摘要:在隧道施工中,常遇到一些不利于施工的特殊地质地段,如这些特殊地段处理不好将严重影响施工进度、安全和质量。本文主要探讨了隧道施工中常见的岩溶地段、松散地层、滑坡地段、煤系地层、岩爆等不良地质及其处理方法。
关键词:隧道施工;不良地质;处理方法
中图分类号:U455文献标识码: A
在隧道施工中的一些不良地质和特殊地质地段,隧道围岩变形大、变化快和成因复杂,事故具有不确定性和突发性的特点,施工中除了应遵守一般的技术规范外,还应该根据围岩的实际情况,在支护、衬砌过程中采取一些针对性强的辅助施工技术方法,以满足施工安全和工程质量。
1岩溶地段处理方法
隧道在溶洞地段施工时,根据设计文件有关资料及现场实际情况,查明溶洞分布范围、类型情况、岩层的稳定程度和地下水情况等,分别以引、堵、越、绕等措施进行处理。
1.1引排水
当暗河和溶洞有水流时,宜排不宜堵。在查明水源流向及其与隧道位置的关系后,用暗管、涵洞、小桥等设施,渲泄水流或开凿引水洞,将水排出洞外。当水流的位置在隧道上部或高于隧道时,在适当距离外,开凿引水洞(或引水槽)将水位降低到隧道底部位置以下,再行引排。
1.2堵填
当不能排水,或由于溶洞规模大且溶洞填充物为含水量较大的溶洞泥时,采用封堵的方法。在边墙及拱部采用注浆方式形成防水帷幕。对于已停止发育、径跨较小、无水的溶洞,根据其与隧道相交的位置及其充填情况,采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭。
1.3跨越
当溶洞仅在隧道底部较大较深,或者填充物松软不能承载结构物时,采用梁、拱跨越。
1.4绕行施工
施工中遇到一时难以处理的溶洞时,采用迂回导坑或通过平导绕过溶洞区,继续进行隧道施工,再行处理溶洞。
1.5岩溶地段隧道施工注意事项
施工过程中进行综合详细的超前地质探测预报工作,调查清楚岩溶的大小和其他发育情况,根据其类型确定正确的处理方案,溶洞段施工各工序应紧密衔接、支护和衬砌及时。
充分体现以人为本的观念,确保施工安全。在施工过程中,喷锚支护及开挖应在无水压或低水压的状态下施工。在进入设计高水压地段施工前,进一步加强工作面前方地质超前预测预报,施工中根据富水情况及水压大小,采用超前帷幕注浆、径向注浆或限量管道排放等手段降低作业面水压。并在开挖时严格遵循“短进尺、弱(不)爆破、早封闭、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则。施工中加强检查溶洞顶板,及时处理危石。在溶蚀地段的爆破作业,做到多打眼,打浅眼,并控制装药量。在溶洞填充体中掘进时,加强超前支护措施,必要时采取预注浆加固地层。为防止隧道施工可能造成的地下水严重流失、地表塌陷、水源枯竭导致生态环境遭到破坏,做好地表水、出水点以及地表塌陷区的观测工作,必要时对地表进行处理。同时在岩溶发育地段,尽量维系岩溶暗河的既有通道,使地下水恢复到原有水位。
2 松散地层处理方法
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,施工中极易发生塌方。在松散地层中施工,为了减少对围岩的扰动,一般采用先护后挖的方法(插钎、插板)。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。
2.1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。
2.2钻钎护顶法
若隧道通过的漂卵石地层,一类为粘砂土充填,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,开挖时一触即塌,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,将会耗费大量水泥。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。
2.3降低水位法
在含水砂层中,若地下水具有承压性质,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。
3 滑坡地段处理方法
3.1若滑坡为坡残积土沿基岩顶面滑动,并且滑坡后基岩裸露,且处于暂时稳定状态,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。若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。若由开挖失去平衡,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,则在明洞增长,并将明洞与暗洞的衔接处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。
3.2完善滑坡体周围排水系统。完善滑坡体后缘人工灌溉渠及在坡顶、两侧增设截水沟,将滑体周围地表水排入天然凹沟流走;在有泉眼出露的滑坡体上钻孔,安装透水管排水;夯实滑坡体表面,局部喷混凝土封闭,以防止水流渗入滑坡体。
3.3在滑坡体范围内打适当直径的钢花管并注入水泥浆,以固结滑体。
3.4在隧道前方有箐沟的条件下可设一箱涵,箱涵两侧及明洞背后回填碎石土反压滑坡体。
3.5接长明洞及增设抗滑挡土墙。
4煤系地层处理方法
4.1 含有瓦斯地段
在煤系地层中,隧道开挖常常伴有瓦斯的存在,它对隧道施工机械设备和人员造成很大的安全隐患。目前瓦斯防治措施主要包括:测定瓦斯浓度以判断能否发生瓦斯爆炸、通风稀释瓦斯、钻孔抽放瓦斯、安装瓦斯报警装置。
4.2 采空区地段
4.2.1 采空区地段给隧道施工带来的危害
当隧道穿越煤系地层时,常常遇到煤矿采空区。这些采空区往往规模较大, 对隧道影响范围大,并且废旧的老采空区往往充满地下水或有害气体。当隧道施工时,可能造成采空区突水,有害气体的泄露或造成大规模的塌方、沉降,对施工人员、设备的安全造成极大的威胁,将来还可能造成隧道衬砌结构的开裂,引起隧道漏水,影响隧道的正常运营。
4.2.2 处理措施
由于采空区与隧道相对位置不同,采空区产生的危害不同,处理方法亦不同。目前采用的方法主要有地表全充填注浆法、固结充填注浆法、封堵巷道等方法, 同时加强衬砌结构(按I类围岩设计衬砌参数),对难以查明准确位置的采空区可结合超前地质预报边施工边治理,根据实际情况调整衬砌参数。如果煤层尚未开采,今后可能开采时,设计中必须考虑已成隧道附近采煤对隧道结构的影响,并应有可靠的对策与措施。
5岩爆处理方法
5.1隧道开挖过程中由于围岩应力超过围岩强度而使围岩发生突然破坏。伴随产生突然岩块飞射抛散、震动、发声,甚至产生地震等现象称为岩爆。岩爆能够破坏已建成的隧道结构和机械设备,直接威胁施工人员的生命安全。因此,对可能产生岩爆的地段应做好预测,确认会发生岩爆的地段应做好防治措施。
5.2根据岩爆产生的条件(即围岩应力必须超过围岩强度,围岩为坚硬的脆性岩石),对其防治应从改善围岩应力条件和加固围岩入手。主要措施有:(1)改善围岩应力合理布置,隧道位置使其轴线方向尽量与其主应力方向平行。选用合理的洞形应力解除法,通过钻孔卸压法、钻孔水力破裂法(高压注水法),分部(层、次)开挖及在岩面喷洒水使岩体软化等。(2)加固围岩,包括对已开挖洞壁的加固和掌子面前方的超前加固。加固方法主要有锚喷、钢丝网锚喷、钢纤维喷混凝土、钢支撑和锚杆锚固等。(3)防护措施在台车上安装钢丝保护网以确保工人安全。
6结语
总之,在隧道施工过程中遇到的地质问题往往千差万别,不尽相同,有时甚至是诸种不良地质现象的叠加和组合。施工中要区别各种情况,具体问题具体对待,采取有针对性的处置措施,尽可能把不良地质给施工带来的损失降低到最低程度。在隧道的施工过程中,应把地质超前预报纳入隧道施工的正常工序,使地质超前预报成为促进隧道科学施工的有力手段。
参考文献
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