滇西红层地质隧道施工技术

杨增会

红层简介：红层是引起地质学家注意的最早识别的沉积岩类之一,见于世界的许多地方。在我国云南省广泛分布着红色的侏罗系、白垩系地层,通常由泥岩、粉砂岩、砂岩交替组成,因岩中富含铁的氧化物而呈红色、深红色或褐色。由这些地层形成的残坡积、冲洪积地层,称为云南中生代红层。云南中生代红层一般分为滇中红层和滇西红层,滇西红层主要分布在兰坪—思茅区,在保山及镇康地区亦出露。滇西红层属膨胀岩,具有膨胀岩的两种变形特性,即吸水膨胀软化和失水急剧收缩的特性。

1 工程概况

杉阳隧道是大(大理)瑞(瑞丽)线国铁Ⅰ级单线上的控制工程之一,隧道位于大理永平县境内,全长13 390 m。测区属中山构造剥蚀地貌,地形起伏大,相对高差约1 080 m,隧道最大埋深约1 015 m,最小埋深约160 m。地表上覆第四系全新统滑坡堆积碎石土;泥石流堆积粗圆砾土、冲洪积粉质黏土、卵石土、坡洪积碎石土、粉质黏土,坡残积粉质黏土、粗角砾土及块石土、第四系上更新统坡洪积碎石土。下伏白垩系下统南新组(K1n)砂岩夹泥岩、石英砂岩夹砾岩,景新组下段(K1J1)石英砂岩、砂岩夹泥岩;侏罗系上统坝注路组(J3b)泥岩夹砂岩,中统花开组上段(J2h)泥岩、砂岩夹泥灰岩,板岩及泥灰岩。局部有断层角砾(Fbr)。主要地质岩性如下：

石英砂岩夹泥岩(K1n)：淡紫红色,厚～巨厚层状,细～中粒结构。节理裂隙较发育,强风化。

泥岩夹砂岩(K1J2)：紫红色,泥岩与砂岩不等厚互层。厚～中厚层状,泥质胶结,节理裂隙发育,岩质软。

泥岩、石英砂岩夹泥岩(K1J1)：灰绿、黄绿等色砂岩与紫红色泥岩不等厚互层。砂岩主要为中细粒结构,厚～巨厚层构造,泥质、钙质胶结;泥岩为泥质结构,薄～中厚层层状结构,岩质软。节理裂隙发育,岩体破碎。

泥岩夹砂岩(J3b)：紫红色泥岩、粉砂质泥岩为主。泥岩、粉砂岩泥质结构,中厚～厚层构造,岩质软。粉砂岩、砂岩主要为细粉粒结构,钙质、泥质胶结。节理裂隙发育,岩体破碎。砂岩约占30%,泥岩约占70%。

泥岩、砂岩夹石英砂岩,泥灰岩(J2h)：灰绿、黄绿色中厚层泥岩,钙质泥岩与板岩不等厚互层,夹粉砂岩,偶夹石膏。泥岩为泥质结构,砂岩为粉砂细粒构造。

2 施工方法

隧道按新奥法组织施工,Ⅲ级围岩采用全断面法开挖,Ⅳ,Ⅴ级围岩采用台阶法开挖,根据施工情况采用两台阶法或三台阶法施工。开挖采用光面爆破,初期支护喷混凝土采用湿喷技术,同时对支护体系进行稳定性监测与分析,指导施工,并按仰拱超前的原则组织施工。锚网喷支护,拱墙一次衬砌。鉴于膨胀岩的性质及特点,施工把防排水及预止水的工作作为重点工作之一,成洞段及时做好排水系统,并根据地下水出露情况,于掌子面30 m以外设置集水坑,及时抽排水,防止地下水浸泡软化基底;同时封闭掌子面,避免围岩暴露,在失水情况下收缩开裂变形,导致局部流塌。同时利用不同的超前地质预报手段及时掌握掌子面前方围岩的情况,以提前制定对应施工措施。

2.1 开挖与支护

2.1.1 Ⅲ级围岩

Ⅲ级围岩采用全断面钻爆法施工。初期支护采用拱部施作φ 25中空锚杆、拱部局部挂网和拱部边墙喷射7 cm厚C20混凝土。φ 25中空锚杆长2.5 m,间距为1.2 m×1.5 m(环向×纵向),注水泥砂浆。钢筋网采用φ 6网片,间距为25 cm×25 cm。

