地下暗挖专项施工中不良地质段的处理预案分析

郑敬云　夏平华

(浙江省围海建设集团股份有限公司, 浙江 宁波　315040)



地下暗挖专项施工中不良地质段的处理预案分析

郑敬云夏平华

(浙江省围海建设集团股份有限公司, 浙江 宁波315040)

浅埋暗挖技术是以加固和处理软弱地层为前提，通过选用合理的开挖方式，来保证施工安全和控制地面沉降。同时具有灵活多变、造价低、隧道结构强度高等优点。本文结合具体工程实例，重点分析了暗挖技术在地下不良地段的应用。

地下暗挖专项施工； 不良地段； 处理预案

随着地下工程的不断增多，工程建设中的经济、安全、环保、耐久等因素越来越受到重视，其中又以安全最为重要[1]。地质条件是暗挖施工设计的基础资料。在施工过程中，要把地质预报纳入工程施工工序，做到提早防、提前防。在设计方案审查阶段，针对不良地质地段，应在地质详细勘察或补充勘察的基础上，结合断面形式、规范、工程类比和必要的结构计算对设计方案进行审查，同时结合类似地质条件下已开挖隧道的施工经验，修正设计方案，编制专项施工方案。

1　工程概况

浙江省杭州市第二水源千岛湖配水工程3标道施工过程中遇到了部分不良地质段，如不稳定的砂质泥岩、粉砂岩等薄层；围岩强度不足，局部稳定性差；部分洞段断裂构造发育等。隧道开挖时顶拱常有坍落，边墙也产生失稳现象，局部还有较大变形破坏的可能。因此需要进行预案处理以确保施工安全。

2　工程特点

a.要求洞内运输设备容量大、运输能力大，如此可以减少工序衔接时间；但同时又要求运输设备横截面小、机动性强，减小与洞内其他设施之间的干扰。

b.该标段隧洞断面衬砌后净空断面较小，洞身衬砌为全断面一次成型，因此难以组织开挖与衬砌实施平行作业。

c.若采取洞身开挖完成后再进行混凝土衬砌，则从洞身开挖成型到混凝土衬砌完成间隔时间过长，期间为确保洞身围岩稳定，需加强日常监控量测，及时对洞身变形地段采取临时补强支护措施。

施工过程中，由于地层损失而引起的地面移动明显，对周边环境的影响较大。因此，对各种开挖、支护衬砌提出了更高的要求，施工难度增加。所以，如何有效控制地下工程施工扰动诱发的地面移动变形，成为该次工程设计与施工研究的重点和难点。为了达到及时支护、防止地层沉降的目的，必须采用复合式衬砌结构形式，即初期支护结构由喷、锚、网、钢拱架组成；当初期支护完全稳定后，再敷设防水隔离板，施加二次模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌，以下就工程风险及施工进行详细分析。

3　施工风险控制分析

3.1不良地质条件的控制措施

a.隧道塌方防范措施。塌方是隧道暗挖法施工中最常见的一种风险。施工过程中需根据施工现场的实际情况对施工专项方案进行动态管理，必要时调整施工方案，做到工序紧凑，不跨工序施工，及时封闭，确保每道工序的施工质量。

坚持“以地质为先导”的原则，采用掌子面地质素描、地质雷达物探等手段超前预报地层情况，时刻掌握隧道的地质状况，异常地质地段要有特殊的超前支护、初期支护措施和开挖方法。严格控制每循环进尺，开挖成型后及时进行初期支护，确保工序衔接，尽早施作仰拱并及时封闭成环，以改善受力条件，对特殊地段缩小钢格栅的间距，加强初期支护。切实做好隧道注浆堵水工序，防止地下水流失或因涌水造成的塌方事故。

b.隧道冒顶、片帮处理措施。冒顶是隧道暗挖法施工比较常见的一种风险。发生隧道冒顶、片帮时应立即上报，并马上组织调配抢险机械设备、抢险物资及人员，进行抢险；当险情危及设备(地面、地下)、车辆及人身安全时，人员及设备要撤离危险区，设置警戒线，防止其他人员或社会车辆进入危险区域。

3.2超前支护的风险控制措施

对于围岩自稳时间小于初期支护完成时间的地段，应根据地质条件、开挖方式、进度要求、使用机械情况，对围岩采取锚杆或小导管超前支护、小导管周边注浆等安全技术措施。当围岩整体稳定难以控制或上部有特殊要求时，可采用大管棚支护。

