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隧道软弱破碎带围岩的施工技术

日期：2016-4-22 14:04:36　来源：转载　浏览数：
　

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一、工程简介
某隧道工程出口里程为DK32+885 ，进口里程为DK20+105，整个隧道的长度为12.88km，其中软岩石地段的长度为9.45km，占隧道长度的73.4%，山岭走向为东-西走向，地形起伏比较大，最大埋深为305m，最高海拔为1673m，最小埋深为21m。由于隧道的断面比较大，施工距离比较长，如何对施工成本进行控制，实现安全、快速施工成为了施工的重点。隧道施工平面图见图1。

    二、分析地质情况
    1．地层的岩性情况
    隧道经过的地层主要为二叠系地层和三叠系地层，除了隧道出口处从碎土和黄土的地层通过以外，其它的部分都从岩层通过，洞身岩层主要为二叠系和三叠系构成的沉积岩地层，总体岩性比较单一，大部分为长石砂岩夹杂部分泥岩、石英砂岩、页岩等泥质岩层。岩层的倾斜角度一般为6~21°，除了少部分地层的围岩为Ⅳ类围岩外，其它的围岩主要为Ⅱ、Ⅲ类围岩，岩层比较破碎。隧道地质水文条件比较复杂，地下水主要为潜水承压水或潜水，包含构造裂隙水、风化裂隙水、断层带水等。在较深的地方，还存在承压含水层。
    2．隧道地区的地质构造情况
    隧道内部断裂结构发育，在褶断的应下，会在斜轴的两侧产生大量的断裂结构，其中多数为正断层结构，向斜轴和走向接近平行。在较大断层附近还有很多小断层，成雁行式排列。在隧道施工段，各种大小断层的长度累计达到了2,635m，断层破碎带宽度为6~25m，处于影响带中的岩体很容易出现破碎的情况。
    三、隧道工程的技术难点
    根据施工区域的水文地质情况和地质情况来看，软岩、不良地质结构、地下水等因素会对施工造成以下几个方面的影响：（1）在施工的过程中，由于成拱条件不好，隧道的中拱部很容易呈大平板状态。岩石质地虽然比较坚硬，但是层间结合物比较少，并且非常软弱。在交错层理的切割下，很容易导致拱部分岩体整块脱落[1]。（2）在向斜的影响下，基层主要为水平成层或缓斜，岩性变化比较频繁，交错层理和细层理非常发育，层面泥质节理发育，胶结强度比较低，岩体的稳定性不好，隧道施工过程中，跨度开挖大，很容易出现塌方冒顶事故。（3）部分区域底端泥岩量比较大。由于泥岩具有微膨胀的特点，质地软弱。开挖后，地应力会快速增加，自稳时间短。受地下水的影响，稳定性很差。（4）施工段中有很多区域性断裂构造。在断层和影响地段，一定范围中的破碎带和断层泥组成的断层比较软弱，在破碎带地下水的影响下，很容易形成稳定性较差的地层，出现大型塌方的情况。
    四、软弱破碎带围岩的施工
    由于该隧道地层结构复杂，岩性比较单一，在地下水和开挖方法的影响下，不同地层结构下，对围岩破坏的形态是不同的。在施工时，除了要按照常规支护开挖标准外，还需要根据地层构造的不同，采取相关施工措施，确保围岩开挖后的稳定性。
    1．页岩、砂岩、泥岩细层交错地层的施工措施
    在隧道内部分段，有很多岩性交互地层存在，其中页岩、长石砂岩、泥岩细层交错地层比较常见，这种地层地下水的含量比较少，贯通构造比较发育。在一些节理比较密集的区域，表面上看各层的分界似乎存在，但是已经丧失了连接能力，一旦开挖，就会呈现出破碎状态，爆破后会呈现出碎石土桩或碎石状，导致拱腰呈现门框式破坏，出现塌顶事故[2]。无法形成开挖轮廓。在这种地层中施工时，施工难度比较大，也非常危险，围岩的稳定性不高，自稳时间非常短。开挖后，如果不能及时进行支护，很可能导致出现大面积塌方事故。所以，在施工的过程中，这种地层使用半断面短台阶开挖的方法进行施工，使用加强钢格栅进行支护。在施工的过程中，需要做好以下几个方面的工作：（1）光面爆破。在进行光面爆破时，要严格控制装药量和炮眼的布置情况，掘进时，按照小进尺寸进行施工。（2）初期支护。进行光面爆破后，通风排险的时间要控制在1 个小时以内，为了降低初期支护的时间，挂网、锚杆、格栅架立和喷砼要一起施工，在最短的时间内保证围岩的稳定性。（3）使用短循环、短台阶的施工方法。为了可以尽快对墙格栅进行施工，在支护初期，要尽快使拱墙形成受力整体，对拱墙变形的增长速度进行控制。通过使用以上方法进行施工，取得了良好的施工效果，没有出现恶性坍塌事故。
    2．接近水平的中、厚层砂岩地层的施工措施
    在此类地层中，石质比较坚硬，多数岩石为Ⅳ类岩石，少部分岩石为Ⅲ类岩石。各个岩层之间的泥质胶结物比较少，连接也不够紧密。整个构造我贯通节理发育，呈X 型的开裂状。在少量地下水的影响下，会冲掉层间胶结物，使层间的连接能力丧失，如果不能及时进行支护或者使用了不正确的爆破参数，在重力的影响下，会导致拱顶平板出现大面积坠落的情况。对于这种类型的地层，宜使用拱部锚杆加密、加长的施工方法。见图2。首先将锚杆从岩层穿过，然后进行全程锚固。以梁的形式对岩体进行组合，避免拱部平板掉落。锚杆方向要尽可能和岩面垂直，纵横之间的距离控制在0.7~0.81m，严格检测锚杆的抗力。单根锚杆的抗拔力要控制在5~6t 以上。

