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特殊地質隧道的施工與測量技術

 鷹擊長空186 2017-10-11

由于轄區(qū)內隧道裂隙均較發(fā)育,圍巖完整性、堅硬性差,深埋段不多,而且山體裂隙水比較豐富,所以發(fā)生地質災害——巖爆的幾率不高,根據(jù)鉆探和地質部門的資料該區(qū)域也不存在有害可燃易爆氣體,施工中主要的難點就是處理好大跨徑的開挖步序、工藝和應力突變導致淺埋段及主洞交叉處塌方冒頂及散體、破裂狀結構的邊仰坡失穩(wěn)或順圍巖層理走向的滑塌;涌水防排的治理;由于地質限制只能采用導坑開挖,施工通風的處理等工作上。

1、塌方的防治實例

隧道施工中的塌方災害堅持防治結合的方針,以預防為主,對地質狀況進行超前預報,已支護的進行量測監(jiān)控,嚴格設計工法施作,加強工序施工質量,嚴控各工序間的根據(jù)圍巖情況依據(jù)規(guī)范控制步序拉開的長度,嚴密監(jiān)控不良地質開挖后的邊仰坡情況,及時加以必要的防護,

轄區(qū)隧道以上喝組地質情況較差:由于上喝組隧道出口為淺埋,易坍塌,場地也受到限制,采用進口單口掘進,但隧道進口在進洞后監(jiān)控量測數(shù)據(jù)反映為異常,高駐辦會同有關專家查看后,果斷下發(fā)指令撤離所有人員及機械停工施工,采取加固措施,在洞內加設支撐、山頂?shù)乇碜{加固,洞內主洞注漿加固改善圍巖,邊仰坡小導管注漿改善,由于變化速率過大,山體已經(jīng)形成裂隙滑塌面,于6天后進口仰坡順山體裂隙面突然大面積滑塌,由于及時撤離了人員機械,沒有造成人員及機械的重大損失,

塌方的主要原因:隧道至洞頂穿越斷層破裂帶,斷裂帶的走向與路線近平行,進口右線為高邊、仰坡,最高處為右邊坡69m,山體有7處縱橫、深度走向不明的采金洞遺址,且右線右邊坡偏壓,(在進洞之前由于考慮到右邊坡偏壓的影響,對該隧道進行了主洞全環(huán)徑向小導管注漿加固,改善巖體,上斷面導坑支護增加了臨時仰拱,提供水平支撐,并且增加了明洞套拱,套拱左側反壓回填),受其影響,隧址區(qū)圍巖完整性差,尤其是進口仰坡坡面暴露圍巖為全風化、強風化強烈?guī)r體,多呈散體狀結構或碎裂狀結構,無自穩(wěn)能力,加之施工中爆破開挖的震動干擾,導致右邊坡突然滑塌帶動仰坡使之坍塌將洞口左右線全部掩埋,經(jīng)現(xiàn)場勘察滑塌體均為松散的碎石土(坡積碎石土),塌方體厚度10~12m,主洞室初支、明洞套拱情況不明。

經(jīng)過設計、業(yè)主、監(jiān)理、施工單位四方對塌方現(xiàn)場核查,該塌方為地質原因造成,為了進行下階段的施工或減少塌方對施工的影響,以及考慮總工期的要求,將掘進施工隊克服困難轉移到出口繼續(xù)施工,必須對進口塌方進行處治,經(jīng)過四方共同研究決定,首先安排將塌方體進行詳細測量與塌方前的坡面比較得出塌方面的位置及清渣量,確定處治分兩個階段,第一個階段先將滑塌的邊、仰坡虛渣清除,并結合由上而下邊刷邊護原則完成框架錨桿防護,第二階段待主洞清理出來后根據(jù)破壞程度再進行第二步處治設計。

