，注意在襯砌背后設(shè)有充足的疏排措施。如果自穩(wěn)性很差的圍巖在較長時(shí)間達(dá)不到基本穩(wěn)定的條件，噴射混凝土出現(xiàn)大量的明顯裂縫，而支護(hù)能力又難以加強(qiáng)，則應(yīng)及早施作仰拱，以改善圍巖受力變形條件。若圍巖仍不能穩(wěn)定，應(yīng)提高二襯參數(shù)，提早進(jìn)行二次襯砌，以提高支護(hù)抗力，避免初期支護(hù)坍垮。根據(jù)新奧法理論，變形在初期支護(hù)下已趨于穩(wěn)定，二次襯砌作為安全儲(chǔ)備而修建，而不是把二次襯砌作為承載的主要結(jié)

6、構(gòu)在襯砌施工時(shí)，強(qiáng)調(diào)適時(shí)襯砌，充分發(fā)揮初期支護(hù)的作用。3、隧道不良地質(zhì)具體展現(xiàn)3.1、溶洞當(dāng)隧道穿過溶蝕性巖層時(shí)，有的溶洞位于隧道拱部腰部，內(nèi)充填物松軟且深，溶洞難于處理，進(jìn)度滯后；有的溶洞位于隧道底部，跨越半個(gè)隧底，隧道基底難于處理；有的溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生坍塌；有時(shí)遇到大的水囊，巖溶水或泥砂夾水大量涌入隧道；有時(shí)遇到填滿飽含水份的充填物溶槽，當(dāng)坑道掘進(jìn)至其邊緣時(shí)，含水充填物不斷涌入隧道內(nèi)，難以遏止，甚至地表開裂下沉，山體壓力巨增。隧道在溶洞地段施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等有關(guān)資料及現(xiàn)場實(shí)際情況（地質(zhì)超前鉆），查明溶洞分布范圍、類型情況（大小、有無水、溶洞是否與外界聯(lián)通，以及其充

7、填物 ）、巖層的穩(wěn)定程度和地下水情況（有無長期供給來源、雨季水量有無增長）等，分別以引、堵、跨越等措施進(jìn)行處理。本工程隧道施工中無遇到地下暗河，基本以裂隙水囊存在；有些裂隙洞是由地表根系發(fā)展于洞內(nèi)，洞內(nèi)水有地表強(qiáng)降雨補(bǔ)充。其中九條龍隧道出口一大溶洞縱向跨越長達(dá)37m，橫向?qū)?5m，高出拱頂10m，深度約50m，隧底水系發(fā)育。其他基本以中小型溶洞存在。3.1.1、中、小型溶洞的處理措施對地下水不發(fā)育的中、小溶洞，采用漿砌片石或干砌片石回填處理，必要時(shí)壓漿填充。（1）、邊墻溶洞處理對隧道邊墻通過的溶洞，經(jīng)調(diào)查及雨季中考驗(yàn)證明溶洞水對隧道無影響時(shí)，施工中采用回填封閉處理。靠邊墻1m范圍內(nèi)用漿砌片石回

8、填，或回填棄碴，空隙吹砂填滿，并壓注水泥砂漿膠結(jié)。（2）、隧道拱部護(hù)拱防護(hù)當(dāng)隧道穿過拱部發(fā)育之溶洞，無充填物、干燥、溶洞高大，洞壁有溶實(shí)裂隙。處理措施：先施作洞內(nèi)初支，在初支中采用工字鋼加強(qiáng)或加密，過程中在適當(dāng)位置預(yù)留泵送孔，當(dāng)初支跨越該拱部溶洞時(shí)，在預(yù)留孔中泵送C20砼，泵送標(biāo)高應(yīng)高出鋼架最高處2m，以防溶洞有落石掉塊時(shí)，起到緩沖作用，參見圖1。如水系發(fā)達(dá)應(yīng)確保原溶洞水路暢通、隧道拱溶洞空腔部分不積水。圖1: 拱部溶洞處理圖（3）、隧底溶洞處理對隧道底部為溶洞無填充物時(shí)，措施處理的中、小型空洞采用底板梁加強(qiáng)襯砌通過或在隧底以下部分用塊石、碎石回填密實(shí)，距隧底1m厚度用漿砌片石回填。如隧底較深

