第第頁(yè)地方隧道內(nèi)地質(zhì)方案設(shè)計(jì)闡述作者：潘雪峰單位：山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院

隧道巖體工程地質(zhì)特征

隧道圍巖以?shī)W陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s）中～厚層狀石灰?guī)r為主，夾薄層白云質(zhì)灰?guī)r，團(tuán)塊狀泥灰?guī)r，太原端進(jìn)口段圍巖為第四系黃土、碎石土、石炭系薄～中厚層狀泥（頁(yè)）巖、砂巖和奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）角礫狀、團(tuán)塊狀、蜂窩狀泥灰?guī)r、石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。隧道圍巖以硬質(zhì)巖為主，少量極軟巖～軟質(zhì)巖。巖石的物理、

軟弱圍巖及斷層破碎帶路段方案設(shè)計(jì)及工程防治措施

西山隧道洞體埋深較大，隧道底板最大埋深451．61m，隧道洞體有相當(dāng)一部分埋深在400m以上，可能存在高地應(yīng)力，隧道穿過圍巖有石灰?guī)r、泥灰?guī)r和石灰?guī)r泥灰?guī)r互層，在穿過泥灰?guī)r或石灰?guī)r泥灰?guī)r互層（泥灰?guī)r為主）時(shí)，開挖過程中，地應(yīng)力失衡可能發(fā)生軟弱圍巖大變形。隧址區(qū)共發(fā)育斷層17條，且隧址區(qū)巖溶發(fā)育，水文及工程地質(zhì)條件復(fù)雜，開挖中可能發(fā)生圍巖大變形。基于這種情況，首先要加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，完善地質(zhì)設(shè)計(jì)資料，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)施工決策科學(xué)化；其次就是加強(qiáng)軟弱圍巖及斷層破碎帶處襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，采用超前帷幕注漿等措施，通過初期襯砌結(jié)構(gòu)和二次襯砌結(jié)構(gòu)提高強(qiáng)度與剛度，襯砌結(jié)構(gòu)及支護(hù)參數(shù)的確定以《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70－2004）為依據(jù)，并參考了類似工程。軟弱圍巖及斷層破碎帶處（Ⅳ級(jí)圍巖、Ⅴ級(jí)圍巖）襯砌斷面設(shè)計(jì)示意圖及超前支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖分別如圖1～圖4所示。方案設(shè)計(jì)原則軟弱圍巖洞室支護(hù)的總體設(shè)計(jì)原則是力求有控制地產(chǎn)生一個(gè)合理的塑性圈，允許變形，有控制地釋放圍巖變形能，又要盡可能保護(hù)圍巖的強(qiáng)度不致快速下降，不產(chǎn)生松動(dòng)圈，采取主動(dòng)式與被動(dòng)式相結(jié)合的綜合處置方法。支護(hù)主要是控制持續(xù)不斷的變形和防止破壞，維持隧道的穩(wěn)定。施工過程中要加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，使支護(hù)襯砌要及時(shí)恰當(dāng)，強(qiáng)度剛度要滿足設(shè)計(jì)要求，防止發(fā)生塌方等不良后果。工程防治措施軟巖支護(hù)是一個(gè)過程，要實(shí)現(xiàn)襯砌結(jié)構(gòu)的最終穩(wěn)定，則需使這一過程與圍巖的變形過程相協(xié)調(diào)，要達(dá)到這一目的，一般采取噴、錨、網(wǎng)支護(hù)、長(zhǎng)錨桿加固、鋼拱架支護(hù)、超前帷幕注漿等初期支護(hù)措施。初期支護(hù)能及時(shí)封閉圍巖，并且具有一定初期支撐力和較大柔性，既能釋放變形能又能保持一定的支護(hù)抗力。二次襯砌是在圍巖變形發(fā)展到一定程度后提供足夠的支承抗力與剛度來抗地壓，初期支護(hù)是二次襯砌的前提，二次襯砌是初期支護(hù)的補(bǔ)充與加強(qiáng)。在施工過程中還應(yīng)加大預(yù)留變形量，給予圍巖合理的變形空間與調(diào)整時(shí)間。下面重點(diǎn)闡述一下超前帷幕注漿設(shè)計(jì)及施工的注意事項(xiàng)。超前帷幕注漿設(shè)計(jì)隧道開挖或地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的隧道圍巖類別很差或隧道穿越斷層破碎帶時(shí)，應(yīng)根據(jù)軟弱圍巖或斷層破碎帶處工程水文條件和工程地質(zhì)條件，通過工程類比、理論計(jì)算等方法，對(duì)軟弱圍巖或斷層破碎帶處采用超前帷幕注漿。超前帷幕注漿施工前必須對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行注漿實(shí)驗(yàn)。注漿實(shí)驗(yàn)一方面是對(duì)注漿參數(shù)、工藝、材料做進(jìn)一步研究，使注漿施工合理、有效；另一方面是弄清所選擇漿液在實(shí)際地層中注漿加固的機(jī)理，探明有加固作用的漿液的特性。注漿實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、施工工藝等確定漿液的可注性、漿液在土層中形成復(fù)合土的強(qiáng)度特性、滲透特性以及地層自身在注漿前后的強(qiáng)度特性與滲透特性的變化，從而得出此類地層注漿可能得到的漿液結(jié)石體在巖層中的固結(jié)范圍和固結(jié)方式。