五、不良地质地段的施工 5.1 浅埋段隧道的施工 在浅埋段和洞口加强段,进行开挖施工和支护,应根据地质条件、地表沉陷 对地表建筑物的影响,以及保障施工安全因素选择,并应考虑施工效果及工程费 用确定。 隧道浅埋段和洞口加强段,通常位于软弱、破碎、自稳时间极短的围岩中, 若施工方法和支护方式不妥当,则极易发生冒顶塌方或地表有害下沉,当地表有 建筑物时会危及其安全。所以因采用先支护后开挖或分部开挖等措施,以防止开 挖工作面失稳或地表有害下沉等。 隧道浅埋段施工方法和支护方法技术要求 隧道浅埋施工和支护应符合下列技术规定: (1)根据围岩及周围环境条件,可优先采用单侧壁导坑法、双侧壁导坑法 或留核心土开挖法;围岩的完整性较好时,可采用多台阶法开挖,严禁采用全断 面法开挖,否则,对属于大断面的公路隧道全断面开挖,对围岩的扰动很大,会 导致全周壁围岩出现松动,增大坍塌的可能性,且支护结构难以及时施作,并增大 隧道工程造价. (2)开挖后应尽快施作锚杆、喷射混凝土、敷设钢筋网或钢支撑。当采用 复合式衬砌时,应加强初期支护的锚喷混凝土。II 类以下围岩应尽快施作衬砌, 防止围岩出现松动。 锚喷支护及构件支撑的施工应符合 《公路隧道施工技术规范》 (JTJ 042—94)的有关要求。 (3)锚喷支护或构件支撑,应尽量靠近开挖面,其距离应小于 1.0 倍洞跨。 (4)视地质条件,可配合采用超前小导管注浆、超前锚杆支护加固等辅助施 工措施,即浅埋段地质条件很差时,应采用辅助施工方法。 5.1.2 隧道浅埋段初期支护施工要点 (1)隧道浅埋段和洞口加强段施工开挖后,应立即铺设小网孔的钢筋网, 并喷射 3cm~5cm 厚的混凝土层; (2)安设锚杆及钢拱架,二次支喷射混凝土应将钢拱架覆盖不小于 3cm 的 保护层; (3)落底、安设锚杆及下部钢拱架,应同时进行挂网,喷射混凝土; (4)应进行仰供封底,尽早形成封闭结构。 5.1.3 控制隧道地表沉降技术措施 (1)宜采用单壁掘进机或风镐开挖,减少对围岩的扰动;当采取爆破开挖 时,应采用短进尺、弱爆破; (2)应加强对拱脚的处理,打设拱脚锚杆,提高拱脚处围岩的承载力; (3)应及时施作仰拱或临时仰拱; (4)若初期支护变形过大,又不宜加固时,可对洞周 2~3m 围岩进行系统 注浆固结支护; (5)地质条件差或有涌水时,宜采用地表预注浆结合洞内环形注浆固结; (6)加强地表不沉、拱顶下沉的量测及反馈,以指导施工,量测频率宜为 埋深段时的 2 倍。 大量隧道工程施工实践, 覆盖层浅的隧道, 其围岩难以自成拱, 地表易沉陷, 因此施工方法不能与覆盖层深的隧道区段相同,应采用适合浅埋段的施工方法。 根据大量的施工资料调查, 覆盖层不是毛洞洞跨的 2 倍的隧道或区段属于浅埋隧 道,应采用浅埋段施工方法施工。浅埋段工程应包括洞口加强段。 5.2 隧道穿过断层时的施工 5.2.1 断层对隧道施工影响 隧道穿过断层地段,施工难度取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、 填充物、 含水性和断层活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系 (下 交、 斜交或平行) 除此之外, 。 与施工中对围岩的破坏程度、 工序衔接的快慢, 施工技术措施是否得当等,均有较大关系。 当隧道轴线接近于垂直构造线方向时,断层规模较小、破碎带不宽,且含水 量较小时, 条件比较有利, 可随挖随撑。 当隧道轴线斜交或者平行于构造方向时, 则隧道穿过破碎带的长度增大,并有强大侧压力,应加强侧墙衬砌,及时封闭。 5.2.2 探明断层地带情况 施工前,切实掌握所遇断层带的所有情况。