9、可采用底板梁加強(qiáng)襯砌通過，隧道鋪底或仰拱設(shè)計(jì)為平板型，在底板及邊墻下部加設(shè)鋼筋，灌注鋼筋混凝土，共同形成鋼筋混凝土梁，具體詳見圖2所示。對隧道底部溶洞內(nèi)有填充物時(shí)，需換填后或先壓漿膠結(jié)后再按溶洞無填充物方案處理。 圖2: 隧底底板梁處理圖3.1.2、大型溶洞的處理措施九條龍隧道出口一大溶洞縱向跨越長達(dá)37m，橫向?qū)?5m，高出拱頂10m，深度約50m，隧底水系發(fā)育。對于該溶洞處理方案如下：（1）、采用拋棄片石回填，粒徑不低于20cm，過程中保證不破壞溶洞底水系。溶洞回填至距離隧道底部1m處后，用漿砌片石回填。（2）、依著溶洞大小施作護(hù)拱，護(hù)拱外模以I20工字鋼及網(wǎng)片噴射砼形成，初支跟進(jìn)，待初支

10、施作完后，再護(hù)拱與初支之間泵送C25砼，填充密實(shí)。過程中護(hù)拱內(nèi)工字鋼緊扣在洞壁上。具體參數(shù)見圖3。圖3：溶洞處理圖3.2、塌方處理一般的處理原則是先加固, 防擴(kuò)展, 后處理的原則, 要求處理塌方寧早勿遲, 寧強(qiáng)勿弱。對一般塌方可直接進(jìn)行塌體處理, 而對塌體破碎松散、影響范圍大的塌方一般分為初期處理與塌體處理兩部分。3.2.1、初期處理(1)、封閉塌體, 加固塌體后方。其重要性有: 形成平衡拱的圍巖本身具有一定自穩(wěn)能力, 但由于圍巖的不均質(zhì), 可能有小石塊的松動(dòng)吊落, 進(jìn)而引發(fā)較大的坍塌, 而噴混凝土可以有效地阻止小石塊的松動(dòng)吊落, 從而避免大的坍塌。由于有了噴混凝土附著在圍巖表面上, 圍巖變形

11、就會(huì)及時(shí)反映在噴混凝土表面, 為準(zhǔn)確判斷圍巖穩(wěn)定提供強(qiáng)有力的依據(jù)。噴混凝土是各種處理塌方手段中最及時(shí)、最安全的方法。在塌方后方5 m10 m 范圍內(nèi)采用鋼支撐加錨桿及小導(dǎo)管注漿進(jìn)行加固。(2)、如塌方塌至地表, 則應(yīng)對坍塌漏斗地表進(jìn)行截水, 必要時(shí)采用防水板或彩色布覆蓋, 防止地表水灌入塌體內(nèi), 引發(fā)再一次塌方, 待洞內(nèi)處理完畢后, 采用土石夯填到略高出原地面。待填土下沉穩(wěn)定后, 用M7.5 漿砌片石鋪砌。3.2.2、塌體處理塌體處理一般在初期處理完畢后或塌方暫時(shí)達(dá)到自穩(wěn)時(shí)進(jìn)行。常用的方法有76mm管管棚法（突泥）、小導(dǎo)管注漿法、三臺階開挖法、二襯加強(qiáng)及回填法等, 并在處理過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測工

12、作, 用量測信息動(dòng)態(tài)指導(dǎo)施工。3.2.2.1 管棚法在第九合同段隧道中用76管棚法處理塌方嚴(yán)重段（帶有大量填充物）。采取的具體措施為先對塌體及周邊巖體進(jìn)行預(yù)注漿加固, 之后在預(yù)留變形基礎(chǔ)上向塌體或周邊巖體打管棚進(jìn)行塌方處理。九條龍隧道處理突泥中，長管棚參數(shù)如下：（1）鋼管規(guī)格：熱軋無縫鋼管76mm，壁厚6mm；（2）管距：環(huán)向間距30cm，在拱部120范圍內(nèi)布設(shè)，必要時(shí)可根據(jù)超前預(yù)報(bào)在圍巖軟弱處加設(shè)；（3）傾角：外插角1520，具體可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整，方向:與路線中線平行，長度：一般每12m為一環(huán)，兩環(huán)之間搭接長度不小于3m。（4）鋼管施工誤差：徑向不大于20cm；（5）施工機(jī)械：鉆孔用

13、潛孔鉆最少滿足30m鉆孔要求，注漿泵2臺，型號為BWS-200/10水泥砂漿泵，壓力：5-10Mpa，流量：200L/min，功率：22kw；（6）灌注漿液：純水泥（添加水泥重量15%的水玻璃）漿液。（7）注漿參數(shù)：水泥漿水灰比：1：0.8，水玻璃濃度：35波美度水玻璃模數(shù)：2.4，注漿壓力 初壓0.51.0MPa 終壓23.0MPa，膠凝時(shí)間為10min，個(gè)別參數(shù)可由現(xiàn)場試驗(yàn)調(diào)整確定。3.2.2.2 小導(dǎo)管注漿法小導(dǎo)管注漿法適用于塌體不大, 地質(zhì)條件較松散的塌方。施工措施為預(yù)注漿加固塌體和松散圍巖, 并與鋼拱架和錨噴混凝土相結(jié)合對塌方進(jìn)行處理。小管棚一般采用42 mm 鋼管,長3.5 m,