帷幕注漿地段在注漿加固土體后，采用環(huán)向開挖保留核心土的方法開挖，核心土長(zhǎng)度1．5m左右，環(huán)向開挖寬度80～100cm，縱向開挖進(jìn)尺為一榀鋼架的間距。上下臺(tái)階距離控制在3～5m，應(yīng)保證上臺(tái)階施工時(shí)掌子面的穩(wěn)定，又能保證隧道初期支護(hù)盡早封閉成環(huán)和施工時(shí)足夠的空間。架立鋼架時(shí)必須保證位置準(zhǔn)確，拱腳應(yīng)架立在穩(wěn)固的基礎(chǔ)或木板上，嚴(yán)禁架立在虛土上，使上臺(tái)階盡早形成封閉結(jié)構(gòu)，必要時(shí)施做臨時(shí)仰拱。及時(shí)用系統(tǒng)錨桿（中空注漿錨桿或自鉆式錨桿）補(bǔ)充注漿，必要時(shí)預(yù)埋注漿小導(dǎo)管。注漿后每孔每延米涌水量大于0．15L／min或局部涌水量大于3L／min時(shí)必須追加鉆孔注漿。本項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件、機(jī)械設(shè)備等情況，確定鉆孔布置、終孔位置。隧道超前帷幕注漿示意圖（圖略）注漿施工注意事項(xiàng)（1）每個(gè)斷面注漿導(dǎo)管數(shù)量為40～80根，具體施工中可根據(jù)圍巖情況局部調(diào)整。掌子面注漿孔間距為0．75～1．5m，可根據(jù)實(shí)際開挖情況全斷面或局部布孔注漿加固。漿液擴(kuò)散區(qū)重疊50％。（2）帷幕注漿是在可能涌水、突水突泥情況下或斷層破碎帶處，根據(jù)水文及地質(zhì)條件或軟弱圍巖分布情況局部布設(shè)。注漿段長(zhǎng)為25m，開挖20m，預(yù)留5m（可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）作為下一段注漿的止?jié){巖盤，注漿段長(zhǎng)度及止?jié){巖盤厚度應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況局部調(diào)整。（3）注漿時(shí)應(yīng)注意觀察掌子面的變形，必要時(shí)做0．5～1m厚的模筑混凝土作為注漿封堵面，確保掌子面在注漿時(shí)不產(chǎn)生裂紋和隆起。開挖隧道過斷層的第一個(gè)掌子面時(shí)先噴15cm厚混凝土，必要時(shí)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片并打設(shè)錨桿，再現(xiàn)澆40cm厚混凝土，以后噴15cm厚混凝土。（4）注漿壓力應(yīng)為實(shí)測(cè)水壓加2MPa，確定注漿終孔壓力為實(shí)測(cè)水壓加4MPa，孔口段以滲透注漿為主，注漿壓力為0．5～1．0MPa。（5）初始注漿壓力為靜水壓力的1．2～1．5倍，最高壓力為靜水壓力的2～2．5倍，孔口段以滲透注漿為主，注漿壓力為0．5～1MPa。（6）注漿孔開孔直徑為102～127mm，開挖輪廓線上的注漿導(dǎo)管采用89鋼花管，中間部分注漿導(dǎo)管采用100PVC花管。（7）注漿應(yīng)在達(dá)到設(shè)計(jì)終壓之后維持一段時(shí)間，注漿壓力沒有明顯下降之時(shí)結(jié)束。每循環(huán)注漿結(jié)束后，應(yīng)做鉆孔檢查和紅外線探測(cè)，檢查合格后方可開挖，否則應(yīng)做補(bǔ)注。（8）注漿過程中應(yīng)經(jīng)常檢查，記錄注漿壓力、注漿量、凝固時(shí)間，掌子面及附近支護(hù)狀況，并根據(jù)水文、地質(zhì)條件、圍巖變化以及隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)前檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合考慮，及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)施工工藝及注意事項(xiàng)在軟巖圍巖及斷層破碎帶處等大變形段采用“加固圍巖、預(yù)留變形、先柔后剛、先放后抗、剛?cè)岵⑴e、分次支護(hù)、及早封閉、底部加強(qiáng)、信息化施工”的施工工藝和綜合治理措施。施工方法采用新奧法施工技術(shù)，大型配套施工機(jī)械作業(yè)生產(chǎn)線。Ⅲ級(jí)圍巖段采用全斷面光面爆破開挖；Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法施工；西山隧道太原端斷層破碎帶富集區(qū)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工；棚洞段明挖法與暗挖法相結(jié)合施工。在施工中需根據(jù)開挖后的實(shí)際情況采取適宜的輔助施工技術(shù)措施，以穩(wěn)定圍巖。在隧道兩端施工的同時(shí)施工斜豎井，并通過其和橫通道等增加掌子面，以加快施工進(jìn)度。不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)地段開挖采用短循環(huán)、弱爆破、強(qiáng)支撐，并輔以必要輔助施工技術(shù)措施，如超前錨桿，小導(dǎo)管預(yù)注漿，深孔預(yù)注漿等。裝渣運(yùn)輸擬采用無軌運(yùn)輸與有軌運(yùn)輸相結(jié)合的運(yùn)輸方案。二次襯砌采用混凝土運(yùn)輸車輸送泵和襯砌模板臺(tái)車的配套的機(jī)械施工方案。監(jiān)控量測(cè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是新奧法復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)、施工的核心技術(shù)之一，也是本次襯砌結(jié)構(gòu)采用信息化設(shè)計(jì)的重要組成內(nèi)容之一。