复杂地质条件下隧道综合施工技术研究与应用
作者：张燕清
来源：《科技与企业》2016年第03期
【摘要】高速公路隧道一由于其线形要求而导致隧道所处地质条件复杂多变；另一方面其断面面积大施工工序多，对围岩稳定性影响大，变形控制难度大，因此就复杂地层条件下高速公路隧道施工综合技术进行研究是一项尤为重要的工作。文章结合泉三公路项目，从多个施工技术方面进行了探讨和研究。通过实践证明，这些施工技术的实施不仅取得了立竿见影的效果而且减小了工程的危险指数，确保工程的实施，同时也为隧道施工提供了新的技术经验。 【关键词】复杂地质；隧道；施工技术；稳定性 1、课题立项的背景 1.1高速公路发展概述
交通运输业是国民经济中的重要产业部门，高速公路贯通我国东西南北、四通八达，由于其快速和交通量大的特点带来的重大的经济经济效益和社会效益，我国高速公路的发展经历了起步阶段、快速发展期和大发展期三部分。随着京沪、京沈、京石太、沪宁合、沪杭甬等一批长距离、跨省区的高速公路相继贯通，我国主要高速公路运输状况得到了缓解。高速公路的快速发展，大大缩短了区域运输的距离，加强各省市的技术、经济、劳动力等资源的交流，实现资源优化配置，加快各地区经济发展，对促进国民经济发展和社会进步都起到了重要的作用。 1.2泉三公路项目简介
中铁十九局集团第二工程有限公司施工的下渡隧道是福建省泉州至三明高速公路是泉州至毕节、天津至汕头尾国家重点干线公路的一部分，为该段的重点工程，不良地质现象比较集中。隧道设计左洞长度为1750m，右洞长度为1765m，为分离式隧道，隧道区地下水主要为上部残、坡积土层和强风化层中的孔隙潜水及下部基岩裂隙水，主要由大气降水垂向补给和地表水侧向补给。洞身围岩裂隙较发育，完整性较差，岩层具透水性，根据钻孔简易抽水试验、注水试验及水位恢复观测试验成果，经估算渗透系数K=0.01-0.35m/d，岩层富水性较强，洞身开挖时在构造破碎带地下水相对较富集地段易发生地下水渗漏、涌水。 1.3.课题研究背景的提出
由于下渡隧道存在富水、低瓦斯、粉砂岩等多项安全不稳定风险因素，为确保施工安全，保质保量如期完成工程任务，中铁十九局集团第二工程有限公司成立泉三项目部课题攻关小组，针对下渡隧道的工程特点与技术难点，科学组织施工，通过超前地质预报与监控量测手段，结合设计帷幕注浆工艺，适时监控瓦斯含量，采取电力起爆等手段，在富水瓦斯等复杂地质条件下隧道施工中取得了进度、质量、安全等多方面的效益，为成功预防软弱围岩隧道产生安全事故提供了宝贵的施工、管理经验，通过实施，形成了复杂地质条件下隧道施工综合技术研究与应用技术研究报告。
2、下渡隧道的施工特点与技术难点
下渡隧道洞身围岩裂隙较发育，完整性较差，岩层具透水性，岩层富水性较强，洞身开挖时在构造破碎带地下水相对较富集地段易发生地下水渗漏、涌水。隧道为裂隙发育异常地段，地下水埋深浅，多地下水富水及导水带，开挖洞身时可能出现涌流现象。洞身围岩石强度低，稳定性差，洞内可能出现涌流。施工时应注意加强通风措施，并做好瓦斯超前预报工作，为确保施工安全，采用中管棚搭接短管棚双液注浆超前支护，还对该段落采取超前帷幕注浆措施以封堵地下水涌流。
3、下渡隧道施工开展的主要研究工作
