不良地質(zhì)條件下隧道施工方法初探

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摘要:在修建隧道中,常遇到一些不利于施工的特殊地質(zhì)地段。如膨脹土圍巖、黃土、溶洞、斷層、松散地層、流沙、巖爆等。在開挖、支護(hù)和襯砌過程中,由于各種因素的影響都可能發(fā)生土石坍塌,坑道支撐變形,襯砌結(jié)構(gòu)斷裂,嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、安全和質(zhì)量。隧道穿越含有瓦斯的地層,更嚴(yán)重地威脅著施工安全。下面就此復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行施工加以分析。
關(guān)鍵詞:隧道施工;地質(zhì)條件
　　
　　伴隨著我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展與綜合國(guó)力的增強(qiáng),城市的規(guī)模也不斷的增大,城市人口流量還在增加、再加上機(jī)動(dòng)車輛呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢(shì),交通狀況不斷惡化。為了改善交通環(huán)境,采取了各種措施,其中興建地下鐵道得到了普遍的認(rèn)可,如最近幾年在北京、廣州、深圳等城市便興建了大量的地下鐵道。由于在城市中修建地下鐵道,其施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、水文地質(zhì)、環(huán)境保護(hù)、施工機(jī)具以及資金條件等因素的影響較大,因此各自所采用的施工方法也不盡相同。下面將就城市地下鐵道施工方法分別加以介紹。施工方法的選擇應(yīng)根據(jù)工程的性質(zhì)、規(guī)模、地質(zhì)和水文條件、以及地面和地下障礙物、施丁設(shè)備、環(huán)保和工期要求等因素,經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。首選方案。但其缺點(diǎn)也是明顯的,如阻斷交通時(shí)間較長(zhǎng),噪聲與震動(dòng)等對(duì)環(huán)境的影響。
　　隧道通過特殊地質(zhì)地段施工時(shí)應(yīng)注意以下幾方面:
　　1 施工前應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)所提供的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析了解,深入細(xì)致地作施工調(diào)查,制訂相應(yīng)的施工方案和措施,備足有關(guān)機(jī)具及材料,認(rèn)真編制和實(shí)施施工組織設(shè)計(jì),使工程達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、高效的目的。反之,即便地質(zhì)并非不良,也會(huì)因準(zhǔn)備不足,施工方法不當(dāng)或措施不力導(dǎo)致施工事故,延誤施工進(jìn)度。
　　2 特殊地質(zhì)地段隧道施工時(shí),應(yīng)以“先治水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進(jìn)”為指導(dǎo)原則。在選擇和確定施工方案時(shí),應(yīng)以安全為前提,綜合考慮隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、斷面型式、尺寸、埋置深度、施工機(jī)械裝備、工期和經(jīng)濟(jì)的可行性等因素而定。同時(shí)應(yīng)考慮圍巖變化時(shí)施工方法的適應(yīng)性及其變更的可能性,以免造成工程失誤和增加投資。
　　3 在隧道開挖方式選擇上,無論是采用鉆爆開挖法、機(jī)械開挖法,還是采用人工和機(jī)械混合開挖法,應(yīng)視地質(zhì)、環(huán)境、安全等條件來確定。如用鉆爆法施工時(shí),光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù),既能使開挖輪廓線符合設(shè)計(jì)要求,又能減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)破壞。爆破應(yīng)嚴(yán)格按照鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行施工,如遇地質(zhì)變化應(yīng)及時(shí)修改完善設(shè)計(jì)。
　　4 隧道通過自穩(wěn)時(shí)間短的軟弱破碎巖體、淺埋軟巖和嚴(yán)重偏壓、巖溶流泥地段、砂層、砂卵(礫)石層、斷層破碎帶以及大面積淋水或涌水地段時(shí),為保證洞體穩(wěn)定可采用超前錨桿、超前小鋼管、管棚、地表預(yù)加固地層和圍巖預(yù)注漿等輔助施工措施,對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固、超前支護(hù)或止水。
