隧道不良地质地段围岩预加固技术

隧道不良地质地段围岩预加固技术

丁晔

中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056

摘要：隧道施工项目，经常会遇到处于不良地质段的情况，例如大断裂带地区、陡峭山地地区、海拔较高地区等，施工过程中隧道口或者洞身置于其中，面临着基岩部分的裂隙间地下水出现、隧道穿越了岩体破碎地带等不良地质问题通过采用地质预报、超前预支护、初期支护、开挖及岩溶处理等步骤，合理有效的解决了处于大断裂区域不良地质隧道围岩的问题。本文以某位于不良地质段的隧道施工为例，介绍其对围岩预加固技术的使用方法，确保隧道施工安全顺利的开展施工，保证隧道的安全质量。

关键词：不良地质；隧道施工；预加固技术

1、工程概况介绍

该隧道工程项目位于某陡峭山地中，山顶处海拔高度约为800米，切割深度在五百至六百米左右，属于中切割中低山区地质地段。隧道工程处岩石为可溶性碳酸盐岩石，岩溶较为发育，地段围岩的稳定性能较差，隧道岩体含水量较丰富，隧道洞身内处于断裂构造，隧道内有一断层斜穿过洞身，围岩呈现较破碎状，整体上降低了围岩的地质级别，因此在隧道施工中面临着涌水、断层、围岩破碎等众多不良地质问题。隧道施工依据新奥法原理，通过对该不良地质地段采用超前地质预报预支护加固的处理手段，使施工工程顺利解决上述面临的问题。

2围岩预加固措施

2.1地质预报

当隧道施工中，遇到构造较为复杂的大规模断层的情况，主要通过对地表进行探测和对地质进行少量的钻孔来推断地质内部条件，分析与实际遇到的地质条件是否存在差异，隧道施工本身对所处地质体的细微变化异常敏感。如果施工采用大断面挖掘，则要求在施工前准备预报随动体地质地段的条件，因此将地质预报列入施工第一道工序，通常采用本工法。

在隧道施工前期，充分收集相关地质材料，熟悉当地地质地貌，谨慎探究隧道施工方案中涉及到的主要地质地段问题，制定工程预案，做好应对措施。

制定地质预报方案，采用超前平导方法，原理是主要以平导方式对正洞地质进行扫描测评，再用声波、钻孔探测、岩石观察等方法加以辅助，互相之间进行补充验证，确保预报方案的准确性。在正式施工开挖前，预测隧道内地质情况包括围岩等级类别、断层及破碎带情况、以及地下水活动等，预报出具体位置，设想出可能对施工带来的阻碍因素。施工过程中，结合勘测结果和施工进度随时做出综合性的分析，地质预报需要分阶段持续性开展。

2.2超前预支护

这种预加固技术的应用，是将水泥和水玻璃以1：0.8~1的比例进行混合，这个比例混合出来的泥浆，主要特点就是防水性强且活性好。在隧道施工中的拱墙处，设置拱部间距30公分，边墙间距40公分，长度为3.5米的超前小导管。小导管采用钻孔打入发进行安置布设，具体的操作方法，先钻直径比钢管直径大3至5毫米的孔洞，然后将小导管从钢架内穿过，随后用锤至少顶入钢管长度百分之九十以上小导管，并以5至10度的打入角沿隧道径向打入。在向超前小导管内注浆前，先用高压风机吹出钢管内残存的砂石料，再进行打压水试验，在利用设备进行注浆时应采用群管同时注浆，每次注浆量3至5根管。如果想提高注浆速度，则需要在注浆过程中时刻观察注浆管内压力以及注浆泵处排浆量的情况，检查管体是否有堵塞、漏浆或者跑浆等情况发生。当注浆量达到设计终压值时，再继续注浆10分钟以上即可停止该步骤的进行。