通過施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可以掌握圍巖和支護(hù)在施工過程中的力學(xué)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)定程度，保障施工安全，為評(píng)價(jià)和修改初期支護(hù)參數(shù)，力學(xué)分析及二次襯砌施作時(shí)間提供信息依據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)圍巖條件、工程規(guī)模、支護(hù)類型和施工方法等選擇測(cè)試項(xiàng)目?，F(xiàn)場(chǎng)量測(cè)項(xiàng)目分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目?jī)纱箢悺１販y(cè)項(xiàng)目：地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察、周邊收斂位移、拱頂下沉以及地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。選測(cè)項(xiàng)目：地表下沉、錨桿內(nèi)力及噴層表面應(yīng)力、鋼支撐內(nèi)力及外力、襯砌內(nèi)應(yīng)力、表面應(yīng)力、圍巖體內(nèi)位移（洞內(nèi)設(shè)點(diǎn)）、圍巖壓力及兩層支護(hù)間壓力、裂縫量測(cè)以及圍巖彈性波測(cè)試等項(xiàng)目。地質(zhì)超前預(yù)報(bào)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，主要是根據(jù)地表和已開挖的隧道地段的地質(zhì)調(diào)查和各種探測(cè)方法取得的資料，以及地質(zhì)推斷法預(yù)測(cè)開挖工作面前方一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。本隧道可能出現(xiàn)斷層破碎帶、溶洞、瓦斯以及涌水等不良地質(zhì)，在施工中應(yīng)采用TSP203、地質(zhì)雷達(dá)等探測(cè)手段并結(jié)合已有地質(zhì)資料對(duì)未施工段地質(zhì)情況做出準(zhǔn)確判斷，完善設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)施工決策科學(xué)化，可以對(duì)遺漏的不良地質(zhì)體給施工所帶來的困難給予及時(shí)的預(yù)報(bào)，指導(dǎo)工程施工的順利進(jìn)行。同時(shí)還可以為因地質(zhì)條件影響而引起的變更設(shè)計(jì)，合理、經(jīng)濟(jì)、快速地進(jìn)行，提供有效保證。施工注意事項(xiàng)西山隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，洞身范圍內(nèi)有斷層破碎帶、溶洞、瓦斯以及涌水等不良地質(zhì)，因此，施工中一定要加強(qiáng)管理。（1）施工中應(yīng)嚴(yán)格控制施工用水，加強(qiáng)引排，嚴(yán)禁積水，以保證結(jié)構(gòu)的安全。（2）進(jìn)一步查清隧道進(jìn)出口段坡體的穩(wěn)定性。（3）隧道施工前，應(yīng)對(duì)地表進(jìn)行勘察，對(duì)于地表存在有的陷穴和落水洞地段應(yīng)先進(jìn)行填平和夯實(shí)。（4）施工過程中必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，并根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工方案和設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)。（5）施工過程中必須加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，將新奧法的核心“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)施工”貫穿于隧道的整個(gè)施工中，及時(shí)修正隧道支護(hù)參數(shù)，調(diào)整施工方法，特別是斷層、巖爆、富水段落等特殊地質(zhì)和不良地質(zhì)段落。（6）斜豎井及隧道斷層施工過程中應(yīng)加強(qiáng)瓦斯含量的檢測(cè)，嚴(yán)格按《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTGD70－2004）進(jìn)行施工。（7）在隧道土建施工中需注意預(yù)留洞室、預(yù)埋管件的施工，不要遺漏?？傊?，隧道穿越軟弱圍巖及斷層破碎帶路段時(shí)，洞室開挖后難于自穩(wěn)，必須及時(shí)支護(hù)，必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，尋找最佳支護(hù)時(shí)機(jī)、最佳支護(hù)剛度、最佳支護(hù)位移，適時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，實(shí)施最佳支護(hù)。

結(jié)語

本文以西山特長(zhǎng)隧道為工程實(shí)例，介紹了隧道穿越軟弱圍巖及斷層破碎帶路段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝及注意事項(xiàng)。隧道穿越軟弱圍巖