永龙隧道岩土工程问题及对策

2016-05-05李承海林永贵

城市道桥与防洪 2016年5期

关键词：导坑水塘岩土

李承海，林永贵

（广州市市政工程设计研究总院，广东广州 510060）

永龙隧道岩土工程问题及对策

李承海，林永贵

（广州市市政工程设计研究总院，广东广州 510060）

永龙隧道遇到三个典型岩土工程问题：一是在隧道浅埋暗挖偏压段，二是在隧道从下部通过水塘段，三是在隧道穿越断层破碎带。对此三个岩土工程问题进行分析，并介绍其处理对策。

浅埋暗挖隧道；围岩分级；断层破碎带；设计施工

0 引言

永龙隧道位于广州市萝岗区，是连接永和大道与广汕路的城市山岭隧道。隧道为分离式双向6车道，设计速度60.0 km/h。隧道左线长1 865.00 m，右线长1 619.00 m，隧道单洞开挖最大宽度约18.00 m，最大高度12.50 m，拱形断面约170 m2，隧道内净宽16.70 m，净高7.70 m。

永龙隧道在设计及施工过程中遇到较为典型的岩土工程问题有三个：（1）在隧道浅埋暗挖偏压段，同一个断面内围岩存在上半断面软弱、下半断面岩体完整坚硬，即“上软下硬”，如何设计及施工；（2）隧道从下部通过水塘段，如何应对处理；（3）隧道穿越断层破碎带，如何处置。针对以上岩土工程问题，本文介绍有关处理对策。

1 浅埋暗挖偏压段岩土工程分析及对策

该工程左线有约300 m的浅埋暗挖段，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）计算该工程浅埋隧道分界深度[1]Hp=30.0 m。隧道顶最小埋深仅为8.0 m（0.48D）。根据勘察资料显示，浅埋暗挖段地层岩性上部主要为花岗岩残积土及全风化或强风化岩石，下半部为中微风化岩石，中微风化岩石饱和抗压强度大于30 MPa。该处隧道还位于山坡偏压地段。该处典型地质剖面见图1。

图1 浅埋暗挖段地质剖面图

浅埋暗挖段隧道顶部围岩级别为V级，土质遇水易软化崩解，土质松软，人工可开挖；隧道掌子面以及部分地段掌子面中下部为坚硬的中微风化岩石，需采用爆破开挖。对于该浅埋暗挖隧道段的“上软下硬”岩土问题，工程设计及施工中需要解决两个重点问题：一是做好洞顶支护措施，避免由于措施不当产生塌方，该处为浅埋段，塌方严重会引起冒顶；二是下部坚硬岩石爆破开挖时，需避免振动过大引起上部支护的松动。鉴于该岩土条件，采用的应对措施主要有：

（1）预加固、强支护

按V级围岩进行初步衬砌支护设计。具体步骤是：除洞口外的浅埋暗挖段先采用超前小导管对围岩进行注浆加固，隧道拱部120°范围内设置小导管，小导管采用42热轧钢管（壁厚4 mm），长度3.5 m，环向间距0.35 m，纵向间距2.25 m，搭接长度大于1 m，外插角为6°～10°，注水泥浆；其次，施工25中空注浆锚杆，L=4.5 m，间距采用0.7 m×0.5 m；接着铺设8双层钢筋网，网格间距150 mm×150 mm;然后,在拱墙、仰拱位置采用型钢拱架支撑，钢拱间距500 mm，初步衬砌最后喷射C20混凝土，厚300 mm。具体详见图2。

图2 浅埋暗挖段初衬支护设计图

（2）分部开挖方案

采用上下双侧壁导坑法施工，按以下步骤开挖：①开挖左侧导坑上台阶→②开挖左侧导坑下台阶→③开挖右侧导坑上台阶→④开挖右侧导坑下台阶→⑤开挖中间上部核心土→⑥开挖中心下台阶。相关顺序详见图3。

图3 上下台阶双侧壁导坑法开挖工序图

（3）微震动控制爆破技术

由于本次开挖断面中存在“上软下硬”现象，故为减少对衬砌支护的影响，本次采用微震动控制爆破技术，即采用手风钻钻孔，浅孔分层分步台阶爆破开挖，小型挖掘机挖装。爆破施工中采用微差起爆技术严格控制单响药量，降低震动效应的影响达到减震目的。爆破施工中注意起爆顺序和方式，即通过掏槽先创造良好的自由空间，沿自由面顺序起爆，减少对后排炮孔的阻挡作用，达到一定的减震目的。利用人造预裂缝(带)或隔震槽来减少爆破影响。在爆破过程中进行震动监测。

