公路隧道工程不良地质段施工技术

2022-09-21 16:46:20 来源:写作指导

摘要:公路隧道工程多用于穿越山岭、跨越河流,其隐蔽工程量较大。由于施工现场、地质条件等因素的制约,隧道工程施工难度较大,是工程质量控制的重点。本文以某一隧道工程实际项目为案例依托,结合隧道工程特点,分析某公路隧道工程不良地质段的常见工况,并结合其不良地段地质情况采取相应施工技术,以便为同行提供技术参考。

关键词:公路隧道;施工特点;不良地质情况;措施

公路工程中的隧道,多用于跨越山岭、河流,因此工程所经过得不同地段地理环境导致工程量较大、隐蔽范围广的特性。虽然地质勘探技术日益进步,但由于不同地段地质工况相对复杂多变,勘探设备、工艺、频率等因素的影响,造成地质揭露数据不够准确。因此文章根据工程实际情况,对隧道施工过程中不良地质、施工控制措施进行深入分析,具有十分重要的意义。

1工程概况

某高速公路隧道全长712m,采取钻爆施工方案穿越岩层段,并通过回填土段采取机械开挖与大管棚法相结合,并在小导管灌浆的基础上进行超前支护补强。隧洞沿线地下水按照水层性质,以孔隙水和基岩裂隙水为主,地下水发育程度一般,主要依靠大气降水,隧道底板在地下水位线以上。隧道K0+600~K0+857(长257m)段,均为近期人工杂填,尚未压实,地质状况较差采用CRD法进行开挖作业;K0+857~K1+214m段(长357m)主要为泥质砂岩,强至中风化,其围岩稳定性不佳,为Ⅳ级围岩,故采取台阶法进行开挖作业。

2隧道施工特点

2.1地质工况存在未知性:工程在穿越岩层过程中由于地质工况存在未知性,可导致突发情况与安全事故的发生,比如勘察资料不全、勘察设备、频率与勘察技术相对落后,都可能导致无法准确掌握地质工况情况,也可能因局部工程地质情况存在安全隐患。

2.2山体开挖作业的干扰性:在隧道施工过程中,需要借助各种机械设备对山体进行开挖作业,在开挖过程中,山体基岩会受到压力的影响,局部地质结构会发生一定程度的变化;因此,必须根据具体的施工条件,适时进行技术措施的调整,这一工程的特殊性,增加了隧道施工的难度。

2.3工程隐蔽性:由于隧道工程穿越的道路主要是山地、河谷、河流,其隐蔽工程的工程量较大,再加上不同地段的工况多变,导致隧道施工中存在不可预见的安全隐患,为隧道工程的检测技术要求非常严格。

3隧道常见不良地质情况施工措施

3.1浅埋地段

浅埋地段是指隧道进出口段,该地段的的稳固性较差,导致在施工中容易出现土体垮塌、岩层破碎等问题需要对浅埋地段采取相应的防治措施,具体如下:

3.1.1提前对浅埋地段采取防治措施,可以采取增加刚性结构类的支护措施,尽量采取减少山体和岩层扰动的开挖技术。

3.1.2浅埋地段的进出口地质多变,地面水和地下水会侵蚀洞口断层,地表可采取截水沟、山体裂隙等方法进行引流,若不注重引流将导致地表水与地下水对进出口造成严重危害。

3.1.3在隧道入口和出口的施工中,采取“上部弧形导坑、预留核心土”的施工方法,尽量减少开挖断面直接暴露的面积。

3.1.4隧道洞口浅埋偏压明挖暗做:a.使用锚杆对进洞口偏压边坡进行喷锚处理,锚杆呈梅花形布置;另一侧浇筑大体积混凝土挡墙,对偏压边坡形成阻挡支撑作用,边坡与挡墙间的回填土,用导管注浆处理,注浆硬化后与土体结合形成深层固结层,改善边坡周围土层受力性能,形成对偏压边坡的有效支撑,避免边坡滑塌灾害;b.对回填土注浆后,采用回填土下进洞方案,替换原明洞施工方案,使原浅埋偏压构造变成深埋构造,降低进洞施工对崩塌体的扰动,有效防治隧道施工和工后运营期发生崩塌灾害,保证隧道洞口施工和隧道运行安全。该施工工艺流程见图1。

3.2塌方处理

3.2.1预防塌方施工措施(1)地质监测预报。通过对地质状态的监测预报,掌握地质情况的变化趋势。(2)六项工艺原则。隧道施工遵循先排水、短进尺、弱爆破、强支护、快衬砌、勤勘测六项工艺原则。(3)快速反应机制。通过对地质监测数据、变化趋势的分析,建立快速反应机制。

