浅析特殊地质条件隧道掘进施工方法

　　摘 要：本文结合作者实际工作经验，分析了在隧道施工中遭遇岩溶后的情况，提出了采取正面处理溶腔同时实施绕行迂回小断面掘进的施工方案，供广大施工同行参考借鉴。

　　关键词：特殊地质条件;隧道掘进;施工方法

　　[ Abstract ] Combined with the practical work experience, this paper analysis the encounter Karst situation in the tunnel construction, and puts forward the construction scheme of taking the positive treatment cavity while implementing bypass roundabout small cross section tunneling, for the majority of construction peers reference .

　　[ Key words ] special geological condition; tunnel; construction method

　　中图分类号：TU7 文献标识码： A文章编号：2095-2104(2012)

　　在实际施工过程中通过对该隧道在遭遇溶岩地段时采取迂回绕行小断面施工的方法，为在岩溶地区修建隧道过程中，当遭遇溶腔而又工期紧迫时提供了一个安全、可行的工程实例。在实施迂回绕行过程中，要考虑到可靠的安全保障措施、结合现场实际谨慎绕行断面及位置选择、精细的劳动力及机械安排等施工组织，再结合科学的治理溶腔，完善的预警逃生措施方案，最大限度的降低岩溶隧道的施工安全风险，尽可能的规避地质灾害的发生。

　　1 工程实例

　　某公路是岩溶地质较多、构造较复杂的干线，某隧道是该段线路中最为复杂、施工难度大和控制性工程，属于全线八座Ⅰ级高风险隧道之一，全长 10528 m，设置贯通平导在线路左边，隧道进口位于二、三叠系灰岩的地质段落，处于溶岩地质层，地质构造以背斜为主，经过 3 条暗河，预计正常涌水量为176000 m3/d，最大涌水量为743000 m3/d; 隧道最大埋深 670 m，进口分别设置-13.5‰，-15.3‰的反坡进行开挖掘进。工程施工过程出现的主要问题岩溶段含水量大，经常出现冒泥、冒水现象，施工尤为困难。

　　2 施工过程出现岩溶的情况

　　当隧道进口掘进至约3000 m 时，多次遭遇岩溶，大小不等共约达 160处，其中规模较大的冒水冒泥的溶腔对隧道施工影响严重，大约有15处(其中正洞有8处).该段落岩溶腔发育位置情况见图1。

　　正洞除2号和6号为压力较大且含水量极高的溶腔外，其他均为淤积的泥沙填充的溶腔。施工过程不仅需要对这些溶腔进行直接处理，同时还需对部分段落实施迂回绕行小断面掘进施工，以便进一步为隧道施工和溶腔处理提供有利条件。

　　3 绕行迂回导坑的施工方案

　　当隧道施工遭遇严重的不良地质，通过超前地质预报确定不良地质地段仅仅通过隧道正面直接处理困难或影响时间很长的情况下(处理时间超过1.5个月时)，再考虑绕行施工方案。

　　3.1 绕行前探测

　　首先需要进行绕行施工的可能性探测，一般采取物探和钻探相结合的方法进行地质探测，采用地质雷达对异常地质地段的两侧扩大半径范围进行探测，如有异常地质情况则选取不明显的一侧进行钻孔验证，进一步判别有关地质情况。迂回绕行施工应结合岩层产状与隧道轴线之间的关系来选择合适的绕行方案，当初步确定了绕行的位置时，可采取选择2个～3个探孔予以验证。在掌握了绕行施工地段地质情况的前提下，方可实施绕行方案。

　　3.2 合理选择导坑角度、导坑位置及断面形式。

　　根据隧道开挖掘进的施工工艺及施工选用的机械设备的操作空间的要求，尽量采用施工单位已有的设备的原则来选择绕行导坑角度和断面形式，尽最大努力节约成本。该隧道进口主体施工采用有轨运输方式，运输设备采用 SD14 梭式矿车，挖装采用ITC312 挖装机进行，结合运输及挖装设备的需要选取线路半径及断面形式，在该绕行线路中选取导坑与线路间夹角为 30°，而选取有轨运输 4.0 m ×4.2 m 截面形式。迂回导坑与主线中线间距的确定主要依岩溶地质的横向发育宽度而定，本次施工在隧道PDK364 + 005 岩溶段选择的迂回间距为15m;而在2号溶洞选择的迂回间距达到50m。

