复杂岩溶地质条件下的隧道施工与风险防范

刘 炳 东

(浙江交工宏途交通建设有限公司，浙江 杭州 310002)



复杂岩溶地质条件下的隧道施工与风险防范

刘 炳 东

(浙江交工宏途交通建设有限公司，浙江 杭州 310002)

简述了复杂岩溶条件下隧道作业的风险防范要点，介绍了隧道施工现场监控量测的主要内容，并从洞口与明洞施工、洞身开挖、断层破碎带施工等方面，提出了隧道施工过程的风险防范措施。

隧道，岩溶地质，监控量测，风险防范

0 引言

贵州省位于我国西南地区，山高坡陡，一年四季雨水充沛，复杂多变的层积岩与喀斯特地质地貌，为该地区形成了一道亮丽的风景线。然而，深埋的岩溶地质会给公路隧道施工带来各种麻烦，如溶洞内大小不一的填充物外涌、掌子面泥水四溢、掉块、坍方、冒顶等安全隐患。因此，复杂岩溶地质条件下的公路隧道施工，需要制定科学合理且有效的施工方案。

余庆至安龙高速公路罗甸至望谟段工程是《贵州省高速公路网规划》“6横7纵8联”中的“第六横”——余庆至安龙高速公路的重要组成部分，同时也是贵州省高速公路三年建设会战项目之一。路线全长75 km，双向四车道，设计时速80 km/h，路基宽24.5 m，汽车荷载为公路Ⅰ级。

笔者所在项目为LWTJ-2标段，起于罗甸县逢亭镇赖村北东侧，起点桩号K8+874，终点桩号YK17+580。该标段共有隧道2处，分别为林纳隧道和罗苏一号隧道，总长2 217 m，由地质勘探可知，该项目穿越地层岩性复杂，构造发育，主要表现为崩塌、滑坡、危岩、岩堆、不稳定边坡等不良地质条件，其中岩溶较为常见，多表现为溶岩、溶腔、裂隙和裂谷等产状，地理条件复杂，地质条件差，雨水多，隧道施工难度大，安全要求极高。

1 复杂岩溶地质条件下隧道作业的风险防范作业要点

为确保复杂岩溶地质条件下隧道施工的安全可靠，按照“新奥法”原理，隧道以坚持勤量测、严注浆，管超前，弱爆破，短进尺，强支护，早封闭的原则进行，遵循“先探后挖、支护在先”的施工程序，稳步推进。

初期支护：可采用工字钢拱架(或钢筋格栅)，径向锚杆，钢筋网及喷射混凝土组成，拱架、锚杆及钢筋网之间采用纵向钢筋相接，并与岩面紧密贴合。

二次衬砌：在浅埋及洞口加强段采用钢筋混凝土结构，以确保隧道支护结构的安全，隧道的主要辅助施工措施可采用超前大管棚、超前小导管。超前大管棚设于隧道两端洞口，超前小导管用于Ⅴ级围岩及Ⅳ级围岩较差地段。

2 全面监控量测，及时数据分析

隧道的监控量测是“喷锚”施工的一项重要内容，它既能确保隧道的安全操作，也能为围岩的动态支护提供可靠数据，还能为隧道设计与施工积累丰富的技术资料，因此必须做好此项工作。

如表1所示，根据本项目隧道具体条件，定期进行隧道围岩变形量测、应力—应变量测和围岩支护效果分析与稳定性分析。

2.1 关注净空收敛监测

表1 施工现场隧道监控量测一览表

表2为林纳隧道在初期支护后的监控量测样本，样本中的净空收敛量测是隧道风险防范的一项重要检测指标，通过定期监测断面的净空收敛数据，包括变化速率与累计变量值，通过对所观测数据的分析研究，能够全面掌握围岩变形的稳定情况，同时也为复杂岩溶地质条件的隧道施工及时调整支护参数，以及在隧道二次衬砌施作时间提供可靠的数据。

2.2 隧道的支护情况观测

及时观测隧道施工过程中的支护情况，观测内容包括开挖面的自稳性与附近自稳性，校核围岩与图纸是否有出入，初期支护的结构受力状况及是否出现破损等情况。每次爆破后应对掌子面进行严密监视，特别是软弱围岩，要实时地质勘查，观察后做好相关记录，并整理保存。

2.3 洞内地质超前预测预报

表2 林纳隧道净空收敛监测成果(样本)

洞内超前地质预报是富水岩溶地层隧道施工中的重中之重，通过科学的超前预报，可以最大限度的避免施工中可能出现的一切地质风险。图1为施工项目部采用的洞内地质超前预测预报程序。本项目所施工隧道为长大隧道，所处地段地质的熔岩发育，地层破碎，地下水发育，因此，施工所采用的超前预报手段长短结合，以较长距离的预报作为宏观控制，中短距离的预报作为调整准确度的依据，确保超前预报的结果准确可靠，降低风险。

3 施工过程的风险防范

复杂岩溶地质条件下的Ⅴ级、Ⅳ级围岩可采用先超前预支护后开挖：Ⅴ级围岩洞口段优先采用“φ108大管棚+注浆”预支护，洞身其他地段可采用“超前小导管+注浆”预支护；Ⅳ级围岩采用“超前砂浆锚杆”预支护。洞内采用液压锚杆钻车钻眼、装载机装碴，自卸汽车运碴至弃碴场；衬砌采用液压台车施工，墙拱一次浇筑，混凝土搅拌运输车运送，高压泵送混凝土入模。洞内附属沟槽、路面工程以及装修在二次衬砌完成后进行。