2、涌、滲水處理

防、排相結合是洞內治水的原則,清刺溝、上喝組隧道施工中都遇到了不同程度的涌水現(xiàn)象,施工中從兩個方面來處理,第一步將涌出的水排出洞外,不至于影響正常施工環(huán)境,對于順坡洞排水主要是挖臨時排水溝自然排水,反坡采用挖積水、排水泵站機械排水管路排水,圍巖的涌、滲水處的治理非常關鍵,如:上喝組隧道右線右導坑開挖約在SH202+800處右拱腰出現(xiàn)的涌水,水量較大噴射混凝土無法凝固在受噴圍巖面上,經(jīng)過現(xiàn)場勘察涌水原因時,發(fā)現(xiàn)涌水點是約直徑為1.6m沙井處滲出的,而且通過涌水的洗刷已經(jīng)形成漩渦狀,如果不及時處理,繼續(xù)任其沖刷形成沙井掏空,有可能會導致掌子面坍塌,通過施工單位與監(jiān)理單位研究決定立即采用先堵后排的方案,即將涌水井用土工布填塞,并加設這了一榀剛拱架支撐,防止涌水井的沙被洗空,導致嚴重后果和損失,然后把PVC管將土工布過濾后的涌水集中排至積水坑,噴射加大速凝劑用量的噴射混凝土,考慮水量比較大,面積范圍較小,通過調查水的主要來源是雨季山體的裂隙水匯聚而成的,那么不能讓其成為涌水通道,采用周邊注漿的方案將其封住,如果是地下水域的通道那么必須作特殊處理。通過初期支護表面外觀和打孔檢測及雷達檢測來看效果良好。

施工方法

伴隨著我國社會主義經(jīng)濟建設的迅猛發(fā)展與綜合國力的增強,城市的規(guī)模也不斷的增大,城市人口流量還在增加、再加上機動車輛呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢,交通狀況不斷惡化。為了改善交通環(huán)境,采取了各種措施,其中興建地下鐵道得到了普遍的認可,如最近幾年在北京、廣州、深圳等城市便興建了大量的地下鐵道。由于在城市中修建地下鐵道,其施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、水文地質、環(huán)境保護、施工機具以及資金條件等因素的影響較大,因此各自所采用的施工方法也不盡相同。下面將就城市地下鐵道施工方法分別加以介紹。施工方法的選擇應根據(jù)工程的性質、規(guī)模、地質和水文條件、以及地面和地下障礙物、施丁設備、環(huán)保和工期要求等因素,經(jīng)全面的技術經(jīng)濟比較后確定。首選方案。但其缺點也是明顯的,如阻斷交通時間較長,噪聲與震動等對環(huán)境的影響。

隧道通過特殊地質地段施工時應注意以下幾方面:

1.施工前應對設計所提供的工程地質和水文地質資料進行詳細分析了解,深入細致地作施工調查,制訂相應的施工方案和措施,備足有關機具及材料,認真編制和實施施工組織設計,使工程達到安全、優(yōu)質、高效的目的。反之,即便地質并非不良,也會因準備不足,施工方法不當或措施不力導致施工事故,延誤施工進度。

2.特殊地質地段隧道施工時,應以“先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進”為指導原則。在選擇和確定施工方案時,應以安全為前提,綜合考慮隧道工程地質及水文地質條件、斷面型式、尺寸、埋置深度、施工機械裝備、工期和經(jīng)濟的可行性等因素而定。同時應考慮圍巖變化時施工方法的適應性及其變更的可能性,以免造成工程失誤和增加投資。

3.在隧道開挖方式選擇上,無論是采用鉆爆開挖法、機械開挖法,還是采用人工和機械混合開挖法,應視地質、環(huán)境、安全等條件來確定。如用鉆爆法施工時,光面爆破和預裂爆破技術,既能使開挖輪廓線符合設計要求,又能減少對圍巖的擾動破壞。爆破應嚴格按照鉆爆設計進行施工,如遇地質變化應及時修改完善設計。

