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      隧道施工技術應用下的地質環境論文

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      隧道施工技術應用下的地質環境論文

      1隧道工程概況

      在水月寺鎮高蘭村有一處分離式的臥佛山隧道,線路整體地形起伏較大,高差懸殊。隧道左線進口樁號為ZK96+798,設計標高為435.738m,出口樁號ZK101+250,設計標高為341.906m,長4452m,縱坡采用-2.100%。右線進口樁號為YK96+812,設計標高為435.444m,出口樁號YK101+269,設計標高為341.440m,長4457m,縱坡采用-2.100%。圍巖級別Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ,主要由微風化閃長巖、大理巖、硅質頁巖和硅質巖、第四系可塑至硬塑低液限粘土等構成。地下水類型為基巖裂隙水,主要接受大氣降水補給。按新奧法原理組織現代化施工,通過監測反饋來驗證或修改支護參數,嚴格按施工程序指揮組織生產。在生產安排上,以隧道掘進為主線,根據設計圖紙和現場的水文地質情況合理確定開挖步驟、循環進尺、開挖方案、初期支護型式,并保持各開挖工序相互銜接,同時積極安排防水、二次襯砌跟進平行作業。施工中易發生圍巖變形過大或坍塌、瓦斯突出等情況,因此施工方法十分重要。

      2該隧道地段施工技術

      2.1瓦斯地段隧道供風該地段含有煤層且沿隧道縱向不連續分布。煤層沿隧道縱向的長度不一,其中左線2處、右線1處的煤層均為20m,其余均不足5m。煤層厚度0~0.9m,變化較大,傾角62~75°。經現場檢測及計算,煤層最大瓦斯壓力0.403MPa,瓦斯含量為0.998m3/噸,瓦斯涌出量為0.015m3/s。本工程采用鉆孔排放和通風的技術措施處理瓦斯問題。鉆孔排放主要是防治煤與瓦斯突出。在掌子面處,沿煤層的豎直平面均勻布設4個水平鉆孔,采用電煤鉆濕式鉆孔,長度不小于20m且穿透煤層。這些鉆孔與地質預報的超前水平鉆孔相結合,經檢驗,有效解決了煤與瓦斯突出的問題。隧道所需的風量根據爆破排煙、隧道內同時工作的最多人數、瓦斯絕對涌出量、允許最小風速、排除施工機械產生的廢氣等計算;同時考慮到開挖存在2個工作面(先行導坑與后行導坑),設置2個獨立的主風機風管(抗靜電、阻燃),對2個掘進工作面獨立通風,通風方式采用送風式(壓入式)。采用2個軸流式通風機,風管直徑均為1m,隧道橫斷面左右側各設置1個。主風機風管末端距離開挖工作面20~30m,同時為增強掌子面的通風效果,在風管末端設置局扇,局扇風管口距離開挖工作面的距離2~5m。通風風速要求大于1m/s,另外在瓦斯容易聚集的地方(開挖面上部、采空區、襯砌臺車內部等)進行局部通風。

      2.2煤層地段開挖方法與支護隧道開挖采用單側壁導坑法,先行導坑寬度約0.5倍洞寬,先行導坑與后行導坑的掌子面之間距離20m左右。開挖時每循環進尺0.6m,預留變形量0.1m。揭煤施工采用微震動爆破法,過煤施工時在巖石炮眼中裝藥并采用松動爆破法。管棚采用外徑89mm、壁厚6mm的熱扎無縫鋼花管;管體注漿孔孔徑8mm、縱向間距15cm,呈梅花形布置,管體尾部2m作為止漿段。管棚長度20m,由每段長4~6m的鋼管采用絲扣連接而成;相鄰管棚的接頭前后錯開且不小于1m;同一斷面上的管棚接頭數量不超過50%。管棚施工前,安裝管棚導向拱架,采用引孔頂入法施工。噴射10cm厚C25混凝土封閉工作面后,采用水灰比為1:1的水泥漿進行注漿,注漿壓力1~2MPa,壓力維持時間5~10min。注漿后及時清理管內漿液,插入鋼筋籠,用水泥砂漿填充密實。超前導管采用外徑50mm、壁厚5mm的熱扎無縫鋼花管;管體注漿孔孔徑6mm、縱向間距15cm,呈梅花形布置,管體尾部1.05m作為止漿段。導管長度5m,環向間距0.4m、縱向間距1.2m,外插角10°。采用上述水泥漿進行注漿,注漿壓力0.5~1MPa,壓力維持時間5~10min。注漿前,同樣采用噴射10cm厚C25混凝土封閉工作面;注漿超過8h后才能開挖掘進。兩導坑界面處采用噴混凝土和臨時鋼支撐支護。經現場檢測,變形滿足要求,因此該處不再設置導坑錨桿。但考慮到安全需要,施工期間對臨時鋼支撐及該處的圍巖變形進行持續監測。煤層地段開挖、支護等各項工序應盡量縮短時間、前后銜接緊湊,以降低安全風險。

