孫 才 中鐵十二局集團國際工程有限公司

1 前言

隨著我國高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，根據(jù)交通部2004 年規(guī)劃的“7918網(wǎng)”，十三年高速公路通車里程增加約500%。在高速公路施工建設(shè)過程中，不可避免的遇到各種各樣的不良地質(zhì)現(xiàn)象，造成隧道的開挖風險大、前期支護困難、突水突泥、拱頂下沉、沉降收斂侵限等一系列問題。

2 工程概況

2.1 依托項目概況

本項目位于云南省臨滄市，本標段線路全長5.48km，主要有隧道2座，單洞總長9628m（大興隧道左洞長2910m，右洞長2910m，扎拉寨隧道左洞長1913m，右洞長1895m）。

2.2 地形地貌

項目區(qū)位于云南滇西地區(qū)，地勢總體上東北高、西南低，為怒山支脈，高低起伏大。由于風的影響和河流侵蝕的作用，地形復(fù)雜，形成了高、中山、峽谷和各種形狀的山間盆地。項目區(qū)內(nèi)海拔為1503.3m～2383.5m，最大相對高差880.2m。隧道區(qū)內(nèi)海拔為1511.46m～2371.05m，最大相對高差859.59m。隧道地段植被茂密，覆蓋較厚，地貌屬于中山地貌。

2.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

項目區(qū)域經(jīng)歷了多次地殼運動，地殼形跡極為復(fù)雜。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造輪廓及構(gòu)造形跡的空間展布和性質(zhì)，斷裂發(fā)育呈北東——南西向延伸。本段受構(gòu)造運動影響，巖層有壓扭性特征，產(chǎn)狀變化較大，巖體破碎，差異風化突出。因其覆蓋層厚，植被茂密，山勢陡峭，露頭有限，地表斷層形跡不顯。

2.4 水文、氣象

場區(qū)位于北回歸線南側(cè)附近，屬亞熱帶氣候，海拔相對高差大，地形復(fù)雜，立體氣候明顯。全年日照時間長，霜期短，氣候溫和，干濕季分明。氣候冬暖夏涼，構(gòu)成了多種多樣的生態(tài)環(huán)境。

3 云南地區(qū)主要地質(zhì)條件特點

（1）斷裂構(gòu)造較發(fā)育，圍巖堅硬性差，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，施工中需頻繁變換開挖工方法，并根據(jù)地質(zhì)條件隨時調(diào)整支護措施。（2）地下水豐富、圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、完整性差，施工過程中若初期支護不能達到設(shè)計、規(guī)范要求，就會達到圍巖穩(wěn)定的臨界平衡點，易發(fā)生初支侵限甚至塌方。（3）爆破開挖后圍巖破碎，局部產(chǎn)生掉塊失穩(wěn)，暴露時間過長易風化掉塊。

在本項目施工幾年來，上述三個地質(zhì)條件特點，致使隧道在開挖過程經(jīng)常發(fā)生中塌方，塌方處理需要大量的人力、物力和時間，對項目安全、效益和工期等方面都造成了諸多不利影響。根據(jù)本項目三年來的施工經(jīng)驗和總結(jié)，在采取相應(yīng)的地質(zhì)預(yù)報方法，運用適當?shù)某邦A(yù)防措，能夠有效預(yù)防和避免塌方的發(fā)生。

4 預(yù)防塌方的具體措施

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報

常用的超前地質(zhì)預(yù)報方法有有三種，一是電磁波法即地質(zhì)雷達，二是超前探孔，三是地震波法即TSP。三種方法的原理及布置圖如圖1所示。

圖1 三種超前地質(zhì)預(yù)報方法的原理及布置圖

超前地質(zhì)預(yù)報方案擬定以下四種，根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇合理方案。（1）地質(zhì)雷達超前地質(zhì)預(yù)報方案：適用于短距離隧道不良地質(zhì)地段。（2）TSP超前地質(zhì)預(yù)報方案：適用于中長距離隧道不良地質(zhì)地段。（3）SP 與超前地質(zhì)鉆探（1 個孔）綜合方案：在工程地質(zhì)與水文地質(zhì)較復(fù)雜地段，僅采用TSP超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)不能滿足施工需要，需補充超前地質(zhì)鉆孔對TSP預(yù)報成果進行核查與確認。（4）TSP與超前地質(zhì)鉆探（3個孔）綜合方案：在斷層、地質(zhì)條件極差及初步判斷前方含水量大時采用。