（4）加强拱顶下沉以及隧道围岩周边监控量测。

隧道开挖施工过程中加密监控量测间隔时间，及时跟进反馈监测数据。

该浅埋段围岩监控数据显示，围岩稳定后进行了二次衬砌，以上综合应对措施妥当。

2 隧道从下通过水塘的岩土工程分析及处理对策

隧道左线里程Zk1+760～Zk2+080西侧连续分布3口水塘，面积共约25 000 m2，水深约2.00～7.00 m，总水量约10万m3。该处岩土条件主要是：隧道断面位置位于中风化岩层中，隧道顶部为第四系花岗岩残积土、全风化和强风化岩，隧道围岩级别以IV为主，局部III和V级；该段由于基岩裂隙发育，本次在水塘附近进行多孔抽水试验，抽水试验表明，水塘水与基岩裂隙水存在水力联系。鉴于以上岩土条件，本次采用以下对策。

（2）预注浆处理。为防止涌水同时加固围岩，本次进行预注浆处理。为了确保达到注浆效果，采用洞内全断面帷幕注浆止水加固措施。开挖过程中若发现有透水现象，则采用双液浆（水玻璃－水泥双液浆）进行注浆处理。

（3）短进尺、弱爆破。

（4）做好监测预防措施。施工过程中密切关注隧洞渗水及透水情况，水塘处派人进行监测，若发现紧急情况，必要时排干水塘水。经调查，该3口水塘仅作为鱼塘使用，可以暂时性排干塘中水。因此，要求隧道施工在进入受水塘水影响范围（Zk1+700～Zk2+150）时若发生水量无法封堵或水量巨大时，可以将水塘中水排干，待隧道结构施工完成后，恢复水塘水。

过鱼塘隧道段除局部渗水较严重外，通过以上措施基本保障施工顺利完成。

3 穿越断层破碎带的岩土工程分析及处理对策

勘察资料显示永龙隧道左线里程Zk2+620、右线里程Yk2+585附近揭露窝园断层，断层走向NW-SE，倾向SW，倾角70°～80°，断裂带宽度60～80 m。断层破碎带由碎裂岩组成，灰色及灰白色，母岩为花岗岩，碎裂（碎粒）状结构，岩石经强烈构造作用呈角砾片理化，角砾呈定向排列，岩石具有不同程度硅化现象，在钻孔深度范围内尚无法揭穿。断层带的主要岩土地质条件分述如下：

（1）围岩软硬不均。断层具有多期活动性，在构造作用下造成岩体呈镶嵌结构，而且岩石软硬不均。自稳能力较差，容易形成掉块或块体坍塌。根据现场测试以及地质分析评定断层破碎带处隧道围岩等级为IV级，分布范围约100 m。

（2）地下水较丰富。由于受断层作用影响，断层带岩石裂隙发育，而且场地位于山坡位置，地势较低，为地下水赋存及运移通道，地质勘察资料显示钻进过程中发生全漏水现象，通过在断层带钻孔中进行的三次不同水头高度的注水试验，计算断层带基岩的渗透系数为0.329～0.479 m/d。

隧道穿越断层破碎带的典型地质剖面图详见图4。

图4 断层破碎带地质剖面图

鉴于以上岩土条件，隧道支护开挖需要解决两个问题是：一是隧道开挖的围岩稳定性问题；二是隧道地下水防排措施。相应的对策如下：

（1）按IV级围岩并适当加强措施进行支护设计。加强超前支护。为了增加围岩的稳定性，采用超前注浆小导管对围岩进行注浆加固。隧道拱部120°范围内设置小导管，小导管采用42超前注浆小导管支护，长度3.5 m。环向间距0.35 m，纵向间距2.25 m，搭接长度大于1 m，外插角为6°～10°，注水泥浆；其次施工25中空注浆锚杆长度4 m，间距0.7 m× 0.75 m。接着铺设8钢筋网，网格间距200 mm× 200 mm；然后在拱墙、仰拱位置采用型钢拱架支撑，钢拱间距 750 mm；初步衬砌最后喷射 C20混凝土。

（2）双侧壁导坑法施工、短进尺、弱爆破，封闭掌子面。采用双侧壁导坑法开挖施工，按以下步骤开挖：①开挖左侧导坑→②开挖右侧导坑→③开挖中间上部核心土→④开挖中心下台阶。相关顺序详见图3。

（3）施工时应先打设超前探孔作为超前泄水钻孔，并可探明前方地质条件，开挖过程中对局部漏水地段的围岩注水泥浆（或水玻璃－水泥双液浆）封闭。

（4）对左线里程Zk2+620、右线里程Yk2+585进行隧道拱顶下沉量以及隧道周边收敛变形进行监控量测，有关量测详见图5～图8。监测结果显示：隧道拱顶沉降逐步发展而且可控，与预期基本相符；隧道周边收敛变形有突变现象发生，在发生突变时进行动态设计[2]，在隧道周边加密注浆锚杆及型