采用超前锚杆支护时，一般宜采用钻孔注浆锚杆支护，其孔位布设、长度、夹角、材料规格、锚杆预加拉力等参数应符合设计要求。注浆时需要检查支护状态，如发现异常状况应立即采取相应的措施进行处理，异常状态消除后方可恢复注浆。

4　洞挖施工方案及处理预案

4.1隧洞开挖总体方案

钻爆法施工工艺流程图

隧洞开挖采用钻爆法(工艺流程见下图)。该标段围岩主要为Ⅱ～Ⅳ类围岩，拟采用全断面一次开挖，光面爆破。采用直线型掏槽，按设计开挖轮廓线布置周边炮眼，间距为45～55cm，辅助眼间距为50～70cm。工作面同时开动多台YT-28型气腿式凿岩机钻眼作业。2号岩石硝铵炸药(有水地段采用乳化炸药)，周边眼采用中φ25光爆小药卷，7号纸雷管簇联非电毫秒导爆雷管起爆。

4.2断层地段处理方案

断层地段的施工难度主要在于断层的性质以及断层破碎带的状况。此外断层地段处理方案的设计还受到施工过程中围岩破坏程度、施工技术措施选取是否得当等因素的影响。

结合以上分析，该次断层地段的处理方案最终设计为，对于断层带内充填松散颗粒或断层泥时，采用先拱后墙法；对于断层内涌现大量水时，采用排堵结合的处理措施。当隧洞轴线与构造线垂直时，隧道穿过破碎带的长度减小，断层规模和含水量都较小，可随挖随撑；若隧洞轴线平行于构造方向时，应及时进行封闭，并加强拱墙衬砌[2]。

4.3隧洞涌水处理方案

根据隧道用水量的多少，所采用的处理措施也不相同。一般来说如果渗水量不大时，可采用加强拱墙衬砌结构，并在拱部衬砌厚度外增设排水设施，进行堵排相结合的处理方法。若涌水量较大，可采用劈裂注浆固结法施工。其具体工艺流程如下：

a.止浆。止浆岩盘的选取一般为完整岩层顶面5m，如果基岩节理发育，应设置3m左右的止浆墙来防止围岩破碎对工程的影响，止浆墙的墙身应嵌入围岩。

b.钻孔。开钻时，先低速低压，待成孔几米后，再加速加压；钻孔时，必须根据钻机定位后定下来的基线，随时检查钻孔方向的准确性。

c.注水试验。成孔后数分钟，向孔内注水，水从钻孔向周围岩土层渗透，在此期间进行吸水量的测定。试验中需要注意：注水前应清除孔内岩粉，注水量由小到大，源源不断，当水位到达设计高度时应控制注水量；稳定动水位的允许误差为±5cm。

d.注浆方法。采用全孔一次注浆，其优点是一次钻孔。一次完成注浆，减少安设、起拔止浆塞等工序时间，以加快注浆堵水施工进度。其缺点是为保证注浆质量，需采用高压注浆来保证孔下部浆液的扩散距离，全长注浆材料消耗大。

5　施工方法及技术措施

5.1爆破施工

a.炮眼数目。炮眼数目的多少直接影响每一循环凿岩工作量、爆破效果、循环进尺、隧洞成型的好坏以及爆渣块度的大小。暂按式(1)计算炮眼数目，在施工中，根据具体情况再作调整，以达到最佳爆破效果。

炮眼数目N，按式(1)计算：

(1)

式中s——开挖面积；

r——每米长度炸药的重量，粉乳炸药r=0.75kg/m;

η——炮眼装药系数，取η=0.75;

q——炸药单耗量，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ围岩炸药单耗量见下表。

黄刺玫果功能性饮料的最佳配方为:黄刺玫果与纯净水比例为1:8,白砂糖添加量8%,柠檬酸添加量0.2%。经调配后的黄刺玫果饮料色泽艳丽,呈现宝石红色;黄刺玫果香浓郁,香气诱人,口感酸甜可口,且富含多种对人体有益的营养成分,具有一定的保健功能。20℃室温下避光保存,可保质12月,品质优良。黄刺玫果功能性饮料的研发,为黄刺玫果的深加工提供了一个产品,对山西野生黄刺玫资源的综合开发利用一定的现实意义。

Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ围岩炸药单耗量表

b.每个炮眼的装药量。

一是掏槽眼，其计算公式如下：

(2)

式中η——炮眼装药系数，取η=0.85;