当断层破碎带的宽度较大、 破坏程度严重,破碎带的充填物情况复杂,且有较多地下水时,应在隧道一 侧或两侧开挖调查导坑。利用调查导坑详细测绘地质状况后,应及时做好封 闭衬砌;调查导坑穿过断层后,宜在较好的围岩中掘进一段距离再转入正洞, 开辟新的工作面,以加快施工进度。 5.2.3 选择合理施工方法 1.在断层带施工,应根据有关施工技术与机具设备条件,进度要求,材料供 给等,慎重选择通过断层地段的施工方法。 2.当断层带内充填软塑状的断层泥或特别松散的颗粒时,比照松散地层中的 超前支护,采用先拱后墙法。墙部的首轮马口,可采用挖井法施工,如断层带特 别破碎,则二、三轮马口应以扩井法施工,最后挖去核心土,随即筑仰拱。 3.如断层地段出现大量涌水,则宜采取排堵结合的治理措施。 5.2.4 施工注意事项: 1.防排水作业 (1)如断层带地下水是由地表水补给时, 应在地表设置截排水沟。 对断层承压 水,应在每个掘进循环中,向巷道前进方向钻进不少于 2 个超前钻孔,其深度在 4m 以上,以探明地下水的情况。 (2)随工作面的向前推进挖好排水沟,并根据岩质情况,必要时加以辅砌。如 为返坡掘进,则除应准备足够的抽水设备外,应安排适当的集水坑。 (3)坑壁或坑顶有水流出时,应凿眼安置套管集中引排水,使其不漫流。 2.施工工序 (1)通过断层带的各施工工序之间的距离宜尽量缩短, 并尽快地使全断面衬砌 封闭,以减少岩层的暴露,松动和地压增大。 (2)当采用上下导坑,先拱后墙法施工时,其上导坑不宜超前过多,并改用单 车道断面,掘进后随即将下导坑予以临时衬砌。上下导坑间的漏斗间距宜加大到 10cm 左右,并全部以框架框紧。 3 开挖作业 (1)采用爆破法掘进时,应严格掌握炮眼数量,深度及装药量。原则上应尽量 减小爆破对围岩的震动。 (2)采用分部开挖法时, 其下部开挖宜左右两侧交替作业。 如遇两侧软硬不同 时,应用偏槽法开挖,按先软后硬顺序交错进行。 4.支护作业 (1)断层地带的支护应宁强勿弱,并应经常检查加固。 (2)在断层地带中,开挖面要立即喷射一层砼,并架立足够强度的钢架支撑。 5.衬砌作业 (1)衬砌应紧跟开挖面 (2)衬砌断面应尽早封闭。 5.3 隧道施工坍塌方处理措施 5.3.1 隧道坍塌方预防措施 1.发生坍塌方原因: A.地质因素 (1)隧道穿过断层及其破碎带,一经开挖,潜在应力释放,承压快,围岩 失稳而坍塌; (2)当通过各种堆积体时,由于结构松散,颗粒间无胶结或胶结差,开挖 后引起坍塌; (3)在挤压破碎带,岩脉穿插带,节理密集带等碎裂结构地层中,岩块间 互相挤压钳制,一经开挖失稳,常见围岩掉块、坍落。在软弱结构面发育的情况 下,或泥质充填物过多,均易产生较大坍塌; (4)在构造运动的作用下,薄层岩体形成的小褶曲、错动发育地段,施工 中常常发生坍塌方; (5)岩层软硬相间,或有软弱夹层的岩体,在地下水的作用下,软弱面的 强度大大降低,因而发生坍塌; (6)地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍塌。 B.施工方法和措施不当 (1)施工方法选择不当,或工序间距安排不合理。各工序间距拉得较长, 地层暴露时间过长,引起围岩松动、风化,招致坍塌方的发生; (2)喷锚不及时,喷射砼质量、厚度不符合要求; (3)采用钢支撑时,支撑架设质量欠佳,支撑与围岩不密贴,两者间的空 隙填塞不密实,或联接不够牢固,不能满足围岩压力所需要的强度要求; (4)有时抽换支撑操作不当,或者当支撑已出现受力过大的现象而未及时 加固; (5)爆破作业不当,用药量过多; (6)处理危石措施不当,引起危石坠落,牵动岩层坍塌。 2.