浅析隧道施工的不良地质处理方案

浅析隧道施工的不良地质处理方案

周 巍

中信建设有限责任公司 北 京 100027

摘 要

在隧道施工中, 经常会遇到突水突泥、塌方、岩溶等不利于隧道工程施工的不良地质环境，如果处理不当，将严重影响隧道工程的施工。本文针对此方面的内容展开详细论述，分析了隧道突水突泥、塌方、岩溶等不良地质情况的基本现状、危害的特征以及处理方案等，力求以此为基础，从真正意义上提高隧道施工的建设水准，从而提升项目自身的社会效益和经济效益。

关键词：隧道施工，不良地质，处理方案

绪论

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。

突水突泥灾害是由于人为施工导致应力释放，使得围岩裂隙扩展，引起隧道中突然进入地下水。突水突泥过程中，由于夹带大量的泥沙，随着隧道的开挖，使地下水排泄有了新通道，破坏了原有的补径，加速了径流的循环，同时加速了地下水对岩体的改造作用。

隧道开挖时，导致塌方的原因有多种：一是自然因素，即地质状态、受力状态、地下水变化等；二是人为因素，即不适当的设计或施工作业方法等。

当隧道穿过岩溶区时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，山体压力剧增。

上述不良地质往往会给施工带来很大困难和经济损失，因此需要采取措施尽可能避免这些现象的发生。

不良地质处理方案

2.1突水突泥的预测与防治

2.1.1工程特征分析

水的作用：水是灾害发生的根源、压力高；隧道埋深大，处于高压状态。

不良地质：隧道穿越溶洞、断层破碎带或接触带等不良地质。

综合来看，“高压、富水、不良地质”三者不利组合是诱发突水突泥突石及坍方灾害的地质条件。

2.1.2识别与评估

设计单位根据地质勘察资料进行隧道风险等级划分，组织进行风险评估。风险等级根据地表岩溶汇水面积、地下暗河、地质构造、物探异常密集带、岩溶水动力垂直分带、断层规模性质6个方面进行划分。制定风险管理实施细则，并进行人员培训。

2.1.3地质超前预报

进行地质超前预报专项设计并纳入工序管理，严格执行“有疑必探、不探不进”的安全施工理念。不同等级的岩溶（断层）隧道应采取针对性的有效的预报方法。

2.1.4技术方案

若发生突水突泥现象，采用注浆技术：注浆是处理断层、富水裂隙的一项有效技术。通过注浆，达到堵水和加固地层的目的，从而保证隧道施工安全。工艺流程如下：

（1）分区定位：按对隧道外3～5m基本注浆加固区进行注浆预设计。选取周边4～6个注浆孔进行钻探预注浆，遇水顶水，遇破碎加固。通过这4～6个孔确定隧道周围强水区与弱水区。

（2）基本注浆：完成探孔后，对基本注浆区进行钻孔注浆。基本注浆区一般设计两圈，外圈孔位于隧道外3～5m，内圈孔为1～3m。严格按照“先外圈后内圈，同圈间隔跳孔”的顺序进行注浆。

（3）区域强化：对锁定的强水区进行补注浆加固，注浆范围为5～8m。

（4）效果检查：高压富水地层既要达到堵水效果，又要起到加固作用，因此，应严格按制定的标准进行注浆效果检查，不达到标准必须进行补注浆。

（5）检查孔稳定分析：采取孔内成像，检查孔内浆液填充情况，评价检查孔的稳定性。

2.2塌方处理

2.2.1隧道围岩的基本情况

隧道开挖后部分段落的围岩处于断层破碎带，围岩较破碎，自稳能力差。如超前地质预报不及时，施工方法未及时改变，易发生坍塌现象。

2.2.2隧道塌方处理的基本步骤及方法

2.2.2.1加固防止塌方扩大范围

塌方发生后，首先应防止塌方继续扩大：①在塌方范围顶部、侧壁上的危石及大裂缝，应先进行清除或锚固;②对塌方范围前后原有的支护进行加固，以防止塌方的扩大;③在塌方范围内架设支撑或喷射混凝土，必要时加设锚杆;④加快衬砌。对塌方两端应尽快做好局部衬砌，以保证塌方不再扩大。

2.2.2.2处理塌方法及措施

(1)发生塌方，除迅速营救施工人员外，要迅速加固未塌方地段，以防止塌方范围扩大，并可为清理塌方而做好准备。

(2)摸清塌方情况，调查塌方范围和塌方后围岩现状。分析塌落原因及性质、间歇规律、塌方现场情况。

(3)处理塌方应按“小堵清，大塌穿”及“治塌先治水”的原则进行。当塌方规模较小时，应首先加固塌体两端洞身，尽快施作喷射混凝土或锚喷联合支护，封闭塌穴顶部和侧部，然后清渣。也可在保证安全的前提下，在塌渣上架设施工临时支护，稳定顶部而后清渣。

(4)当塌方规模很大塌渣体堵死洞身时，则无法支护塌穴，塌方原因、大小无法查清时也不容许清渣，以防随清随塌，使塌方范围迅速扩大，因此，采取“大塌穿”的办法，宜采取“先护后挖”的方法，在查清塌穴规模大小和穴顶位置后，可采用大管棚、超前小导管或注浆凝固法稳固围岩体和渣体，待其稳定后再按先上部后下部的顺序清除渣体。

（5）对塌方冒顶，在清渣前应该支护陷穴口，地层极差时，在陷穴口附近地面应打设地表锚杆，洞内可采用管棚支护和钢架支撑，且随处理随喷射混凝土作临时支护处理。

（6）在塌方处，模筑衬砌背后与塌穴洞孔周壁间必须紧密支撑。塌方较小时，可用浆砌片石或干砌片石将其填充；塌穴较大时，可用浆砌片石回填厚2米，其上空间宜采用钢支撑等顶住稳定围岩；特大塌穴将根据具体情况，做特殊处理。