4.隧道通過自穩(wěn)時間短的軟弱破碎巖體、淺埋軟巖和嚴重偏壓、巖溶流泥地段、砂層、砂卵(礫)石層、斷層破碎帶以及大面積淋水或涌水地段時,為保證洞體穩(wěn)定可采用超前錨桿、超前小鋼管、管棚、地表預加固地層和圍巖預注漿等輔助施工措施,對地層進行預加固、超前支護或止水。

5.為了掌握施工中圍巖和支護的力學動態(tài)及穩(wěn)定程度,以及確定施工工序,保證施工安全,應實施現(xiàn)場監(jiān)控量測,充分利用監(jiān)控量測指導施工。對軟巖淺埋隧道須進行地表下沉觀測,這對及時預報洞體穩(wěn)定狀態(tài),修正施工方案都十分重要。

6.穿過未膠結松散地層和嚴寒地區(qū)的凍脹地層等,施工時應采取相應的措施外,均可采用錨噴支護施工。爆破后如開挖工作面有坍塌可能時,應在清除危石后及時噴射混凝土護面。如圍巖自穩(wěn)性很差,開挖難以成形,可沿設計開挖輪廓線預打設超前錨桿。錨噴支護后仍不能提供足夠的支護能力時,應及早裝設鋼架支撐加強支護。  7.當采用構件支撐作臨時支護時,支撐要有足夠的強度和剛度,能承受開挖后的圍巖壓力。圍巖出現(xiàn)底部壓力,產生底膨現(xiàn)象或可能產生沉陷時應加設底梁。當圍巖極為松軟破碎時,應采用先護后挖,暴露面應用支撐封閉嚴密。根據(jù)現(xiàn)場條件,可結合管棚或超前錨桿等支護,形成聯(lián)合支撐。支撐作業(yè)應迅速、及時,以充分發(fā)揮構件支撐的作用。

8.圍巖壓力過大,支撐受力下沉侵入襯砌設計斷面,必須挑頂(即將隧道頂部提高)時,其處理方法是:拱部擴挖前發(fā)現(xiàn)頂部下沉,應先挑頂后擴挖。當擴挖后發(fā)現(xiàn)頂部下沉,應立好拱架和模板先灌筑滿足設計斷面部分的拱圈,俟混凝土達到所需強度并加強拱架支撐后,再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業(yè)宜先護后挖。

9.對于極松散的未固結圍巖和自穩(wěn)性極差的圍巖,當采用先護后挖法仍不能開挖成形時,宜采用壓注水泥砂漿或化學漿液的方法,以固結圍巖,提高其自穩(wěn)性。松散地層結構松散,膠結性弱,穩(wěn)定性差,在施工中極易發(fā)生坍塌。如極度風化破碎已失巖性的松散體;漂卵石地層、砂夾礫石和含有少量粘土的土壤以及無膠結松散的干沙等。隧道穿過這類地層,應減少對圍巖的擾動,一般采取先護后挖,密閉支撐,邊挖邊封閉的施工原則,必要時可采用超前注漿改良地層和控制地下水等措施。

10.特殊地質地段隧道襯砌,為防止圍巖松弛,地壓力作用在襯砌結構上,致使襯砌出現(xiàn)開裂、下沉等不良現(xiàn)象。因此,采用模筑襯砌施工時,除遵守隧道施工技術規(guī)范的有關規(guī)定施工外,還應注意:當拱腳、墻基松軟時,灌筑混凝土前應采取措施加固基底。襯砌混凝土應采用高標號或早強水泥,提高混凝土等級,或采用摻速凝劑、早強劑等措施,提高襯砌的早期承載能力。仰拱施工,應在邊墻完成后抓緊進行,或根據(jù)需要在初期支護完成后立即施作仰拱,使襯砌結構盡早封閉,構成環(huán)形改善受力狀態(tài),以確保襯砌結構的長期穩(wěn)定堅固。在隧道的施工過程中,應把地質超前預報納入隧道施工的正常工序,使地質超前預報成為促進隧道科學施工的有力手段。

