彭朝暉(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

我國山區(qū)公路隧道修建技術(shù)相對成熟，但是在南美和非洲等發(fā)展中國家，山區(qū)隧道修建技術(shù)相對落后，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下修建山區(qū)隧道仍存在較大的困難。目前，針對復(fù)雜地質(zhì)段泥質(zhì)頁巖隧道的研究資料較少，本文通過對地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的對比研究，及時優(yōu)化隧道支護(hù)措施，為項目的順利實施提供了保障。

1 工程概況

玻利維亞艾爾西亞公路位于科恰班巴至圣克魯斯公路中央部位大約100km和130km處，全長30km，公路共有4條隧道，3號和4號隧道所處區(qū)域地層為泥質(zhì)頁巖。3號隧道起始樁號為KM2+824.79，終點樁號為KM3+286.3，全長461.51m。4號隧道起始樁號為KM3+340.11，終點樁號為KM3+814.96，全長474.85m。3號和4號隧洞全長共936.36m。

1.1 隧道區(qū)域地質(zhì)資料

根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)資料顯示3號和4號隧道所在區(qū)域圍巖類型為志留紀(jì)坎卡尼里組泥質(zhì)頁巖，部分夾砂巖和石英砂巖薄層，該單元的厚度為20m左右。從巖性上講，它是由層狀頁巖、滑石和深灰板巖構(gòu)成的。頁巖的底部是軟碳酸鹽，砂巖層向較高層穿插，向上覆地層過渡。

圖1為3號隧道的地質(zhì)勘探資料，從圖中可以看出，隧道穿過兩個逆斷層，隧道覆蓋層厚度較淺，平均厚度為80m。根據(jù)RMR法圍巖的分值得出相應(yīng)的圍巖等級，最終根據(jù)圍巖判定等級確定隧道斷面支護(hù)類型，因隧道洞口段要加強(qiáng)支護(hù)，故按最高等級支護(hù)。從圖中可以看出3號隧道圍巖等級類型為：3類圍巖344m,占比為74.54%，剩余25.46%受斷層帶影響。3號隧道斷面支護(hù)類型為：3類占比為55.15%，4類占比為21.76%，5類占比為14.23%，6類占比為8.86%。

圖1 3號隧道地質(zhì)勘探資料

圖2為4號隧道的地質(zhì)勘探資料，從圖中可以看出，隧道穿過一個逆斷層，隧洞覆蓋層厚度較淺，平均厚度為50m。從圖2中可以看出4號隧道圍巖等級類型為：3類圍巖384.89m,占比為81.06%，4類圍巖49.96m,占比為10.52%，剩余8.42%受斷層帶影響。4號隧道斷面支護(hù)類型中：3類占比為27.38%，4類占比為46.20%，5類占比為14.74%，6類占比為11.67%。

圖2 4號隧道地質(zhì)勘探資料

2 現(xiàn)場圍巖判定與支護(hù)研究

2.1 現(xiàn)場圍巖判定

根據(jù)比尼奧斯基（Bieniawski）RMR分級標(biāo)準(zhǔn)(1989)，對每一次開挖循環(huán)的隧道掌子面進(jìn)行圍巖分級判定。依據(jù)RMR1=A1+A2+A3+A4+A5,RMR0=R1+B(修正系數(shù))得出每個掌子面的圍巖評分，再根據(jù)表1圍巖等級評價表判斷圍巖級別，其中A1為完整巖石的單軸抗壓強(qiáng)度的分值，A2為巖石完整性RQD（%）的分值，A3為結(jié)構(gòu)面間距的分值，A4為不連續(xù)面特征的分值，A5為掌子面地下水特征的分值，B為不連續(xù)結(jié)構(gòu)面方向修正系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場每一循環(huán)對每個開挖后的掌子面進(jìn)行圍巖判定，依據(jù)判定結(jié)果進(jìn)行爆破開挖設(shè)計和支護(hù)。3號隧洞全長461.51m，根據(jù)RMR分級標(biāo)準(zhǔn)對3號隧道圍巖共判定231次。4號隧洞全長474.85m，根據(jù)RMR分級標(biāo)準(zhǔn)對4號隧道圍巖共判定263次。3號和4號隧道圍巖判定共計494次。

表1 圍巖等級評價表

表2為3號隧道掌子面RMR法圍巖判定匯總表。與圖1地質(zhì)勘探資料3類圍巖占比74.54%有較大的出入，根據(jù)現(xiàn)場實際RMR判定：其中4a類圍巖177.49m,占比為38.44%，4b類圍巖263.51m,占比為57.07%，5類圍巖20.76m，占比為4.50%。3號隧道斷面支護(hù)類型為：4類支護(hù)占比為38.44%，5類支護(hù)占比為57.07%，6類支護(hù)占比為4.50%。

表3為4號隧道掌子面RMR法圍巖判定匯總表。圖2地質(zhì)勘探資料顯示4號隧道3類圍巖占比81.06%，但是現(xiàn)場實測圍巖類型均為4類圍巖，根據(jù)現(xiàn)場實際RMR判定：其中4b類圍巖474.85m，占比為100%。4號隧道斷面支護(hù)類型為：4類支護(hù)占比為38.44%，5類支護(hù)占比為57.07%，6類支護(hù)占比為4.50%。

根據(jù)表2和表3的數(shù)據(jù)，再結(jié)合表1可以看出，3號和4號隧道地質(zhì)情況極差，圍巖等級全部是4類巖和5類巖，圍巖評價結(jié)論為差和極差。

