1、工程概況
本隧道地處鄂西南地區,屬于亞熱帶季風氣候,溫暖多雨、濕潤多霧、雨量充沛,區內山巒疊嶂、溝壑縱橫。洞內以Ⅲ、Ⅳ級圍巖為主,地質主要以寒武系上統耗子沱群灰巖、白云質灰巖為主,中厚產狀,弱風化。但是斷層、溶腔、夾層頻頻出現,節理裂隙較發育。本隧道全長2651m,分進出口掘進,進口里程為DK238+669,出口里程為DK240+300。
2、破碎地質帶與隧道的關系以及對施工的影響
破碎地質帶是指松散地層、巖溶、斷層、軟土地段、土加石、溶腔等不利于隧道工程施工的不良地質環境。在施工中發現,不良地質地段的變異是非常復雜的,設計文件提供的地質資料和施工方法以及防范措施不可能完全符合實際情況。
破碎地質在隧道施工中會經常出現,如認識不夠,施工工藝安排不合理,會造成塌方,這樣不僅會造成直接經濟損失,給隧道施工帶來極大困難,而且耽誤工期,并且會帶來安全隱患,甚至會造成安全質量事故。因此隧道不良地質帶的施工必須制定安全、穩妥的施工方案,采取積極、有效的施工措施,切忌盲目施工。不良地質的發現一是要熟讀設計文件、掌握設計意圖以及詳細的地質情況;二是要勤觀察并要對癥下藥,因此,在施工過程中,應經常觀察地質發育情況,必要時采取有效的輔助措施,如TSP、超前鉆孔、紅外線探水、地質雷達探測等超前地質預報措施。
3、破碎地質的施工原則
在隧道施工過程中如遇到不良地質段,首先要對地質、水文情況有一個整體的了解。嚴格按照“先治水、短開挖、弱爆破、強支護、勤量測、早襯砌”的指導原則。
(1)先治水:在有水地段,應采用引、排、堵相結合的方式,處理好巖溶水,消除隱患。
(2)短開挖、弱爆破:不良地質段,應遵循多打眼、淺打眼、弱爆破、短進尺的原則,減少對周邊圍巖的擾動。
(3)強支護:及破碎地段,應采取錨、噴、網聯合支護的原則。如果噴錨支護仍不能提供足夠的支護能力時,應及早裝設鋼架(工字鋼或格柵鋼架)支撐加強支護。
(4)勤量測:及在開挖完成后,立即進行監控量測工作,及時掌握圍巖變化情況。如變化較大,應制定相應的補救措施。
(5)早襯砌:在監控量測反映圍巖變化穩定、邊墻完成后,襯砌結構盡早封閉,改善受力狀態,確保襯砌結構長期穩定、堅固。
4、長鷹壩二號隧道的開挖方法
由于長鷹壩二號隧道地質情況復雜,節理較發育,溶洞、斷層、土夾石巖層等不良地質頻頻出現,所以全斷面開挖法已經不再合適,結合實際地質情況,我們采取了上下斷面順序開挖法,采用減輕震動控制爆破技術。下面就以DK239+705~+770段巖溶處理措施為例,淺談一下不良地質段的施工方法。
在隧道開挖過程中,如果圍巖的整體性差、穩定性差、風化程度比較嚴重時,一般多采用上下臺階開挖方法。上下臺階開挖法,就是上半斷面施工(包括支護)一段距離后(至少50m),再進行下半斷面的開挖和支護。這種情況的施工難度取決于圍巖破碎的程度以及填充物的含水性、活動性。
(1)長鷹壩二號隧道進口施工至DK239+710時線路左側出現粘土填充物,通過超前鉆孔探測發現前方20m范圍內仍是破碎巖層并向線路右側發展,圍巖破碎程度嚴重,自穩能力差。施工不當極易造成側壁整體滑塌,應注意輔以鋼架和噴錨網聯合加強支護。我們采取了在側壁不良地質的范圍布設¢42小導管注漿固結巖體;與線路方向成15°夾角、長度為6m,施工方法采用先兩側、后中間,短進尺、快支護的原則,較順利的通過了該地段。
(2)施工至DK239+720時拱部出現大量的砂礫土填充物,隨著進尺填充物逐步擴大,因考慮安全起見,改為人工配合機械施工,以人工為主,盡量縮短進尺,一般為一榀鋼架間距的進尺。
(3)至DK239+750時隧道大部分斷面都在破碎巖層中,且破碎程度比較嚴重,隨時有掉塊、滑體現象發生。在開挖方法上采用了分部開挖法,即先開挖破碎帶,開挖完成后立即采用¢42小導管注漿封閉巖體,待注漿效果達到一定程度后再開挖較好圍巖。在開挖時可采用風槍與小炮相結合,但必須考慮減少對已封閉好破碎帶的振動。在下斷面施工中,必須使上斷面鋼架與下斷面鋼架之間焊接牢固、下斷面鋼架座落穩定。
5、破碎帶的支護方法
在開挖的同時,應及時施做初期支護,這是破碎地段施工的原則。以免圍巖暴露時間過長,產生松動、變形或掉塊以及坍塌現象,所以應遵循“早支護,強支護”的原則。一般在破碎地段采用噴錨網聯合支護方法。在必要時,應采用超前小導管或超前管棚和鋼拱架加強支護。在DK239+710時雖然我們對破碎帶進行了注漿固結,但這只是臨時支護,考慮到整體結構的穩定,對該段我們進行輔以鋼架加強支護,施做鋼架從DK239+705開始,鋼拱架間距50cm,縱向連接鋼筋用¢22螺紋鋼間距加密至50cm,因為在線路左側出現大量粘土填充,基底極其松軟。
上斷面施工至DK239+750時,線路左側發生塌方現象,隧道左邊形成一空腔(縱向2.8m,高度無法測出),這種空腔處理就不能再以簡單的鋼架支護。首先,考慮到安全起見,要對空腔周圍的危石、險石進行處理,然后進行鋼架架立。鋼架后面鋼筋網片和縱向連接筋焊接牢固后,支模噴射C20混凝土,待噴射混凝土達到一定程度后,拆除摸板,用C25素混凝土施做1m厚護拱,在護拱上墊至少1m厚砂土,對空腔內的落石起緩沖作用,防止破壞鋼架支護結構。