L——眼深，L=3.0m;

r——每米长度炸药量，r=0.75kg/m。

经计算Q1=1.91kg,取Q1=1.91kg(不同岩层有调整)。

二是辅助眼，计算公式为：

Q2=ηL r=0.75×2.5×0.75=1.40kg,取Q2=1.40kg。

周边孔间距：a=(15～10)d=(15～10)×43mm=645～430mm。

密集系数：m=a/W=0.65～1.0，Ⅱ～Ⅲ类可选为0.8～0.7。

最小抵抗线:W=600～400mm。

经过详细计算，该工程支洞掏槽眼数量为18个，辅助眼48个，周边眼33个，底板眼11个，其中周边眼采用φ25×300mm小药卷，其余炮眼采用φ32×200mm粉乳，有水炮眼采用乳化炸药。底板眼可在实际施工中再进行局部试验调整。

5.2管棚施工

支洞洞口管棚采用KQJ100B潜孔钻钻孔，孔径120mm。灌浆钢管管径108mm，管壁厚6mm，管壁钻小孔成“花管”，管头焊接锥形闷头，管尾接连接头，封堵孔口段小孔。灌浆采用MZ-1注浆机进行，灌浆顺序为先两侧后顶部，先灌较低的孔，后灌较高的孔。钻孔时，必须根据钻机定位后定下来的基线，随时检查钻孔方向的准确性，并要根据地质情况选择不同的钻头，当遇到坚硬孤石不能钻进或钻进困难时，用冲击钻头把岩石击碎，并用高压风将石屑吹出；当遇到稍软的岩石时，可用合金钻头钻进。钻孔过程中发现岩土对管壁的阻力较大，前段开孔用D125mm的钻头，后段根据钻进需要使用D110钻头终孔，以便容易顶入钢管。灌浆采用1∶1水泥砂浆，灌浆压力控制在0.5～1MPa以内。具体施工方法：KQJ100B潜孔钻钻孔，随着孔深的增大，需要对回转扭矩、冲击功率及推力进行控制和协调，尤其要严格控制推力，不能过大。将钢管安放在管棚钻机上后，对准已钻好的引导孔，低速推进钢管，其冲击力控制在1.8～2.0MPa，推进压力控制在4.0～6.0MPa。

5.3超前小导管施工

利用YT28型气腿式手风钻钻孔，注浆、插锚需简易平台车配合，用YT28型气腿式手风钻带套筒插锚。小导管采用孔径42mm、壁厚4mm的热轧无缝钢管加工制成，钢管前端加工成锥形，尾部焊接φ6钢筋加劲箍，管壁四周钻φ6压浆孔。

小导管钻孔仰角10°～15°，深度为4m，环向间距40cm，水平搭接不小于150cm。超前小导管应从格栅钢架腹部空间穿过，插入已钻好的孔中，尾端与钢架焊接，连为一体。灌浆采用1∶1水泥浆，初始灌浆压力0.2～0.3MPa，终压1～1.5MPa，注浆前应喷射4cm厚混凝土封闭工作面，以防漏浆。

超前小导管注浆补强技术参数：采用水泥-水玻璃浆液，浆液配合比同长孔注浆；以定量注浆为主，每根小导管注入量为200L。

6　结　语

通过本文分析可知，地下隧道工程因开挖面较大，很易发生变形及坍塌事故，浅埋暗挖法施工必须要严格控制施工质量和施工工序。同时施工过程中要注意进行取样检查、注浆前后注水量比较、测定注浆渗透状态和固结状态等工作，以确保施工安全与施工质量。

[1]韩润波.浅埋暗挖法隧道施工风险评估系统研究[D].北京：北京交通大学，2013.

[2]姚宣德.浅埋暗挖法城市隧道及地下工程施工风险分析与评估[D].北京：北京交通大学，2009.

Analysis on treatment plan of bad geological section in underground excavation special construction

ZHENG Jingyun, XIA Pinghua

(Zhejiang Reclaim Construction Group Co., Ltd., Ningbo 315040, China)

Shallow-buried underground excavation technology has precondition of reinforcing and processing weak formation. Reasonable excavation method is selected to ensure construction safety and control land subsidence. Meanwhile, the technology has the advantages of high flexibility, low cost, high tunnel structure strength, etc. In the paper, concrete engineering examples are combined for mainly analyzing the application of underground excavation technology in bad underground section.

underground excavation special construction; bad section; treatment plan

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.005

TV554

A

1005- 4774(2016)08- 0016- 04