滇西紅層地質(zhì)隧道施工技術(shù)

楊增會

紅層簡介：紅層是引起地質(zhì)學(xué)家注意的最早識別的沉積巖類之一,見于世界的許多地方。在我國云南省廣泛分布著紅色的侏羅系、白堊系地層,通常由泥巖、粉砂巖、砂巖交替組成,因巖中富含鐵的氧化物而呈紅色、深紅色或褐色。由這些地層形成的殘坡積、沖洪積地層,稱為云南中生代紅層。云南中生代紅層一般分為滇中紅層和滇西紅層,滇西紅層主要分布在蘭坪—思茅區(qū),在保山及鎮(zhèn)康地區(qū)亦出露。滇西紅層屬膨脹巖,具有膨脹巖的兩種變形特性,即吸水膨脹軟化和失水急劇收縮的特性。

1 工程概況

杉陽隧道是大(大理)瑞(瑞麗)線國鐵Ⅰ級單線上的控制工程之一,隧道位于大理永平縣境內(nèi),全長13 390 m。測區(qū)屬中山構(gòu)造剝蝕地貌,地形起伏大,相對高差約1 080 m,隧道最大埋深約1 015 m,最小埋深約160 m。地表上覆第四系全新統(tǒng)滑坡堆積碎石土;泥石流堆積粗圓礫土、沖洪積粉質(zhì)黏土、卵石土、坡洪積碎石土、粉質(zhì)黏土,坡殘積粉質(zhì)黏土、粗角礫土及塊石土、第四系上更新統(tǒng)坡洪積碎石土。下伏白堊系下統(tǒng)南新組(K1n)砂巖夾泥巖、石英砂巖夾礫巖,景新組下段(K1J1)石英砂巖、砂巖夾泥巖;侏羅系上統(tǒng)壩注路組(J3b)泥巖夾砂巖,中統(tǒng)花開組上段(J2h)泥巖、砂巖夾泥灰?guī)r,板巖及泥灰?guī)r。局部有斷層角礫(Fbr)。主要地質(zhì)巖性如下：

石英砂巖夾泥巖(K1n)：淡紫紅色,厚～巨厚層狀,細(xì)～中粒結(jié)構(gòu)。節(jié)理裂隙較發(fā)育,強(qiáng)風(fēng)化。

泥巖夾砂巖(K1J2)：紫紅色,泥巖與砂巖不等厚互層。厚～中厚層狀,泥質(zhì)膠結(jié),節(jié)理裂隙發(fā)育,巖質(zhì)軟。

泥巖、石英砂巖夾泥巖(K1J1)：灰綠、黃綠等色砂巖與紫紅色泥巖不等厚互層。砂巖主要為中細(xì)粒結(jié)構(gòu),厚～巨厚層構(gòu)造,泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié);泥巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu),薄～中厚層層狀結(jié)構(gòu),巖質(zhì)軟。節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎。

泥巖夾砂巖(J3b)：紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主。泥巖、粉砂巖泥質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚～厚層構(gòu)造,巖質(zhì)軟。粉砂巖、砂巖主要為細(xì)粉粒結(jié)構(gòu),鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)。節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎。砂巖約占30%,泥巖約占70%。

泥巖、砂巖夾石英砂巖,泥灰?guī)r(J2h)：灰綠、黃綠色中厚層泥巖,鈣質(zhì)泥巖與板巖不等厚互層,夾粉砂巖,偶夾石膏。泥巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu),砂巖為粉砂細(xì)粒構(gòu)造。

2 施工方法

隧道按新奧法組織施工,Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖,Ⅳ,Ⅴ級圍巖采用臺階法開挖,根據(jù)施工情況采用兩臺階法或三臺階法施工。開挖采用光面爆破,初期支護(hù)噴混凝土采用濕噴技術(shù),同時對支護(hù)體系進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測與分析,指導(dǎo)施工,并按仰拱超前的原則組織施工。錨網(wǎng)噴支護(hù),拱墻一次襯砌。鑒于膨脹巖的性質(zhì)及特點,施工把防排水及預(yù)止水的工作作為重點工作之一,成洞段及時做好排水系統(tǒng),并根據(jù)地下水出露情況,于掌子面30 m以外設(shè)置集水坑,及時抽排水,防止地下水浸泡軟化基底;同時封閉掌子面,避免圍巖暴露,在失水情況下收縮開裂變形,導(dǎo)致局部流塌。同時利用不同的超前地質(zhì)預(yù)報手段及時掌握掌子面前方圍巖的情況,以提前制定對應(yīng)施工措施。

2.1 開挖與支護(hù)

2.1.1 Ⅲ級圍巖

Ⅲ級圍巖采用全斷面鉆爆法施工。初期支護(hù)采用拱部施作φ 25中空錨桿、拱部局部掛網(wǎng)和拱部邊墻噴射7 cm厚C20混凝土。φ 25中空錨桿長2.5 m,間距為1.2 m×1.5 m(環(huán)向×縱向),注水泥砂漿。鋼筋網(wǎng)采用φ 6網(wǎng)片,間距為25 cm×25 cm。

2.1.2 Ⅳ級圍巖

Ⅳ級圍巖采用短臺階爆破法施工。初期支護(hù)采用拱部施作φ 25中空錨桿、邊墻φ 22砂漿錨桿、拱部邊墻掛網(wǎng)和拱部邊墻噴射10 cm或15 cm厚C20混凝土。φ 25中空錨桿長 3 m,φ 22砂漿錨桿長3 m,間距均為1.2 m×1.2 m(環(huán)向×縱向)。鋼筋網(wǎng)采用φ 6網(wǎng)片,間距為25 cm×25 cm。加強(qiáng)支護(hù)Ⅳ-A型采用拱部W鋼帶,Ⅳ-B型采用拱墻三肢格柵鋼架。開挖后及時封閉巖面。