14、環(huán)向間距40cm, 縱向間距搭接大于1.0 m, 插入施工中一般采用不同外插角的方法對加固巖體效果較好。3.2.2.3 三臺階開挖法新奧法原理要求軟巖地段或塌方段施工始終堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測、緊襯砌”的原則。三臺階法開挖時(shí), 開挖臺階長度為3m5 m, 以人工風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)為主, 輔助微弱爆破, 出渣采用挖掘機(jī)或裝載機(jī)裝, 自卸汽車運(yùn)輸；每循環(huán)進(jìn)尺為一榀拱架間距, 這樣就能在不擾動(dòng)圍巖的情況下安全順利地通過塌方體。3.2.2.4 二襯加強(qiáng)及回填法因?yàn)樗蕉我r砌荷載比未塌前增大, 所以襯砌要加強(qiáng)，加強(qiáng)襯砌應(yīng)先考慮采用提高混凝土標(biāo)號或襯砌內(nèi)加鋼筋、型鋼以加強(qiáng)支護(hù)能力等措施；

15、回填材料易采用水泥漿或泵送砼方法施作，過程中應(yīng)分時(shí)間段膠結(jié)后注滿。4、不良地質(zhì)隧道施工主要施工工藝4.1、超前支護(hù)不良地質(zhì)隧道施工時(shí)，圍巖大多以松散土、破碎夾層存在，自穩(wěn)能力極差，開挖后在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)掉塊。因此，超前支護(hù)成為必然手段。我們在隧道施工中主要采用了超前長管棚（108mm管、76mm管）、超前小導(dǎo)管、超前錨桿三種超前支護(hù)形式。其中，掌子面為較松散土體且含水量較大時(shí)采用超前長管棚注漿支護(hù)固結(jié)土體，V級圍巖采用超前小導(dǎo)管注漿，IV級圍巖采用超前錨桿。4.2、開挖（1）、V級圍巖采用人工、風(fēng)鎬及機(jī)械開挖，開挖按短臺階法，分三部臺階留核心土法，即起拱線上一節(jié)，起拱線下3m一節(jié)，底部一節(jié)。上中

16、臺階長度35m，每次進(jìn)尺0.81.0m，中下臺階長度盡量在30m以下，詳見圖4。為了保持開挖面的穩(wěn)定，縮短封閉時(shí)間，采用預(yù)留核心土法。開挖后及時(shí)施作初期支護(hù)。（2）、IV級圍巖采用控制爆破與人工風(fēng)鎬開挖。按上下臺階法施工，拱部超前，臺階長度35m。每步進(jìn)尺11.5m。控制爆破按松動(dòng)爆破施工。尤其是周邊眼、內(nèi)圈眼，密排炮眼，間隔裝藥。 圖4、三臺階留核心土法4.3、支護(hù)4.3.1、噴射混凝土封閉噴射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)至洞內(nèi)，采用噴射機(jī)噴射作業(yè)。對于隧道內(nèi)松散土體或軟弱圍巖隧道開挖后立即對圍巖面噴一層5cm厚混凝土，主要是封閉巖面，防止隧道周圍巖體質(zhì)量進(jìn)一步惡化，防止

17、圍巖出現(xiàn)掉塊或局部崩塌，然后架立鋼拱架、打設(shè)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)，對初噴巖面進(jìn)行清理后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。4.3.2、系統(tǒng)錨桿施工層狀圍巖中，開挖后表面張裂，巖層易沿層面滑移或受撓折斷而引起坍塌；塊狀圍巖可能形成不穩(wěn)定危石；加入與層面垂直并伸入松動(dòng)圍巖以外或承載環(huán)以內(nèi)的錨桿支護(hù)，與沒有松動(dòng)的較完整穩(wěn)定的圍巖相聯(lián)結(jié)，能有效增加層面或結(jié)構(gòu)面間的壓應(yīng)力和抗滑動(dòng)摩阻力，使圍巖和錨桿噴射砼形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)。當(dāng)圍巖呈塊、碎狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較差時(shí)，依靠錨桿和鋼筋砼的支護(hù)力、錨桿的聯(lián)結(jié)及本身的抗剪強(qiáng)度，能提高圍巖承載圈的抗壓和抗剪強(qiáng)度，起到圍巖的整體加固作用。4.3.3、鋼拱架施工鋼拱架包括型鋼拱架及格柵拱架兩種。