2.1.2 Ⅳ级围岩

Ⅳ级围岩采用短台阶爆破法施工。初期支护采用拱部施作φ 25中空锚杆、边墙φ 22砂浆锚杆、拱部边墙挂网和拱部边墙喷射10 cm或15 cm厚C20混凝土。φ 25中空锚杆长 3 m,φ 22砂浆锚杆长3 m,间距均为1.2 m×1.2 m(环向×纵向)。钢筋网采用φ 6网片,间距为25 cm×25 cm。加强支护Ⅳ-A型采用拱部W钢带,Ⅳ-B型采用拱墙三肢格栅钢架。开挖后及时封闭岩面。

2.1.3 Ⅴ级围岩

Ⅴ级围岩采用微台阶法或三台阶七步开挖法施工。超前支护采用φ 42小导管注水泥砂浆,小导管3.5 m/根,环向间距0.4 m,每2 m一环,每环20根。超前支护施工完成开挖后,及时初喷C20混凝土5 cm封闭包括掌子面在内的岩面;随后施作长为3 m,拱部φ 25中空锚杆间距 1.5 m×1 m(环向×纵向)、边墙φ 22砂浆锚杆间距1.2 m×1 m(环向×纵向)的系统锚杆;挂设φ 8网片,间距为20 cm×20 cm;锚杆与网片点焊连接;加强支护Ⅴ-A型采用拱墙格栅钢架,纵向间距1.0 m;Ⅴ-C型及Ⅴ-E型采用全环Ⅰ16及Ⅰ18型钢钢架。钢架在拱脚和边墙脚设置φ 22锁脚砂浆锚杆,纵向采用φ 22钢筋连接。最后复喷至设计厚度。

2.2 衬砌

衬砌施作的前提条件：围岩和初期支护变形趋于稳定;初喷混凝土有无裂缝;出水点段处理效果;处理初期支护面,避免防水板被损坏。

2.2.1 仰拱超前

仰拱施工的重点是隧底的清理,杜绝隧底积水。

2.2.2 防排水施工

隧道防水采用在初期支护与二次衬砌拱墙部位铺设无纺布加防水板;在环向施工缝采用拱墙中埋式+拱墙外贴式橡胶止水带;在衬砌变形缝采用中埋式橡胶止水带+拱墙内缘双组分聚硫密封膏嵌缝材料+外贴式橡胶止水带;二衬拱部预留充填注浆孔进行注浆。隧道排水采用洞内设置双侧排水沟;设置环向φ 50透水管,纵向φ 100透水盲管。防水板采用热熔法手工焊接在塑料热熔垫片上,严禁用钢钉固定,避免防水板破损。

隧道防排水施作作为重点控制工序进行控制。

2.2.3 衬砌

根据监控量测结果,确定衬砌的施作。衬砌混凝土采用混凝土拌合站集中拌制,混凝土运输车输送,地泵入模,插入式振动棒振捣密实。

2.3 监控量测

编制隧道施工监控量测方案,经报审后实施。

隧道必测项目：1)洞内、外观察：主要对掌子面进行地质描述,包括围岩岩性、岩质、破碎情况、层厚情况、节理裂隙情况、岩体的倾角、地下水出露情况及出水点位等;对初期支护的喷混凝土观察是否有裂缝、剥离、脱落、钢架是否变形侵陷等;2)拱顶下沉及洞内净空变化：除严格按施工指南进行布点外,严格控制第一次测控的时间,避免测点布设时间滞后导致所测数据不准确;3)地表沉降观测：在隧道浅埋段及偏压段设置。

2.4 超前地质预报

鉴于隧道不良地质段突出,采用地质素描、超前水平钻孔、TSP203探测仪、瞬变电磁手段进行地质超前预报,有效掌子面前方围岩和岩体构造、结构特征及地下水情况,避免在断层带、向斜带、富水段等发生地质灾害。

3 结语

在膨胀围岩地段施工要注意以下几点：1)充分做好超前地质预报工作,超前制定施工技术方案及应急预案,做到施工前先规划,未雨绸缪;2)开挖后及时封闭开挖围岩面,避免围岩长时间暴露于空气下;3)重视洞内排水工作,避免洞内积水浸泡隧底,防止隧底衬砌翻浆冒泥,导致隧底断板;4)严格按新奥法施工基本原则组织施工,重视钻爆设计、初期支护施工质量控制、监控量测、地质超前预报四项工作,同时坚持动态施工的思维方法,通过监控量测数据确定二衬施作时间;5)对隧道的防排水施工要给予充分重视,已建运行隧道病害皆因对水的处理不到位、不规范引起的;6)严格控制混凝土的配合比及拌制、运输,防止二衬裂纹通病的发生。

[1] 罗 翔.隧道超前地质预报方法浅析[J].山西建筑,2008,34(6)：338-339.