1）通过施工超前地质预报、监控量测，进行信息反馈及处理，进一步确认和详细划分围岩级别，指导设计参数以及施工方案。2）掌握隧道施工不同工况下围岩动态，并及时对围岩稳定性作出评价，以导现场施工，如：隧道收敛与拱顶沉降放大值，仰拱与二次衬砌施作时间；避免因隧道收敛与拱顶沉降引起的换拱等现象发生。3）为及时调整设计支护参数、修改设计和施工方法等提供科学参考依据，才能有效的避免塌方等工程事故。 4、研究工作完成情况及创新点
1）采用超前地质预报与监控量测相结合手段，有效提供了富水、低瓦斯、软弱围岩施工安全报警依据，实现了超前预警的目标；2）采取超前围帷幕注浆与“引、排、堵”相结合的施工工艺，有效防御了突泥、突水事故的发生；3）采取管超前施工方法，杜绝了炭质泥岩引起的掉拱、偏帮、塌方等现象的发生，确保了隧道安全掘进。 第一章 下渡隧道工程状况 1、地形地貌
该隧道区属低山丘陵地貌，隧道穿越东西向的低山区，地形起伏较大，轴线处最高海拔约425m，山脊狭窄，沟谷窄、深，进口段地形较平缓，山坡自然坡度约15o-25o。
2、地质构造特征
隧道区上覆薄层残、坡积粘性土，下部岩层以二叠系童子岩组（P1t）煤系地层为主，岩性主要为泥炭质胶结的粉砂岩、砂岩及炭质泥岩，局部夹薄煤层、煤线。受区域构造影响及地层岩性特点，围岩完整性较差。 3、地下水概况
隧道区地下水主要为上部残、坡积土层和强风化层中的孔隙潜水及下部基岩裂隙水，主要由大气降水垂向补给和地表水侧向补给。洞身地下水主要聚集在裂隙密集带中，地下水位标高均高于路面设计高程，洞身围岩裂隙较发育，完整性较差，岩层具透水性。 第二章 隧道软弱围岩超前地质预报与监控量测技术研究与应用 1、下渡隧道采用预报方法简介
1）超前地质预报采取的方法。①下渡隧道主要采用TGP、红外探水与地质雷达等手段进行监测，洞口段IV、V级围岩主要采用地质雷达与红外探水技术进行预报与监测。②在富水隧道施工中，根据红外探水预报情况，辅以超前地质钻机进行探水试验。③隧道中间段落，采取TGP辅以红外探水技术进行地质预报。④平常施工中，指定有地质经验的专业地质工程师辅以地质编录进行围岩预测。
2）超前地质预报实施技术方式。①长期超前地质预报。长期超前地质预报是对一座隧道的宏观超前地质预报，目的在于确定整座隧道的难点、疑点，重点地段和不良地质作用类型和分布里程，为科学施工提供地质依据。预报过程中常采用的方法有：地质复查法、地质综合分析法、地质投射法等。②中期超前地质预报。中期超前地质预报是指对隧道掌子面前方30-200m范围内做出的超前地质预报，其任务是对长期超前地质预报确定的重点地段进一步确认和完善，以期发现新的地质灾害地段，为短期超前地质预报确定目标。③短期超前地质预报。短期超前地质预报是指对隧道掌子面前方30m范围内，做出的超前地质预报，它是超前地质预报的攻坚阶段，做好该阶段的预报对于提高超前地质预报的准确率具有决定性意义。下渡隧道采用的方法有地质法（掌子面素描、地质编录法）、物探法（瞬变电磁法、地质雷达法）、水平钻探法。④临兆预报。在地质灾害发生前都有一定的预兆，当发现断层破碎带、岩溶、突水突泥、塌方、煤系地层有害气体、瓦斯、硬岩岩爆等的预兆反映时及时果断的做出临兆预报，以便避免更大地质灾害的发生，确保施工安全。
3）收敛观测与拱顶沉降。隧道开挖并支护完成后，采用水平收敛仪对隧道水平收敛设上下两个断面进行数据采集，支护完成后24小时内取得每一组原始数据，并进行初始读数，监测仪器采用隧道收敛计。监测方法采用精度较高的水平基线监测方法，并进行温度修正，然后按监测频率适时观测，定期分析数据。
复杂地质条件下隧道综合施工技术研究与应用