      3各種復雜地質條件下隧道施工技術

      3.1溶洞地質條件的施工技術溶洞的溶蝕作用非常明顯,在隧道施工中難免會出現溶洞現象,因此,在溶洞地區修建隧道過程中,應該明確溶洞分布范圍、類型、巖層的穩定性、填充物以及地下水條件等,從而采取安全的施工方法。針對尚未發育的巖溶區,應該采取全面的預防措施,預防出現然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情況,從根本上確保施工的安全。在隧道穿過巖溶區中,其巖層比較穩定,且溶洞發育應該完整,地下水量不大的情況下,可考慮采取探孔或物探等方法,以掌握實際的地質條件。如果溶洞穿越暗河水囊等巖溶區,首先應該采取超前鉆探及時,提前解決施工中的排水問題。在突發量涌水、流石流泥、崩坍落石的情況下,可采取平導作為泄水通道,順利開辟掘進工作面積。總之,“引、堵、越、繞”等方法可及時處理巖溶地段隧道出現的溶洞現象。

      3.2松散地層地質條件的施工技術松散地層結構松散,容易出現坍塌現象。在此類地質條件下進行開挖隧道,應該盡量減少對圍巖的干擾,大多遵循先護后挖、密閉支撐、同時挖邊封閉的原則,或者采取超前注漿改良地層和控制地下水等方案。

      (1)超前支護。在隧道開挖前,采取超前支護方法,可避免在坑道掘進過程中出現坍塌現象。超前支護主要包括:超前錨桿方法、超前管棚法等。工作面條件與支架適應條件對照表。

      (2)超前小導管預注漿方法。超前小導管預注漿主要是根據開挖外輪廓線,按照規定的角度置入管壁帶孔的小導管,在施加壓力的同時,向管內壓注水泥,以增強巖體的穩定性,起到超前預支護作用。

      (3)降水、堵水方法。松散地層中的含水量,造成隧道施工中存在各種隱患。因此,在施工中綜合采取輔助坑道內井點降水、深井泵降水、注漿堵水、洞外地面隧道兩側布點等方法。在隧道施工中,結合隧道埋深以及工程水文地質條件,綜合考慮技術經濟條件,從而采取可行性的技術,切實提高工程質量水平。

      3.3流沙地質條件的施工技術流沙大多呈糊漿狀,容易出現圍巖失穩坍塌、支護結構變形等危險情況,不利于安全的隧道施工。因此,在治理流沙地質情況之前,應該先及時處理水流情況,特別需要減少沙層的含水量。在流沙地質條件下,可采取以下綜合處理措施:首先了解流沙特性以及地質構成結構,分析粒徑分布、塑性指數等,從而采取因地制宜的治理方案。在開挖過程中,采取自上而下分部進行,先護后挖,密閉支撐,邊挖邊封閉,控制沙粒從支撐縫隙中流出。或者采取超前注漿技術,以改善圍巖結構,再繼續開挖,避免對洞身襯砌造成破壞。按照施工組織設計要求,結合施工現場實際條件,從而制定可行性、經濟性的施工方法,確保施工質量的提高。

      4結束語

      綜上所述,我國地質比較復雜,隧道施工是與我國交通事業、人民生命財產安全密切相關的事業,國家及施工單位需要提高重視,對復雜地質環境加強研究,改進施工技術,增強施工質量的安全性,從而保障公路隧道施工項目的高效完成,促進我國交通事業的發展。

      作者:張振雨單位:中交第四公路工程局有限公司

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