隧道不良地质的处理方法

隧道不良地质的处理方法

摘要：结合榆林--济南输气管道工程龙门隧道的地质情况，以及在施工过程中断层、裂缝、岩溶、片理发育、土夹层等破碎地质段的实际施工方法，小议隧道不良地质的治理措施，以及围岩地质钻探和量测在施工中的应用。

关键词：不良地质；钢支架；小导管；超前探孔；量测

1．工程概况

本隧道位于太行山山脉之中，东西走向，为侵蚀溶蚀中山地貌区，海拔大于1000m，山势陡峻，自然坡度40～90度。洞内以ⅳ、ⅴ级围岩为主，地质主要第四系（q）和寒武系（∈）地层。但是隧道洞身存在三条破碎带（p1位于k0+300m处，p2位于k0+780m 处，p3位于k1+600m处）及一个溶洞，岩石为硬岩，中等风化，厚层状，易风化，见溶孔，裂隙、节理很发育，岩体破碎，土夹层等破碎地质。本隧道全长2163m,开挖断面3.4米*3.44米，分进出口掘进，进口里程为k0+000，出口里程为k2+163。

2．不良地质带与隧道的关系以及对施工的影响

不良地质在隧道施工中会经常出现，如认识不够，施工工艺安排不合理，会造成塌方，这样不仅会造成直接经济损失，给隧道施工带来极大困难，而且耽误工期，并且会带来安全隐患，甚至会造成安全质量事故。因此隧道不良地质带的施工必须制定安全、稳妥的施工方案，采取积极、有效的施工措施，切忌盲目施工。不良地

质的发现一是要熟读设计文件、掌握设计意图以及详细的地质情况；二是要勤观察并要对症下药，因此，在施工过程中，应经常观察地质发育情况，必要时采取有效的辅助措施，如超前钻孔、红外线探水、地质雷达探测等超前地质预报措施。

3．不良地质的施工原则

在隧道施工过程中如遇到不良地质段，首先要对地质、水文情况有一个整体的了解。严格按照“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、勤量测、早衬砌”的指导原则。

3.1.先治水：在有水地段，应采用引、排、堵相结合的方式，处理好岩溶水，消除隐患。

3.2.短开挖、弱爆破：不良地质段，应遵循多打眼、浅打眼、弱爆破、短进尺的原则，减少对周边围岩的扰动。

3.3.强支护：极破碎地段，应采取锚、喷、网联合支护的原则。如果喷锚支护仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢架（工字钢或格栅钢架）支撑加强支护。

3.4.勤量测: 即在开挖完成后，立即进行监控量测工作，及时掌握围岩变化情况。如变化较大，应制定相应的补救措施。

3.5.早衬砌：在监控量测反映围岩变化稳定、边墙完成后，衬砌结构尽早封闭，改善受力状态，确保衬砌结构长期稳定、坚固。

4．龙门隧道的开挖方法

4.1.龙门隧道进口施工至k0+740时线路左侧出现粘土填充物，

通过超前钻孔探测发现前方20m范围内仍是破碎岩层并向线路右侧发展，围岩破碎程度严重，自稳能力差。施工不当极易造成侧壁整体滑塌，应注意辅以钢架和喷锚网联合加强支护。我们采取了在侧壁不良地质的范围布设φ42小导管注浆固结岩体；与线路方向成7°夹角、长度为5m，施工方法采用先两侧、后中间，短进尺、快支护的原则，较顺利的通过了该地段。

4.2. 施工至k0+755时拱部出现大量的砂砾土填充物，随着进尺填充物逐步扩大，因考虑安全起见，改为人工配合机械施工，以人工为主，尽量缩短进尺，一般为一榀钢架间距的进尺。

4.3. 至k0+765时隧道大部分断面都在破碎岩层中，左上方有大面积空洞，且破碎程度比较严重，随时有掉块、滑体现象发生。开挖前采用φ42小导管注浆封闭岩体。在开挖时可采用风枪与小炮相结合，但必须考虑减少对已封闭好破碎带的振动。然后使用钢支架施工支护。

5．破碎带的支护方法

在开挖的同时，应及时施做初期支护，这是破碎地段施工的原则。以免围岩暴露时间过长，产生松动、变形或掉块以及坍塌现象，所以应遵循“早支护，强支护”的原则。一般在破碎地段采用喷锚网联合支护方法。在必要时，应采用超前小导管或超前管棚和钢拱架加强支护。在k0+740时虽然我们对破碎带进行了注浆固结，但这只是临时支护，考虑到整体结构的稳定，对该段我们进行辅以钢

架加强支护，施做钢架从k0+735开始，钢拱架间距50cm，纵向连接钢筋用φ22螺纹钢间距加密至50cm，因为在线路左侧出现大量粘土填充，基底极其松软，为了使钢架座落稳定，我们在左侧基底设置c30钢筋混凝土支座（截面尺寸：30cm*20cm），延伸出破碎区段，这样确保钢拱架座落稳定不下沉，并且整体性较强。每榀钢架在边墙位置设置长3.5m的锁脚锚杆，锁脚锚杆位于混凝土支座之上。

k0+755左侧为粘土填充，即易发生坍方或掉块现象，所以在钢支架架立完毕后，在左侧设置5m长的小导管并注浆加固岩体，施工至k0+765时，线路左上方发生塌方现象，隧道左上方边形成一空腔（纵向8m，高度大于20米），这种空腔处理就不能再以简单的钢架支护。首先，考虑到安全起见，要对空腔周围的危石、险石进行处理，然后进行钢架架立，钢架在左右拱部设置不短于2.5米的“吹沙”胶管。钢架后面钢筋网片和纵向连接筋焊接牢固后，支模喷射c20混凝土，待喷射混凝土达到一定程度后，拆除摸板，用m7.5浆砌片石施做1m厚护拱，在护拱上垫至少1m厚砂土，对空腔内的落石起缓冲作用，防止破坏钢架支护结构。

6．超前地质预测预报

超前探孔是隧道施工期地质超前预测预报最直接、最有效的方法，也是对其他探测手段成果的验证和补充。通过钻孔钻进速度测试和对钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强

度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水、气状况等诸方面的资料。

施工中，沿掌子面布置4个超前探孔，孔深30～50m，探水孔孔径（终孔）为75mm，全程跟进，开挖后保留最短探水孔的距离不少于10米，开始下一次探孔。

由于受净空断面限制，超前探孔采用潜孔钻机或地质钻机钻孔。施工中采用平行探孔法，在掌子面附近设加宽段，将钻机放在加宽段内，作为钻机探孔的工作面。

7．监控量测

7.1 量测部位的确定和测点的布置

尤其在围岩破碎地段，更应该加强监控量测工作。在破碎段，一般都是边开挖边支护，所以在支护工作完成后立即布设量测点（水平收敛和拱顶下沉），进行量测工作。水平收敛和拱顶下沉测点应尽量布设在同一断面上，量测断面间距一般在5m左右（破碎段），尤其在洞口埋深较浅地段更应该缩小量测间距。通过每次的量测数据，及时汇制时间与位移之间的变化曲线图，从而可直接了解该点的围岩变化情况，为施工提供依据。

7.2量测数据处理

及时根据现场量测数据绘制位移及位移速度随时间的变化曲线和位移及位移速度与开挖工作面距离的关系曲线。当位移～时间曲线趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和掌握