4.2 加深炮孔

加深炮孔作為單獨的工序，在立架施工工序中施工，在將要開挖的掌子面上施做加深鉆孔來探測前方圍巖的地質(zhì)情況。根據(jù)圍巖情況一般布設(shè)3～5個鉆孔，鉆孔深度視3m～5m。依靠對鉆進速度及巖碴變化以及鉆孔涌水狀況、水壓、水量、顏色、水質(zhì)等判定前方地質(zhì)情況及下個循環(huán)的循環(huán)進尺。鉆孔過程如發(fā)現(xiàn)存在異常的(如突水、突泥、溶洞)及時采取措施。

4.3 控制開挖參數(shù)

施工原則：短進尺、弱爆破、緊封閉。在軟弱圍巖中，由于巖體破碎松散，節(jié)理裂隙密集，整體性差，巖石物理力學性質(zhì)差異大，開挖后圍巖自穩(wěn)能力較差，掘進進尺稍有不當，就可能造成局部或者大范圍的失穩(wěn)塌方，給施工安全、進度和效益帶來很大的損失。因此，要利用超前地質(zhì)探測、圍巖監(jiān)控量測結(jié)果分析，針對不同地質(zhì)條件選擇不同的開挖施工方案、鉆爆參數(shù)。

4.4 監(jiān)控量測

在隧道施工過程中，現(xiàn)場監(jiān)控量測對隧道不良地質(zhì)非常重要，是確保開挖、支護穩(wěn)定安全的重要手段之一。通過分析總結(jié)監(jiān)控量測結(jié)果，及時準確掌握圍巖結(jié)構(gòu)及支護的穩(wěn)定狀態(tài)，及時調(diào)整支護參數(shù)，保證施工和結(jié)構(gòu)安全。

（1）監(jiān)控量測點的布設(shè)

監(jiān)控點的布設(shè)要保證初始讀數(shù)在開挖后8h～12h 內(nèi)，和下一循環(huán)開挖前完成測取。測點應(yīng)安設(shè)在距開挖面1m～3m范圍內(nèi)，保證不大于一循環(huán)進尺，并細心保護，不受下一循環(huán)爆破的破壞。各項沉降、收斂位移的測點，一般可布設(shè)在同一斷面內(nèi)，測點統(tǒng)一記錄在一起，測設(shè)結(jié)果可以相互印證，協(xié)同分析與應(yīng)用。

布設(shè)要求：IV 級圍巖10m/組；V 級圍巖5m/組。在兩組監(jiān)控量測點中間進行斷面掃描以加強觀測，圍巖不好時適當加密。

（2）圍巖量測頻率

圍巖量測頻率根據(jù)位移速度和開挖面距離控制。具體頻率見表1。

表1 圍巖量測頻率表

（3）數(shù)據(jù)分析

量測結(jié)果應(yīng)按下列要求進行隧道穩(wěn)定型綜合判別。見表2。

表2 圍巖量測變形管理等級表

①圍巖量測最大位移值不大于表2 所列隧道周邊允許相對位移值的1/3，可認為初期支護達到基本穩(wěn)定。

②圍巖量測最大位移值大于表2 所列隧道周邊允許相對位移值的1/3且不大于2/3時，應(yīng)加強支護。

③圍巖量測最大位移值大于表2 所列隧道周邊允許相對位移值的2/3時，應(yīng)停工并且采取特殊措施后方可施工。

5 結(jié)束語

云南滇西地區(qū)高速公路隧道地質(zhì)復(fù)雜圍巖多變的特點，致使隧道施工過程中塌方發(fā)生的概率增加，造成施工過程的難度隨之增加。所以施工中必須全面了解隧道范圍的地質(zhì)條件，分析可能造成隧道塌方的原因及對隧道施工的影響，選擇合理有效的預(yù)防措施，減少和避免隧道塌方的發(fā)生。

在臨清高速公路建設(shè)施工中，我部承建的兩座隧道地質(zhì)情況復(fù)雜多變，經(jīng)常出現(xiàn)地質(zhì)斷層、圍巖軟弱、破碎等不良地質(zhì)情況。因施工過程中提前有效的了解了前方地質(zhì)情況并制定相應(yīng)的技術(shù)措施，有效減少、避免塌方的發(fā)生，使隧道塌方對施工的影響降到最低。