（7）治坍先治水是处理塌方的经验，水的流动会加剧塌方发展，所以在处理塌方时要加强防、排水，并采取适当措施防止地表水流入或下渗到塌穴或塌渣体内。对于塌方冒顶，还应在陷穴口设蓬遮盖穴顶防雨。陷穴口回填标高应高出地面并封口。

塌方段围岩极不稳定，围岩压力大，因此，衬砌结构须相应加强，对围岩同时应采取加固措施，如在衬砌外作浆砌片石护拱、在塌方体内压水泥浆等，并且做好排水工作，以免后患。

（8）在有拱架部位时，可选用模喷工艺，在拱架上挂设模板，喷料口放入模板内喷射，如果塌方较小可直接喷砼，如果较大可采用塌落度较大的片石砼进行填筑。

2.2.3预防塌方的措施

要预防隧道施工塌方，首先要做好地质预报，选择相应的安全合理的施工方法和措施。在施工中注意掌握下述要点：

(1)先排水。在施工前和施工中均应采取相应的防排水措施，首先尽可能将洞外之水截于隧道外，然后对塌方地段的积水采取措施将其排到洞外，有利于处理塌方工作的顺利进行。

(2)短开挖。各部开挖工序间的距离要尽量缩短，以减少围岩的暴露时间。

(3)弱爆破。在爆破时，要用浅眼、密眼，并严格控制用药量或用微差毫秒雷管。

(4)强支护。针对破碎、松散及有地压情况，确保支护结构有足够的强度。

(5)快衬砌。衬砌工作紧跟开挖工作面进行，力求衬砌尽快成环。

(6)勤检查、勤量测。每次放炮之后，要敲帮问顶，防止松散岩石伤人；对于爆破后突然有涌水渗出的地段，要加强观察；同时加强监控量测，及时整理数据，对围岩发现有变形或异状，要立即采取有效措施及时处理隐患。对涌水浸泡后的初支及二衬重新进行监控量测,有剥离开裂之处立即进行加固处理。

2.3岩溶处理

2.3.1溶洞处理程序

隧道地质报告指出隧道洞身灰岩段岩溶现象较发育，溶洞处治根据施工开挖揭露的实际情况，按动态设计、动态施工的原则进行处治，当开挖遇到岩溶现象时，须严格按溶洞处治动态施工程序进行处理：

开挖爆破后对围岩进行地质观察，出现溶洞，首先要报告现场监理，若确认不处理，可进行下一道工序；若确认需处理，要报告业主、设计代表，现场对溶洞进行勘察。

溶洞规模小的，现场能确定方案，现场确认后形成会议纪要，按现场定方案进行溶洞的处理。

溶洞规模大的，现场不能确定方案，现场勘察后，经业主、设计单位、地勘单位、施工单位共同研究，确定处治方案，形成会议纪要后，由设计单位出设计变更图，施工单位按设计变更方案进行处理。

2.3.2小型溶洞处理

对隧道开挖面外（拱腰以上、基础及路面下）的溶洞发育深度小于2.0m的地段，及在边墙处发育的溶洞，原则上采用回填处理。溶洞水以排为主，堵排为主，将溶洞水引入隧道排水沟。主要有以下几种情况：

（1）溶洞在拱腰以上发育：采用泵送C10混凝土回填，为避免回填混凝土对二次衬砌局产生过大压力，根据溶洞大小，要求在四周施作约1.2×1.2间距的锚杆，锚杆深入围岩不小于1.0m；回填施工完后再施作喷射混凝土和钢筋网初期支护等。

（2）溶洞在边墙处发育：采用M7.5浆砌片石回填，厚度不小于1.5m；每隔2.0m设置一处Ф100HDPE透水管与侧水沟相连。

（3）溶洞在基础及路面下发育：采用M7.5浆砌片石回填，如有充填物，必须挖除，每隔2.0m设备一处Ф100HDPE透水管相通。

2.3.3大型溶洞处理

2.3.3.1拱腰以上隧道开挖面外溶洞发育深度大于2.0m，溶洞宽度小于隧道开挖面的处理方案

（1）溶洞内无填充物：采用泵送C25混凝土浇筑，最薄厚度不小于50cm，要求量测嵌入岩石内不小于50cm，并施作约1.2×1.2间距的锚杆，锚杆深入围岩不小于1.5m；以上施工完成后再施作原结构的喷射混凝土和钢筋网初期支护等，施工时注意预埋Ф100HDPE透水管，将水排出。

（2）溶洞内有填充物：先水平施作Ф42×4mm，超前小导管，间距30×30cm；开挖采用预裂爆破，采用18工字钢，间距50cm，注意钢架基脚处适当扩挖，保证基础牢靠；施作锁脚锚杆，铺钢筋网，二次衬砌可根据溶洞发育情况，考虑采用钢筋混凝土结构；施工时注意预埋Ф100HDPE透水管，将水排出。

2.3.3.2基础及路面下大型溶洞跨越处理方案

（1）溶洞在某一方向宽度较窄：采用钢筋混凝土梁跨越，梁高50-100m。施工时注意预埋Ф100HDPE透水管。

（2）溶洞发育相对较宽：采用扩大基础或装机，并设钢筋混凝土梁跨越。施工时注意预埋Ф100HDPE透水管。

3．结束语

不良地质段隧道施工具有事故突发性的特点，因此积极采取有效措施是非常必要的，可以有效减少施工中主观因素导致的影响，在处理不良地质时能起到很好的效果。