坍塌方前征兆 (1)量测信息所反应的围岩变形速度或数值超过允许值; (2)喷射砼产生纵横向的裂纹或龟裂; (3)在坑顶或坑壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、 石屑; (4)岩层层理、节理缝或裂隙变大、张开; (5)支撑梁、柱变形或折断,楔子压扁压劈,填塞木弯曲折断,扒钉受力 变形,木支撑发生“辟啪”破裂声; (6)坑道内渗水、滴水突然加剧或变浑。 3.预防坍塌方施工措施 要预防隧道施工坍塌,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: A.先排水 在施工前和施工中均应采用相应的防排水措施, 尽可能将坑外之水截于坑道 之外。 B.短开挖 各部开挖工序间的距离要尽量缩短,以减少围岩暴露时间。 C.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爆破。 D.强支护 针对地压情况,确保支护结构有足够的强度。 E.快衬砌 衬砌工作须紧跟开挖工作面进行,力求衬砌尽快成环。 F.勤检查、勤量测 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。 5.3.2 隧道坍塌方处理措施 1.一般处理坍塌方步骤及方法 A.防止坍塌方扩大范围 坍方发生后,首先应防止坍方继续扩大: (1) 在坍方范围顶部、侧壁上的危石及大裂缝,应先行清除或锚固; (2) 对坍方范围前后原有的支护进行加固,防止坍方扩大; (3) 在坍塌方范围内架设支撑或喷射砼,必要时架设锚杆; (4) 加快衬砌:对坍方两端应尽快作好局部衬砌,以保证坍方不再扩大。 B.处理坍塌方措施 (1)如坍塌方体积较小,且坍方范围内已经进行了喷锚,或已架设好较为 牢固的构件支撑,可由两端或一端先上后下地逐步清除坍渣,随挖随喷射砼,随 架设临时构件支撑支顶; (2)如坍塌方体积较大时,或地表已下沉或坍体堵塞,无法进入坍方范围 进行支护时,则可注浆加固坍体,然后用“穿”的方法在坍体内进行开挖、衬砌; (3)处理坍塌方的同时,应加强排水,即“治坍先治水” 。 C.处理坍塌方常用支护方法 (1)喷锚处理 采用喷锚处理较大型坍塌方,较之采用架设支撑,更加安全、快速,且省工 省料。 ① 由外向内、由上而下,逐段随清渣随向岩壁先喷射一层薄砂浆,然后再 喷射砼。砼宜分层喷射,每层厚 5cm 左右; ② 喷射砼 1~2 层后,可随即加设锚杆再喷射砼; ③ 坍渣的清除后,随即做好衬砌。 (2)构件支撑处理 D.衬砌措施与回填方法 (1)衬砌施工 ①随着坍渣的逐渐清除,衬砌逐段推进时,快速成环。最好由坍体的两端对 向施工, 随即回填密实。 在坍穴最高处或两端衬砌接头处应预留回填及进出料孔。 ① 如坍塌方范围的围岩不够稳定,在处理坍方中有继续坍塌的可能时,可 在坍方范围内选择适当的位置做坍体护拱,以掩护施工操作。护拱上应以碎渣铺 填 2m 厚左右作为缓冲层。 ② 如坍体未进行预先注浆加固,而采用“穿过”的施工方法时,拱脚处的 衬砌圬工应加宽灌抵开挖轮廓壁(开挖轮廓不过大时) ,以便保证拱脚稳固。 (2)坍体回填 ①坍塌方清除坍渣后,则拱背应先以浆砌片石回填 2~3m 厚,其上再用干砌 片石回填,回填高度应尽量填满坍方范围,坍方体内木支撑应尽量拆除; ① 在坍方体的护拱与拱圈间应全部回填密实,坍体护拱以上回填厚度 可根据具体情况而定; ② 如坍方范围高大,在坍塌穴内进行回填操作不便时,可根据适当位 置另行开凿专供回填用的坑道; ③ 如坍塌方直达地表,除按规定做好拱部回填外,另用一般土石回填 夯实至距离地表 1~2m,再用粘土回填至略高于地表并向四周倾斜,周围做好排 水沟。