表2 3號隧道掌子面RMR法圍巖判定匯總表

表3 4號隧道掌子面RMR法圍巖判定匯總表

2.2 支護(hù)研究

因地質(zhì)勘探資料的不準(zhǔn)確性，加上地質(zhì)條件和斷層帶的影響，給隧道的施工增加了極大的施工成本、安全隱患和技術(shù)難度挑戰(zhàn)。

在施工前期發(fā)現(xiàn)地質(zhì)資料與現(xiàn)場實際情況差別較大時，要及時采取應(yīng)對措施，加強(qiáng)隧洞穩(wěn)定性的監(jiān)測和超前探測，確保施工安全。在開挖時及時調(diào)整開挖方案，通過半洞開挖、減少爆破裝藥量、機(jī)械和人工輔助開挖等措施，減少對圍巖的擾動。同時調(diào)整支護(hù)方案，通過短進(jìn)尺、勤支護(hù)、減少鋼支撐間距等措施，確保施工安全。

2.2.1 圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測

通過測斜儀和收斂儀分別監(jiān)測隧洞洞臉邊坡和掌子面圍巖變化情況，為施工安全提供保障。特別是在地質(zhì)較差的區(qū)域應(yīng)增加監(jiān)測點位和監(jiān)測頻率。通過測斜儀和收斂儀數(shù)據(jù)以及洞頂巖層的變化，成功預(yù)測出4號洞洞臉上方巖層的滑坡危害，避免了人員的傷亡和財產(chǎn)損失。

2.2.2 圍巖支護(hù)

3號和4號隧道全部分為上半洞和下半洞以及底拱3部分開挖，并在開挖后進(jìn)行及時支護(hù)。4a類圍巖支護(hù)采用4.5m長、環(huán)向與縱向間距（1.3m×1.3m）、Φ25mm的系統(tǒng)錨桿、掛Φ8mm鋼筋網(wǎng)、含鋼纖維的噴射混凝土（7cm+10cm）和不含鋼纖維的噴射混凝土（5cm）進(jìn)行頂拱和邊墻的支護(hù)，底拱采用掛雙層Φ8mm鋼筋網(wǎng)（15cm×15cm）和澆筑21MPa的混凝土進(jìn)行支護(hù)。4b類圍巖支護(hù)采用4.5m長、環(huán)向間距1m、縱向搭接1m、Φ25mm的超前錨桿、立鋼支撐（縱向間距1.5m）、掛Φ8mm鋼筋網(wǎng)（15cm×15cm）、含鋼纖維的噴射混凝土（7cm+26cm）和不含鋼纖維的噴射混凝土（5cm）進(jìn)行頂拱和邊墻的支護(hù)，底拱采用掛雙層Φ8mm鋼筋網(wǎng)（15cm×15cm）和澆筑21MPa的混凝土進(jìn)行支護(hù)。5類圍巖支護(hù)采用12m長、環(huán)向間距0.5m、縱向搭接3m、Φ88.9mm的管棚、立鋼支撐（縱向間距1.1m）、掛Φ8mm鋼筋網(wǎng)（15cm×15cm）、含鋼纖維的噴射混凝土（7cm+26cm）和不含鋼纖維的噴射混凝土（5cm）進(jìn)行頂拱和邊墻的支護(hù)，底拱采用掛雙層Φ8mm鋼筋網(wǎng)（15cm×15cm）和澆筑21MPa的混凝土進(jìn)行支護(hù)。

因3號和4號隧道現(xiàn)場實際圍巖等級較差，在開挖過程中不時有冒頂?shù)痊F(xiàn)象發(fā)生，故根據(jù)現(xiàn)場實際情況對圍巖支護(hù)措施進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，4a類圍巖系統(tǒng)錨桿環(huán)向與縱向間距改為1.0m×1.0m～1.3m×1.3m。4b類圍巖將鋼支撐縱向間距改為1.0m～1.5m。5類圍巖將鋼支撐縱向間距改為0.5m～1.1m。同時在容易冒頂部位，減小鋼支撐間距，同時將鋼筋網(wǎng)片改為雙層。在斷層區(qū)域，通過超前鉆探、管棚超前支護(hù)和增加監(jiān)測點位等措施確保施工安全。

3 結(jié)語

由地質(zhì)勘察RMR圍巖等級和現(xiàn)場依據(jù)RMR法評定的圍巖等級差異可以看出，玻利維亞當(dāng)?shù)氐目辈靻挝豢辈炀容^低，缺乏其他勘察手段對鉆探數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的矯正，給項目的實施帶來了很多不確定性的風(fēng)險，例如增加施工成本、施工技術(shù)難度和施工安全風(fēng)險。

對于復(fù)雜地質(zhì)段泥質(zhì)頁巖隧洞，在施工時，要利用盡可能多的手段對洞臉邊坡和洞內(nèi)圍巖進(jìn)行監(jiān)測，增加監(jiān)測點和提高監(jiān)測頻率，盡早監(jiān)測，預(yù)防為主，安全施工。在施工時，遇到圍巖等級變化段和冒頂區(qū)域，要加強(qiáng)支護(hù)，特別是4類與5類巖交接處，要減小鋼支撐的間距，防止因支護(hù)強(qiáng)度達(dá)不到要求導(dǎo)致頂拱裂縫和冒頂現(xiàn)象發(fā)生。玻利維亞艾爾西亞公路根據(jù)現(xiàn)場實測RMR圍巖評價標(biāo)準(zhǔn)，按照其上圍巖支護(hù)方法，質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計、規(guī)范要求，未發(fā)生任何安全事故，為項目的順利實施奠定了基礎(chǔ)，取得了良好的社會效益。