周云
（中交第二公路工程局有限公司，陕西西安710065）
［摘要］大燕岭隧道沿线的不良地质现象主要为滑坡、崩塌及岩溶等。为明确不良地质的具体信息和可能发生灾害的具体方位,施工中采用了“TSP+Geode EM3D+探地雷达法“的综合超前地质预报方法。预报结果表明：PC17+570-PC17+770段洞身岩溶发育；掌子面左侧发现1个长度为2~3m的溶洞；PC17+602段开始,雷达探测结果频率变低,表明岩体裂隙发育且岩体含水量较高,基于预报结果提前做好防水措施并加强支护,确保了隧道施工安全。对于软弱围岩地段,采用悬臂式掘进机开挖、无轨运输出渣技术的开挖方案,悬臂式掘进机开挖产生的有害气体少、超欠挖比例明显较少、施工对围岩等扰动较小。最后对隧道通风方式进行了优化,原通风方案为巷道式通风,现场监测结果表明有害气体的浓度、峰值浓度持续时间等超过规范限值,因此将巷道式通风优化为压入式通风和巷道式通风结合的方式,通风方案优化后有害气体的浓度等指标均满足规范要求,可满足隧道健康安全施工要求。
1工程概况
1.1项目概况
平岑项目位于广西壮族自治区东部,是广西高速公路网规划中联5线柳州-平南-岑溪高速公路中平南至岑溪段中的北段,项目起点接梧柳高速,终点接包茂高速。项目的成功实施将纵向连通柳州至梧州高速公路（横6线）、贵港至梧州（苍硕）高速公路（横7线）、规划苍梧至容县高速公路（联14线）、规划贵港至岑溪高速公路（联8线）、岑溪至梧州（包茂）高速公路（纵1线）,方便快捷的实现桂东横向出省通道之间的交通转换,是沟通桂粤两省的1条大通道。
大燕岭隧道是平岑高速中控制性工程之一,隧道左洞、右洞长度分别为2658m与2680m。隧道左洞V级、IV围岩长度分别为820m与1860m；右洞V级、IV围岩长度分别为798m与1860m。隧道左洞进口为偏压端墙式洞门,出口为削竹式洞门,右洞进口为端墙式洞门,左洞为削竹式洞门。大燕岭隧道左、右洞进口如图1所示。
1.2不良地质条件
大燕岭隧道位于广西梧州市藤县,隧址区地形地貌总体可划分为剥蚀丘陵地貌、河流侵蚀堆积地貌、坡洪积沟谷及山麓斜坡堆积地貌。隧址区内长期处于沉降状态,上覆残坡积含碎石粉质黏土,下伏基岩岩性为砂岩、泥质粉砂岩、砾岩、页岩、碳酸盐岩等,残丘间冲沟发育,局部坡脚受冲刷严重。地勘报告表明：隧址区地沿线的不良地质现象主要为滑坡、崩塌及岩溶等。
（1）滑坡：项目区受多期构造运动影响,岩体节理裂隙发育,岩体破碎,斜坡段不均匀风化明显,在其他外部因素影响下,裂隙发育地段易发生以浅表型滑塌为主的滑坡,对线路方案不构成决定性影响。但泥质粉砂岩及全-强风化层等厚度较大的高边坡,因人工切削坡脚,破坏原有坡体应力平衡易诱发滑坡,应加强边坡防护措施。
（2）危岩、崩塌：由于岩石节理裂隙发育,受风化剥蚀及地表水的侵蚀等外部因素作用下,岩体易沿层面或裂隙带崩落,形成崩塌、坡面碎落掉块等不良地质现象,项目区崩塌、岩堆主要分布于强烈地质构造形成陡坡、陡崖附近。
（3）岩溶：大燕岭隧道的可溶性岩在水的作用下会发生岩溶现象,在岩溶地段施工时,极易发生突水、突泥、洞穴坍塌等地质灾害。
2总体施工方案
（1）洞口施工：隧道洞口采用明挖法进行开挖,边仰坡逐层开挖并采用喷锚支护紧跟防护。套拱采用预留核心土搭设钢管支架浇筑,超前大管棚采用潜孔钻钻孔施作,暗洞进洞约50m后施作明洞,明洞主体采用衬砌台车模筑浇筑施工。
（2）洞身开挖：Ⅴ级围岩地段采用开挖预留核心土法、CD法、台阶法施工,强风化围岩采用人工配合机械开挖；Ⅳ级围岩地段采用上下台阶法开挖。此外,需根据围岩开挖软硬情况考虑是否采用悬臂掘进机。