2.3初期支护

采用初期支护技术来实现对围岩的预加固处理，首先采用3米每根的水泥药卷锚杆，分别成纵向和环向间距均为100厘米的梅花型进行布置，拱墙处设置间距为50厘米的钢格栅栏，钢格栅栏每侧的拱脚处布设每根4米的中空注浆锁口锚杆，并在钢格栅栏两侧以环向间距50厘米的距离布置成梅花型，在此之上挂双层尺寸为15厘米见方的钢筋网格，需要喷射25厘米厚度的混凝土。

前文提到的水泥药卷锚杆，利用了水泥砂浆早期凝结快、承载强度大的两大特征制成锚固剂将锚杆固定的一种支护方法。制作锚固剂时，初凝时间应超过3分钟，而终凝时间不超过10分钟，必须满足足够时长的抗压强度，一般情况下，半小时至一个小时的抗压强度至少应在0.2兆帕以上。水泥浆在硬化后，体积不会缩小，但是有轻微的膨胀性。在用锚杆钻孔时采用风动凿岩机，钻孔之前根据设计方案图纸确定出孔的位置，钻孔时保持直线并且应与所处部位的岩层结构大面尽量保持垂直状态。药卷包浸水之前，在其上端部位扎出孔径为1毫米左右的小孔3至5个，浸水后观察小孔不冒泡则表示浸水结束，此时便可将浸水后的药卷包，用质地比较坚硬且呈顺直状的木棍或者相似物体，装入孔眼底部，随后用风动搅拌机带动锚杆快速转动，在转动的同时推进锚头，此时水泥包经过强烈的搅拌浸水后，水泥浆可以呈现更好的和易性，连续搅拌水泥的时间在30秒至1分钟为最适宜，过程中如果发现水泥浆沿着孔壁下滑，可用纸堵塞孔口。

2.4岩溶处理

隧道施工调查现场，根据所处岩溶的分布、发育形态、溶洞状况等诸多要素，再根据溶洞位置、大小等实际情况加以区别对待。一般通过引排截流的方式处理岩溶水，对地基较软弱的地质地段进行加固处理，经过一系列的综合工程治理岩溶方面出现的问题。

如果隧道横穿岩溶含水带时，对总流量较大的溶洞预留出5至10公分的岩盘，用于注浆堵水。如遇岩溶水丰富的岩溶部分，且在衬砌前无法将水排干的，应采取全封闭的衬砌措施；若遇到干溶洞或水囊溶洞，则应采取半封闭的方式进行衬砌，并将弹簧排水管设置于墙背部位，便于将水引入中心处排水沟。

2.5加强监测

新奥施工法的三大支柱包括加强监测量、光面爆破以及喷锚支护。实施该项措施时，应由专门的测量小组进行实施，在整个施工过程中实时监测各阶段地质地段与支护结构间的动态变化，了解施工构架的安全状态以及监控隧道周边生态环境的影响指标，同时判定围岩的稳定性和支护的可靠性，及时将监测结果进行反馈分析，将分析出的结果作为指导下一阶段施工的方向。处于断层横穿破碎带的地质地段，围岩石质结构松散破碎，在进行预加固处理的同时还要加密测量频率和密度，对隧道的施工现场进行数据回归分析。当发现初期支护发生变形或出现其他异常情况时，要及时报告给监理人员及专业工程师，经商量决定统一后，可采取加强加固处理措施，确保安全稳定的开展隧道施工。

总结与分析：

本案例中的隧道工程，位于大断裂带区域，洞身横穿岩体破碎部位，洞口穿越溜坍体地段，基岩裂隙中水发育较明显，针对这些不良的地质地段问题，本文笔者采取了超前小导管、水泥药卷锚杆、岩溶处理等加固处理手段，有效解决了大断裂区域隧道施工面临的不良地质问题。在实际的施工项目中，本条隧道的施工未出现变形坍塌等异常现象，确保隧道施工的顺利开挖，保证了安全有效的进行隧道的工程进度。

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