    3．泥岩和页岩细层交错地层的施工措施
    此类地层多表现为微膨胀，没有比较大的贯通节理，细微节理比较发育。因为页岩和泥岩具有隔水的效果一般没有地下水露出，只有一少部分出现了微量渗水。地层较软弱，地层结构松散，爆破后会呈现出土状。隧道的开挖跨度大，洞体开挖后会出现大的变形，隧道四周的稳定性比较差，很容易在拱部产生坍塌。为了防止爆破后，隧道拱部出现坍塌，在施工的过程中，使用拱部小管棚对地层进行加固，使用直径为42mm 的钢管作为拱部小管棚的结构材料，钢管的长度为4.3m，横向间隔距离为0.32m，仰角在15°以内，钢管之间的搭接长度为2m，在小管棚的保护下，使用短进尺掘进的方法进行施工。爆破后，使用喷砼的方法在一个小时内将开挖面封闭[3]。并同时进行喷、锚、公布格栅架立工作。必要时，可以在顶部小导坑中设置临时的底部仰拱。由于这种地层地形变化大，围岩测量工作很重要，进行初期支护后，要对变形情况进行动态测量，提高测量频率，发现变形情况时，及时进行初期补强，对变形速度进行控制。
    4．中厚砂岩滑塌地段的处理措施
    本隧道在施工的过程中，中厚砂岩岩的地层范围中，产生了一条宽度在5.2cm 左右，由156°∠75°向的裂隙，并被一组26°∠71°的节理横向切割。大约对110m 左右的隧道施工造成了影响。由于被26°∠71°的节理横向切割，洞内方向呈现出坠落滑塌的趋势。在使用的过程中，由于隧道的右板部分有少量的渗流水从裂隙中流出，使裂隙中的泥质填充物软化，导致右侧岩体顺着接触面向隧道内滑动。在DK22+215~DK22+251 段右侧墙围住和半拱围住出现了倾向洞内的大型滑塌，接近DK22+253~DK22+261 的右侧围墙，在临段滑塌体的拉动下，致使裂隙进一步扩大，但是并没有滑落。考虑到以上情况，在施工过程中，主要使用以下措施进行处理：（1）因右侧出现了滑塌，拱部岩层出现了大跨度平板状暴漏，并且出现了新的裂纹。为了避免平板围岩出现垮塌、断裂，从拱顶平板围岩的后部打入长度为4.2m 的锚杆，锚杆之间的距离为0.76~0.81m，进而保证拱部地层的稳定性。（2）为了避免滑塌面背后的裂隙造成坍塌，将迈式注浆锚杆打入到岩体内部，锚杆的纵向距离控制在1.0m 左右，从而保证滑塌面背后岩体的稳定性。（3）使用标号为C25 的混凝土进行外衬砌，拱墙的厚度设计为0.61m，内部设置拱墙格栅，格栅之间的距离控制在0.76m。（4）在外部衬砌内部设置二次衬砌和防水板。通过使用以上措施，保证了此段施工的安全性。如图3 所示。

五、结论
由于本隧道工程地质条件比较复杂，施工难度大，通过使用以上方法进行施工，取得了良好的施工效果，直到工程竣工都没有出现坍塌事故，保证了施工人员的生命安全，提高了工程的经济效益。