（3）洞身衬砌：钢拱架、小导管、钢筋网等在洞口设钢筋加工场集中加工,洞内人工安装,喷射混凝土采用湿喷机作业。仰拱端头设弧形模板,防水板采用人工铺设,二次衬砌采用全断面自行式液压衬砌台车,紧接明洞从洞口向洞内逐段进行。混凝土采用拌和站集中拌和,搅拌运输车运送,混凝土输送泵泵送混凝土。
3施工关键技术
3.1综合超前地质预报方法应用
地勘报告表明：大燕岭隧道岩溶发育,溶洞、滑坡、危岩等不良地质的规模大,因此隧道的施工难度极大。常规勘探方法可有效探查不良地质的平面位置,但其与隧道的三维关系、不良地质的规模、可能发生灾害的方位等信息是无法获取的。为确保隧道施工的安全和质量,需明确不良地质的具体信息和可能发生灾害的具体方位,以提出针对性的处治措施。因此,大燕岭隧道在施工中采用了“TSP+Geode EM3D+探地雷达法“的综合超前地质预报方法。
3.1.1洞外超前地质预报结果
基于综合超前地质预报方法对大燕岭隧道洞外段进行地质勘查,并结合项目前期设计资料,发现洞外共包括5段不良地质段,其中3段为严重不良段,2段为较严重不良段。大燕岭隧道地勘模型如图2所示,图中F1-F4为低阻异常区域,分布于隧道轴线附近。由图2可初步判定大燕岭隧道在施工中可能出现的不良地质灾害,根据电阻率大小可明确不良地质的性质及具体参数。
将超前地质预报结果与现场开挖情况进行对比,图3为大燕岭隧道局部洞外段综合预报解释成果。由图3可知,PC17+460-PC17+570段可能与上部富水区贯通,导致隧道开挖过程中围岩强度降低,局部出水。此外,PC17+570-PC17+770段洞身岩溶发育,且富水性较强,隧道开挖过程中极易出现局部坍塌。因此,重点针对PC17+490-PC17+770段进行对比分析。
3.1.2洞内超前地质预报结果
大燕岭隧道进口正洞开挖至PC17+700掌子面。如图4所示,掌子面围岩节理裂隙发育、岩体极破碎,初步判定其围岩等级为Ⅴ级。掌子面左侧发现1个长度为2~3m的溶洞,对其进行爆破处理后先后出现垮塌、突泥突水现象,并持续1h左右。
前期地质探查发现PC17+570-PC72+125段围岩参数变化较大,进一步采用探地雷达法进行探测,探地雷达法原理如图5所示。在PC17+570位置布置2条100MHz的雷达探测线路,测点间距为0.1m,探查结果如图6所示。由图6可知,2条雷达探测线路的数据基本一致,PC17+602段开始,雷达探测结果频率变低,表明岩体裂隙发育；介电常数变大,表明岩体含水量较高,施工过程可能出现局部出水的现象,需提前做好防水措施并加强支护。
3.2悬臂式掘进机的应用
3.2.1施工工艺流程
初支施工完毕后在支护结构上安装激光导向仪以定位关键点,关键点定位完毕后,悬臂式掘进机采用左右切割、上下“S”形的方法对掌子面进行开挖。开挖同时,电机车与出渣车停在悬臂式掘进机的皮带机下方,用于将废渣运输至出渣车内,并由电机车牵引运输至洞外,循环往复以上步骤直至开挖出渣完毕。施工工艺流程如图7所示。
3.2.2掘进开挖
通过悬臂式掘进机向前切割1个探洞作为扩挖至设计线的临空面,通过切割头各方向移动转向初步切割出断面形状,后进行断面修整处理。由于操作室位置的原因,右侧断面修正时会存在视野盲区,需在专人指挥下进行施工以避免超挖。综合考虑场地条件、施工工期等因素,每循环开挖进尺约为2~3m。
3.2.3轨道铺设
该项目隧道洞内废渣运输方式采用无轨式运输车,需在洞内铺设小型钢轨。初支施工完毕后,需及时进行轨道延伸以确保运输通畅。初支施工时需预埋轨道螺栓并及时浇筑C30混凝土作为轨道基础,通过轨道螺栓和垫块将钢轨固结于基础上。轨道采用轨距600mm、轴线与隧道轴线一致的18kg/m的轻型钢轨,且在错车道区铺设双线钢轨以提升运输出渣效率。
3.2.4施工效果评价