3.2.2处理塌方的方法及步骤(1)事故现场查找原因,并提供对应举措。(2)若塌方程度判定为一般性,首先应对塌方区域实施加固。(3)塌方处理要将安全第一作为首要原则,配备科学专业的设备,为现场施工安全保驾护航。

3.2.3塌方处理方法锚喷法适用于一般性塌方,施工工艺如下:(1)借助钢管导出岩内积水,表层加喷早强混凝土,强化塌体面层;塌体顶部嵌入锚杆支护,底部搭建钢拱架向上作用,塌体面层基本稳定后,采用超前大管棚技术进行施工。(2)严重塌方处应进行特别加固处理,主要体现在锚喷支护后的混凝土灌浆。塌方处理方法见图2。

3.3破碎带、断层

3.3.1事故现场实况勘测,通过对各项数据的分析,得出具体结论;为预防断层处出现碎裂二次损害,首先要对岩面实施加固,减少暴露面积。

3.3.2爆破施工对岩体稳定性影响较大,易引起位移等损害,可通过预裂爆破的形式,减少对保留岩体的破坏。

3.3.3断层地段施工存在较大安全隐患,对其安全管理要引起足够的重视,保证监测频率的科学性。

3.4穿越溶洞

溶洞有大小、是否漏水之分,不同性质溶洞的处理方案受体量大小、所处方位、地质结构等因素的影响多有不同。分析现场地质工况,溶洞区域岩层主要由石灰岩构成,开挖难度较大。考虑到开挖过程中潜在的风险性,对应的治理方案如下:

3.4.1深度>2米的溶洞,选择回填方法治理。

3.4.22米<深度<5米且位处拱腰以上、在开挖界限以外的较大溶洞:(1)有水有填充时首先进行排水,后进行锚杆增设、混凝土浇筑、布设钢筋网喷射砼的方法加固;(2)无水无填充时,通过锚杆布设、混凝土浇筑、喷射砼进行加固。

3.4.3深度>5米且位处拱腰以上、在开挖界限以外的较大溶洞:(1)有填充时借助高压注浆加固、布设钢筋网、喷射砼二次加固;(2)无填充物时,通过锚杆增设、混凝土浇筑、布设钢筋网喷射砼的方法加固。

3.4.4拱腰以上大溶洞(有填充物)处理示意见图3。

3.4.5隧道基地大型溶洞的治理:新增承载力高于1200kpa以上的混凝土桥板,借助板块结构增大受力面积的原理。

4质量控制要点分析

4.1超前地质预报

4.1.1超前地质检测工作原则:以现场地质分析为基础,粗查和精查、物探与声探相结合技术,对不同地段工况进行超前地质的预测。

4.1.2在进行超前地质预测时,应按照既定的工作程序进行监测,以保证监测中的准确性,超前地质预报流程如图4所示。

4.1.3超前地质预报方式,见表1。

4.2监控量测

4.2.1监控量测点的位置分布原理为每3m为一个量测断面,隧道周边位移测量布置(如图5所示),隧道地表沉降的测量方法如图6所示。

4.2.2施工前期地质条件复杂、变化较大时,对观测剖面进行加密,加大观测次数。

4.2.3测量的基准点必须在牢固可靠的位置点并加以适当的防护。

4.2.4所测量分项,均应尽可能地安排在同一测量断面上,所选取的测量点位必须具备一定代表性。

4.3量测数据的处理与应用

4.3.1在每次施工测量结束后,都应及时填写和统计测量数据,并将测量结果及时加入到“变形时态变化散点图”中,以便随时了解考察不同地段的工况变形趋势,调整其回归系数。

4.3.210~30天内需对两图进行回归分析,并基于两图的发展趋势,预测最大值和最大变形。

4.3.3以最大变形速率为依据,预测围岩的稳定与安全性。

5结论

隧道施工中不同地段工况具有复杂性与多变化,不良地质段针对性治理技术的应用十分重要。技术人员采用超前地质预报,可事先预见隧道施工中不同地质情况,降低公路施工的事故发生率。隧道工程中的常见不良地质条件主要包括隧道浅埋地段、隧道出现坍塌冒顶、岩层局部破碎和及出现断层、穿越溶洞等五种不良地质区段的施工。本文深入分析了五种不良地段施工特性,并有针对性的优化,以提高工程施工的质量与安全性。公路隧道工程中存在着难以预测的地质工况,导致工程施工中易发生突发事件与安全事故的发生。因此隧道施工阶段,应不断监测根据地质条件的实际情况,并适当调整掘进方案,以对不同地质情况进行超前预测与防治,提高公路隧道工程不良地质段施工的安全性。

作者:李奎 单位:湖南华达工程有限公司