在隧道施工過程中遇到的地質問題往往千差萬別,不盡相同,有時甚至是諸種不良地質疊加和組合。施工中要區(qū)別各種情況,具體問題具體對待,采取有針對性的處置措施,盡可能把不良地質給施工帶來的損失降低到最低程度。不良地質雖然給隧道施工造成了困難,但只要掌握了不良地質的性質、規(guī)模和在隧道的出露位置,所采取的治理措施及時、得當,不僅可以避免任何地質條件下出現(xiàn)的地質災害,而且可以用較小的代價彌補不良地質給施工造成的損失。

輔助施工

隧道施工時,管線布置較多,又受空間限制,管線必須按照規(guī)定和研究的最合理方案的進行安裝設置,施工是動態(tài)的,必須設有專門的人員管理,確保施工安全。洞內管線布置見圖8。

控制測量

1、洞外測量

符合導線復測,在實際實測中,首先對設計導線點進行測角、測距、平差,然后進行各導線點坐標的計算。

高程控制測量,以隧道進出口水準基點為起算點和閉合點,對全程水準點進行復合評定,不設成為一閉合高程控制網(wǎng),采用水準測量與三角高程測量相結合的方法,按國家四等高程控制標準施測,并通過交叉交換復測。

2、平面控制測量,采用線路中線與符合導線相結合的形式,按照國家四等控制網(wǎng)標準布設。

首先,在進出口以已經(jīng)納入洞外平面控制網(wǎng)的兩條邊作為隧道洞內控制網(wǎng)的聯(lián)系邊,然后在洞內布設支導線點,導線點應布設在施工干擾小、穩(wěn)定可靠的地方,點間視線應離開洞內設施0.2m以上。用全站儀對水平角和邊長同時施測,該導線在實地測設中應十分注意對導線的檢測,應為每一步產生的誤差都將會影響橫向貫通誤差,檢測方法一般按原有導線最前端的相鄰三點點位,通過同精度測角和測邊檢測。如果角和邊的差值均在精度允許范圍內,則可以為原導線點的精度和點位均為可信,如超限應沿著原有導線依次倒退檢測,直至精度合格為止。這時以合格處導線點作起算點向前建立新導線。同時采用換手復測和隧道中線和坐標法互為復核的方法,以避免出現(xiàn)測設錯誤。

高程控制測量采用四等測量,用水準測量和三角測量高程相結合的方法,洞內高程由洞外高程控制點BM進和BM出傳算。洞內每隔100~200m設立一對高程控制點。采用水準測量時,進行往返觀測,作業(yè)要求,觀測限差和精度評定方法應符合規(guī)范要求。

應用

國家越來越重視環(huán)境保護,環(huán)境保護也越來越受到我們公路建設者們的關注,因此在項目審批和設計中就已經(jīng)著手綜合考慮,盡量避免因人為因素導致的山體病害的產生,盡量減少對工程附近的建筑、居民生活、生產和生態(tài)環(huán)境的不良影響,設計中采用“早進洞、晚出洞”的原則,減少深挖路段,保護自然坡體及原有植被。

隧道洞內的開挖石渣盡可能地縱向調配,作為路基的填料,硬石、優(yōu)質石渣在所設的石料加工場集中堆放,用于砌體工程和混凝土粗集料,施工中不得亂棄,根據(jù)各工地的實際情況集中堆放,棄方時,考慮到保護植被,堆放時,選好棄渣場地,作好坡腳的防護,以避免洪水期沖走棄渣形成認為的泥石流,棄渣后在渣場的頂面覆蓋土層,復墾還田或種樹造林。

施工期間的生活污水和工業(yè)污水集中排放,都必須經(jīng)過沉淀過濾處理。

邊、仰坡為了與自然結合一體對穩(wěn)定性較差的作了永久性防護

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