18、鋼拱架的作用是延長自穩(wěn)時(shí)間，提高V級、VI級軟弱圍巖初期支護(hù)強(qiáng)度和剛度，抑制圍巖變形，增強(qiáng)支護(hù)抗力。鋼拱架安裝在掌子面開挖初噴完成后立即進(jìn)行。根據(jù)測設(shè)的位置，各節(jié)鋼拱架在掌子面以螺栓連接，連接板應(yīng)密貼。為保證各節(jié)鋼拱架在全環(huán)封閉之前置于穩(wěn)固的地基上，當(dāng)圍巖軟弱且富水時(shí)，在鋼拱架基腳處增設(shè)縱向槽鋼托梁，以增加基底承載力。安裝前應(yīng)清除各節(jié)鋼拱架底腳下的虛碴及雜物。底部開挖完成后，底部初期支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，將鋼拱架全環(huán)封閉。為保證鋼拱架位置安設(shè)準(zhǔn)確，待鋼拱架架立到位后，立即用縱向連接筋已施作鋼拱架焊成一體。同時(shí)將鋼拱架與系統(tǒng)錨桿焊成一體，使鋼拱架與錨桿共同受力。鋼拱架立畢后，用砂將鋼拱架拱腳連接板埋住，

19、以便與下單元鋼拱架連接。隧道防止鋼拱架下沉的措施（特殊地段）如下：（1）、加強(qiáng)對鋼拱架的徑向固定措施鋼拱架安裝與系統(tǒng)錨桿固定在一起，另外，要加強(qiáng)錨桿和鋼拱架的焊接質(zhì)量，確保鋼拱架和錨桿連接緊固。兩榀之間的環(huán)向連接鋼筋必須按照設(shè)計(jì)間距進(jìn)行焊接連接，同樣要嚴(yán)格保證焊接質(zhì)量。（2）、加強(qiáng)對鋼拱架的鎖腳固定措施由于采用分臺階開挖方法，拱部鋼拱架安裝后，鋼拱架暫時(shí)不能全斷面封閉成環(huán)，同時(shí)軟弱圍巖隧道拱部鋼拱架無法座落在堅(jiān)實(shí)的基巖上，因此，拱部鋼拱架必須采取鎖腳措施，將鋼拱架兩底腳牢固鎖定，以防止鋼拱架下沉或兩底腳回收，鋼拱架鎖腳采用每側(cè)安設(shè)24根鎖腳錨管將其鎖定，鎖腳錨管采用42小導(dǎo)管，長度3.5m。錨

20、管采用鋼花管，壓注水泥漿液進(jìn)行錨固，如地質(zhì)較差時(shí)，采用加長鎖腳錨管長度和增設(shè)鎖腳錨管以加強(qiáng)鋼拱架的穩(wěn)定。（3）、加設(shè)鋼拱架基礎(chǔ)連接縱梁，擴(kuò)大開挖底腳，防止鋼拱架懸空。為防止鋼拱架下沉，視地質(zhì)情況，必要時(shí)在拱部鋼拱架底腳增設(shè)連接縱梁，縱梁采用槽鋼，與鋼拱架底腳采用焊接連接，以增加鋼拱架底腳的承力面積。（4）、及時(shí)噴射混凝土進(jìn)行覆蓋鋼拱架安裝完成后，及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土施工，噴射時(shí)分層、分段進(jìn)行，鋼拱架應(yīng)全部被噴射混凝土覆蓋，保護(hù)層厚度不得小于30mm。（5）、加強(qiáng)對鋼拱架的應(yīng)力和變形監(jiān)測鋼拱架安裝后，加強(qiáng)對鋼拱架的應(yīng)力和變形觀測，對鋼拱架所承受的應(yīng)力以及變形速率和位移進(jìn)行監(jiān)測，通過反饋數(shù)據(jù)分析，測定鋼拱架的穩(wěn)定性能，一旦發(fā)現(xiàn)鋼拱架有下沉或變形失穩(wěn)的趨勢，立即采取加固措施進(jìn)行處理，同時(shí)依據(jù)反饋信息進(jìn)行方案的修正和優(yōu)化。4.3.4、隧道圍巖的監(jiān)控量測隧道施工中掌子面開挖成形后，必須立即噴射不小于5cm厚的混凝土及封閉圍巖，緊跟監(jiān)控量測，否則工作人員不得進(jìn)入掌子面作業(yè)。（1）、地質(zhì)監(jiān)控做好針對掌子面開挖地質(zhì)情況觀察、記錄和描述，并繪制工程地質(zhì)縱斷面圖，與設(shè)計(jì)地質(zhì)類型進(jìn)行對比，以正確判斷圍巖類別。（2）、安全監(jiān)控對施工已開挖洞室進(jìn)行安全檢查，觀察初期支護(hù)、二次襯砌有無發(fā)生裂縫、掉皮、鋼拱變形、滲漏水等現(xiàn)象，確保工程質(zhì)量。（3）、拱頂下沉、周邊位移量測測點(diǎn)在洞內(nèi)布置一個(gè)斷面，觀