　　5 為了掌握施工中圍巖和支護(hù)的力學(xué)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)定程度,以及確定施工工序,保證施工安全,應(yīng)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè),充分利用監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)施工。對(duì)軟巖淺埋隧道須進(jìn)行地表下沉觀測(cè),這對(duì)及時(shí)預(yù)報(bào)洞體穩(wěn)定狀態(tài),修正施工方案都十分重要。
　　6 穿過未膠結(jié)松散地層和嚴(yán)寒地區(qū)的凍脹地層等,施工時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施外,均可采用錨噴支護(hù)施工。爆破后如開挖工作面有坍塌可能時(shí),應(yīng)在清除危石后及時(shí)噴射混凝土護(hù)面。如圍巖自穩(wěn)性很差,開挖難以成形,可沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線預(yù)打設(shè)超前錨桿。錨噴支護(hù)后仍不能提供足夠的支護(hù)能力時(shí),應(yīng)及早裝設(shè)鋼架支撐加強(qiáng)支護(hù)。
　　7 當(dāng)采用構(gòu)件支撐作臨時(shí)支護(hù)時(shí),支撐要有足夠的強(qiáng)度和剛度,能承受開挖后的圍巖壓力。圍巖出現(xiàn)底部壓力,產(chǎn)生底膨現(xiàn)象或可能產(chǎn)生沉陷時(shí)應(yīng)加設(shè)底梁。當(dāng)圍巖極為松軟破碎時(shí),應(yīng)采用先護(hù)后挖,暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件,可結(jié)合管棚或超前錨桿等支護(hù),形成聯(lián)合支撐。支撐作業(yè)應(yīng)迅速、及時(shí),以充分發(fā)揮構(gòu)件支撐的作用。
　　8 圍巖壓力過大,支撐受力下沉侵入襯砌設(shè)計(jì)斷面,必須挑頂(即將隧道頂部提高)時(shí),其處理方法是:拱部擴(kuò)挖前發(fā)現(xiàn)頂部下沉,應(yīng)先挑頂后擴(kuò)挖。當(dāng)擴(kuò)挖后發(fā)現(xiàn)頂部下沉,應(yīng)立好拱架和模板先灌筑滿足設(shè)計(jì)斷面部分的拱圈,俟混凝土達(dá)到所需強(qiáng)度并加強(qiáng)拱架支撐后,再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業(yè)宜先護(hù)后挖。
　　9 對(duì)于極松散的未固結(jié)圍巖和自穩(wěn)性極差的圍巖,當(dāng)采用先護(hù)后挖法仍不能開挖成形時(shí),宜采用壓注水泥砂漿或化學(xué)漿液的方法,以固結(jié)圍巖,提高其自穩(wěn)性。松散地層結(jié)構(gòu)松散,膠結(jié)性弱,穩(wěn)定性差,在施工中極易發(fā)生坍塌。如極度風(fēng)化破碎已失巖性的松散體;漂卵石地層、砂夾礫石和含有少量粘土的土壤以及無膠結(jié)松散的干沙等。隧道穿過這類地層,應(yīng)減少對(duì)圍巖的擾動(dòng),一般采取先護(hù)后挖,密閉支撐,邊挖邊封閉的施工原則,必要時(shí)可采用超前注漿改良地層和控制地下水等措施。
　　10 特殊地質(zhì)地段隧道襯砌,為防止圍巖松弛,地壓力作用在襯砌結(jié)構(gòu)上,致使襯砌出現(xiàn)開裂、下沉等不良現(xiàn)象。因此,采用模筑襯砌施工時(shí),除遵守隧道施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定施工外,還應(yīng)注意:當(dāng)拱腳、墻基松軟時(shí),灌筑混凝土前應(yīng)采取措施加固基底。襯砌混凝土應(yīng)采用高標(biāo)號(hào)或早強(qiáng)水泥,提高混凝土等級(jí),或采用摻速凝劑、早強(qiáng)劑等措施,提高襯砌的早期承載能力。仰拱施工,應(yīng)在邊墻完成后抓緊進(jìn)行,或根據(jù)需要在初期支護(hù)完成后立即施作仰拱,使襯砌結(jié)構(gòu)盡早封閉,構(gòu)成環(huán)形改善受力狀態(tài),以確保襯砌結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定堅(jiān)固。在隧道的施工過程中,應(yīng)把地質(zhì)超前預(yù)報(bào)納入隧道施工的正常工序,使地質(zhì)超前預(yù)報(bào)成為促進(jìn)隧道科學(xué)施工的有力手段。
　　在隧道施工過程中遇到的地質(zhì)問題往往千差萬別,不盡相同,有時(shí)甚至是諸種不良地質(zhì)疊加和組合。施工中要區(qū)別各種情況,具體問題具體對(duì)待,采取有針對(duì)性的處置措施,盡可能把不良地質(zhì)給施工帶來的損失降低到最低程度。 不良地質(zhì)雖然給隧道施工造成了困難,但只要掌握了不良地質(zhì)的性質(zhì)、規(guī)模和在隧道的出露位置,所采取的治理措施及時(shí)、得當(dāng),不僅可以避免任何地質(zhì)條件下出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害,而且可以用較小的代價(jià)彌補(bǔ)不良地質(zhì)給施工造成的損失。