2.1.3 Ⅴ級圍巖

Ⅴ級圍巖采用微臺階法或三臺階七步開挖法施工。超前支護(hù)采用φ 42小導(dǎo)管注水泥砂漿,小導(dǎo)管3.5 m/根,環(huán)向間距0.4 m,每2 m一環(huán),每環(huán)20根。超前支護(hù)施工完成開挖后,及時初噴C20混凝土5 cm封閉包括掌子面在內(nèi)的巖面;隨后施作長為3 m,拱部φ 25中空錨桿間距 1.5 m×1 m(環(huán)向×縱向)、邊墻φ 22砂漿錨桿間距1.2 m×1 m(環(huán)向×縱向)的系統(tǒng)錨桿;掛設(shè)φ 8網(wǎng)片,間距為20 cm×20 cm;錨桿與網(wǎng)片點焊連接;加強(qiáng)支護(hù)Ⅴ-A型采用拱墻格柵鋼架,縱向間距1.0 m;Ⅴ-C型及Ⅴ-E型采用全環(huán)Ⅰ16及Ⅰ18型鋼鋼架。鋼架在拱腳和邊墻腳設(shè)置φ 22鎖腳砂漿錨桿,縱向采用φ 22鋼筋連接。最后復(fù)噴至設(shè)計厚度。

2.2 襯砌

襯砌施作的前提條件：圍巖和初期支護(hù)變形趨于穩(wěn)定;初噴混凝土有無裂縫;出水點段處理效果;處理初期支護(hù)面,避免防水板被損壞。

2.2.1 仰拱超前

仰拱施工的重點是隧底的清理,杜絕隧底積水。

2.2.2 防排水施工

隧道防水采用在初期支護(hù)與二次襯砌拱墻部位鋪設(shè)無紡布加防水板;在環(huán)向施工縫采用拱墻中埋式+拱墻外貼式橡膠止水帶;在襯砌變形縫采用中埋式橡膠止水帶+拱墻內(nèi)緣雙組分聚硫密封膏嵌縫材料+外貼式橡膠止水帶;二襯拱部預(yù)留充填注漿孔進(jìn)行注漿。隧道排水采用洞內(nèi)設(shè)置雙側(cè)排水溝;設(shè)置環(huán)向φ 50透水管,縱向φ 100透水盲管。防水板采用熱熔法手工焊接在塑料熱熔墊片上,嚴(yán)禁用鋼釘固定,避免防水板破損。

隧道防排水施作作為重點控制工序進(jìn)行控制。

2.2.3 襯砌

根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果,確定襯砌的施作。襯砌混凝土采用混凝土拌合站集中拌制,混凝土運(yùn)輸車輸送,地泵入模,插入式振動棒振搗密實。

2.3 監(jiān)控量測

編制隧道施工監(jiān)控量測方案,經(jīng)報審后實施。

隧道必測項目：1)洞內(nèi)、外觀察：主要對掌子面進(jìn)行地質(zhì)描述,包括圍巖巖性、巖質(zhì)、破碎情況、層厚情況、節(jié)理裂隙情況、巖體的傾角、地下水出露情況及出水點位等;對初期支護(hù)的噴混凝土觀察是否有裂縫、剝離、脫落、鋼架是否變形侵陷等;2)拱頂下沉及洞內(nèi)凈空變化：除嚴(yán)格按施工指南進(jìn)行布點外,嚴(yán)格控制第一次測控的時間,避免測點布設(shè)時間滯后導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確;3)地表沉降觀測：在隧道淺埋段及偏壓段設(shè)置。

2.4 超前地質(zhì)預(yù)報

鑒于隧道不良地質(zhì)段突出,采用地質(zhì)素描、超前水平鉆孔、TSP203探測儀、瞬變電磁手段進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報,有效掌子面前方圍巖和巖體構(gòu)造、結(jié)構(gòu)特征及地下水情況,避免在斷層帶、向斜帶、富水段等發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

3 結(jié)語

在膨脹圍巖地段施工要注意以下幾點：1)充分做好超前地質(zhì)預(yù)報工作,超前制定施工技術(shù)方案及應(yīng)急預(yù)案,做到施工前先規(guī)劃,未雨綢繆;2)開挖后及時封閉開挖圍巖面,避免圍巖長時間暴露于空氣下;3)重視洞內(nèi)排水工作,避免洞內(nèi)積水浸泡隧底,防止隧底襯砌翻漿冒泥,導(dǎo)致隧底斷板;4)嚴(yán)格按新奧法施工基本原則組織施工,重視鉆爆設(shè)計、初期支護(hù)施工質(zhì)量控制、監(jiān)控量測、地質(zhì)超前預(yù)報四項工作,同時堅持動態(tài)施工的思維方法,通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)確定二襯施作時間;5)對隧道的防排水施工要給予充分重視,已建運(yùn)行隧道病害皆因?qū)λ奶幚聿坏轿?、不?guī)范引起的;6)嚴(yán)格控制混凝土的配合比及拌制、運(yùn)輸,防止二襯裂紋通病的發(fā)生。

[1] 羅 翔.隧道超前地質(zhì)預(yù)報方法淺析[J].山西建筑,2008,34(6)：338-339.