　　4 绕行施工实施

　　实施迂回绕行导坑施工时，往往距离不良地质段不远，为确保绕行施工的顺利实施，施工过程务必做好施工地质要求的各项工作。尤其是在确定平行迂回导坑时特别注意主要地质预报的长度和范围，地质情况尽可能的准确。在实施过程中应加强各交叉口位置的施工支护，确保已施工地段的结构安全。

　　5 小断面掘进方案的优缺点

　　当绕行迂回导坑恢复至正洞位置后，根据地质条件、溶腔处理效果、进度、隧道进度等在正洞内采用与迂回导坑相同的断面进行快速施工。主洞采取小断面施工与采取全断面施工的优缺点比较如下:

　　5.1 从隧道施工安全掘进方面考虑。a.采用小断面施工掘进的方法，对岩溶段附近段落施工的安全有较大的保障，小断面掘进速度快，支护及时，有突发事件时处理比较方便快捷。b.主洞采取小断面掘进的方法施工，该方法可以提前探明地质情况，加强了隧道施工安全，而且施工速度快。c.小断面迂回后反过来处理溶岩地段可以从两头进行，能够快速打通通道，达到快速处理的效果，提高施工作业安全。d.若采用全断面施工，施工速度慢，支护周期长，开挖面长时间临空容易发生塌方，安全性低。

　　5.2 采用小断面施工的掘进断面小，工程量少，工序相对简单，施工速度快，保证施工质量。

　　5.3 采用小断面施工方法时，一次开挖后需要进行二次扩挖，同时电缆、通风、排水管线等均需进行重新拆移，个别施工环节相对复杂。5.4 从施工成本投入方面考虑。a.小断面开挖后结构相对稳定，不需要新增二次衬砌台车的费用，大大缩减了成本投入。b.小断面作业需要的施工技术人员和机械设备，完全可以将原来全断面施工的作业人员重新组合利用。可减少进一步增加人员、设备相应增加工程费用。c.小断面作业尚需二次扩挖而产生新的费用，与全断面作业相比，会发生人工费、材料、机械设备相应增加的情形，经估算约增加 20% 的费用，当岩层破碎严重时还需考虑小断面临时支护，也要增加部分费用，但在个别特殊的施工段落用较少的资金来实现施工作业的安全是完全可行且必要的。综上所述，在隧道施工遇到岩溶等特殊段落时，因地质情况不能完全确定，拖延的施工工期长，而采用小断面施工导坑迂回绕行方法施工时，不仅能保证施工的安全，提高施工质量，还能降低工程成本。

　　6 现场实施步骤

　　在实际施工时，结合各段落的施工特点对4号～8号溶腔采取先绕行然后再采取小断面开挖的方法施工。具体各溶腔迂回后小断面施工长度见表 1。

　　表 1 正洞遭遇溶腔绕行小断面掘进统计表

　　序号溶腔绕行横通道长度/m小断面施工情况备注

　　14 号4号横通道238遭遇6号溶腔

　　25号6号横通道遭遇509遭遇7号溶腔

　　36 号7号横通道遭遇447

　　47 号6 号溶腔小断面绕行时，绕行线路遇到 7 号新的溶腔，通过加强支护和对溶腔进行预注浆处理，全断面扩挖至该里程时进行二次注浆处理后及时顺利通过

　　58 号9 号横通道14遭遇 9 号溶腔

　　施工过程中正洞绕行小断面和迂回导坑累计绕行处理1346 m，对绕行过程中遇到新的溶腔段采取加强支护和预注浆处理的方式进行处治，为全断面施工提供了有效的保障。

　　7 结语

　　本文通过介绍隧道正洞遭遇岩溶后，除正面处理溶腔外同时实施绕行迂回小断面掘进的施工方案，为岩溶地区修建隧道遭遇大型溶腔时能够及时恢复掘进提供了一种安全可行的处理方案，对今后同类工程的施工有一定的指导作用。

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