宁都县位于江西省东南部，东经115°40′20″至116°17′15″，北纬26°05′18″至27°08′13″之间，东邻石城、广昌，西与永丰、兴国交界，南接于都、瑞金，北与乐安、南丰、宜黄毗连。宁都县东西宽61 km，南北长117.2 km，土地总面积40.53万hm2，其中林业用地面积30.09万hm2，有林地面积27.76万hm2，森林覆盖率71.3%。

3.1 洞口与明洞施工

如图2所示，明洞及洞门施工包括洞口土石方开挖、排水系统、洞门、明洞、坡面防护以及洞口的辅助工程等施工。明洞工程按图纸设计先施工完成，以减少干扰，并保证安全，为加速隧道施工创造条件。

3.2 洞身开挖

根据隧道施工掘进过程中溶岩的地质状况，当为Ⅴ级围岩时，洞口段采用“大管棚+注浆”超前预支护，洞身段采用“小导管+注浆”超前预支护，环形预留核心土施工，如图3所示。

首先，开挖上部弧形导坑，即先在拱顶超前支护后掘进，进尺不得超过1 m，环向开挖上部的弧形导坑，预留核心土块3 m～5 m，宽度约为隧道宽度的30%～50%。开挖面应及时喷涂混凝土(厚8 cm)，做好系统支护、架设钢架、打设锁脚锚管，锁脚锚管要紧贴钢架两侧边沿，角度为向下30°，锁脚锚管与钢架应牢固焊接。

其次，左、右侧的下台阶开挖，开挖进尺控制在1.5 m～3 m，左、右侧台阶要错开2 m～3 m。

为尽量减少爆破对隧道洞身的影响，施工过程中当遇到不良地质情况时，可采用浅孔爆破、注浆加固等措施，灵活掌握隧道的进尺；同时，对爆破孔位布设和炸药用量应精准设计，管理到位。总之，隧道在掘进、支护、封闭过程中应闭合成环，尽量减少对开挖围岩的扰动，最终实现隧道的安全贯通。

当Ⅳ级围岩时，可采用“超前锚杆”预支护，采用上下台阶法开挖。台阶法开挖台阶长3 m～5 m，采用凿岩机钻眼，塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆，预留光爆层爆破。下半断面采用凿岩台车钻眼，光面爆破。上台阶采用人工配合小车出碴至下台阶，下台阶由装载机装碴或挖斗装碴机出碴，自卸汽车运碴。施工时严格控制开挖断面，不欠挖，少超挖；量测工作必须及时，当发现异常情况，应立即进行仰拱封闭，如图4所示。

3.3 断层破碎带施工

断层破碎带处往往存在大量涌水、涌泥或大规模坍塌危险，施工的风险防范措施极其重要。一方面需优选施工方案，采取切实可靠的措施来处理不良地质。比如，当断层地段出现大量涌水时，可采取预注浆止水、排堵结合；同时要求各施工工序之间的距离尽量缩短，并尽快全断面衬砌，减少岩层暴露。断层地带的超前支护、初期支护宁强勿弱，并应经常检查加固。另一方面，加强地下水处理，或通过钻孔将地下水集中汇流引入排水沟或集水井，或进行固结灌浆处理。

4 结语

通过不断摸索、深入研讨隧道在各阶段的风险防范与技术攻关，我项目部的二处隧道最终顺利贯通，得益于较为科学合理的施工风险控制关键技术，取得了很好的经济效益与社会效益。笔者认为，此类复杂地质条件下隧道的风险防范关键技术可归纳为以下4点：

1)优化隧道超前地质探测，及时数据分析，为初期支护提供了可靠的数据资料。施工过程中的任何塌方和冒顶都有前兆，如洞内掌子面掉快、初支混凝土的裂纹和掉块、观测点沉降变化异常等等，通过采用地质调查法+物探法+超前钻探法等检测措施，通过数据实时分析，及时调整施工工艺并提高支护参数，确保施工安全可靠。

2)重视隧道施工的初期支护。短开挖，快支护，是隧道施工的基本要求，通过管棚、系统锚杆、超前小导管等措施，按照规定频率观测沉降与收敛值，为隧道施工的初期支护提供基础数据。

3)加强隧道顶部地表和洞内沉降观测。在开挖下台阶、特别在开挖仰拱时，沉降值和收敛值变化较为复杂，这时候的风险防范非常重要。

4)必要时，及时对隧道顶部的地表水进行截、堵、引、排，可以非常有效的减少地表水下渗对隧道施工产生的不利影响。实践表明，处理后的洞内渗漏水明显减少，大大减少了隧道施工中塌方现象的发生，提高了隧道施工的安全性。

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The tunnel construction and risk prevention in complex karst geological condition

Liu Bingdong

(ZhejiangJiaogongHongtuTrafficConstructionLimitedCompany,Hangzhou310002,China)

This paper discussed simply the risk prevention key points of tunnel work under complex karst conditions, introduced the main content of monitoring and measurement of tunnel construction site, and from the opening and open cut tunnel construction, tunnel excavation, fault fracture zone construction and other aspects, put forward the risk prevention measures in tunnel construction process.

tunnel, karst geology, monitoring and measurement, risk prevention

1009-6825(2017)14-0159-03

2017-03-06

刘炳东(1973- )，男，高级工程师

U455

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