大燕岭隧道的软弱围岩段采用悬臂式掘进机开挖、无轨运输出渣技术的施工方案。悬臂式掘进机开挖单月最大进尺为149.6m,单次循环为6.2m,且超欠挖量不超过50mm。相较于传统的钻爆法开挖,本项目开挖方式产生的有害气体少、超欠挖比例明显较少、施工对围岩等扰动较小。此外,悬臂式掘进机施工产生的噪音和粉尘浓度明显降低,满足规范对隧道健康安全施工的要求。
3.3初期支护施工
大燕岭隧道初期Ⅴ级围岩及强烈大变形段采用Φ25低预应力树脂卷中空注浆锚杆,Ⅳ级围岩采用水泥药卷锚杆,初支采用钢筋网、格栅钢架或型钢钢架、C30喷射混凝土,依据围岩类别不同综合使用。隧道衬砌类型及初期支护类型见表1。
3.3.1低预应力树脂卷中空注浆锚杆施工
（1）钻孔：隧道拱部标记锚杆位置后采用锚杆钻注一体机进行钻孔,钻孔深度比锚杆有效长度大50~100mm,孔内清洗完毕并验收合格后进行临时封堵。
（2）锚杆安装：按外露长度10~15cm放置树脂药卷锚杆并依次进行固化、套入垫板螺母、施加预应力等工序。预应力施加时基于钻架平台作为操作平台,采用管钳和扭力扳手共同施加。
（3）注浆：通过中空锚杆底部的注浆管注浆,至中部孔道流出浆液时停止注浆。注浆时需及时调整注浆压力与流量,避免管道爆裂。低预应力树脂卷中空注浆锚杆安装如图8所示。
3.3.2型钢拱架施工
（1）钢架单元划分与加工：型钢格栅钢架加工前根据施工情况与开挖型式等进行单元划分,按设计弧度进行分段、分节在工厂加工成型。
（2）型钢格栅钢架安装：混凝土初喷完毕后利用拼装机进行拱架安装,安装时先假设其中1节并垫设槽钢,拱顶1节架设时需先上好连接螺栓,钢架间通过1m长的Φ22HRB400钢筋焊接为整体。钢架间距为1榀/0.5m。型钢单元间通过16mm接头钢板采用M24×60螺栓对接连接。安装时为确保钢架稳定,采用厚3.5mm、长4m的Φ42长锁脚锚杆及楔块进行加固。
（3）定位锚杆连接：为确保钢架位置安装准确,架设前预先打设定位系筋。系筋一端与钢架焊接在一起,另一端锚入围岩中0.5~1m并用砂浆锚固。钢架与锚杆连接为整体以增强钢架整体稳定性。型钢拱架施工示意如图9所示。
4通风方案优化
4.1现场监测结果分析
大燕岭隧道原设计方案采用巷道式通风方式,为研究隧道开挖施工产生的有害气体情况,对施工产生的一氧化碳、硫化氢、甲烷等有害气体的含量及分布规律进行现场测试,相应的测点布置如图10所示。隧道掌子面开挖施工完毕后,左、右洞的有害气体监测结果如图11所示。由图11可知,一氧化碳、硫化氢浓度监测数据在开挖后均呈现相似的连续性变化规律,开挖20min后一氧化碳浓度急剧增加至300ppm左右,且持续时间为50min,超过规范中规定的30min。此外,开挖反向上的一氧化碳浓度逐渐减小,超过规范浓度和持续时间要求值的范围增加。因此,需增加通风量或优化通风方案以改善施工环境。
4.2通风方案优化
大燕岭隧道通风方案优化后采用压入式通风和巷道式通风结合的方式,通风方式共分为7个主要阶段,具体方式如下：阶段1：各洞口均采用1台风机进行压入式通风；阶段2：正洞20m后一端辅助平导施工,另一端辅助正洞施工,斜井洞口采用2台压入式风机送风；阶段3：斜井断面的上风道与下风道分别输送与排除空气,上风道设置3台压入式风机向平导与正洞送风；阶段4：斜井底部封闭上风道设置2台压入式风机向平导与正洞送风；阶段5：在正洞出口撤出平导风机,其余同阶段4；阶段6：横通道分为上、下2个风道分别输送与排除空气,并且设置1台一轴流风机；阶段7：通过封闭门封闭小断面平导,确保两边的通风不互相影响。7个阶段的通风方式如图12所示。优化后对施工产生的有害气体进行现场监测后发现,一氧化碳、硫化氢、甲烷等有害气体的含量、峰值浓度持续时间等均满足规范要求。
5结束语
大燕岭隧道是平岑高速中控制性工程之一,隧址区地沿线的不良地质现象主要为滑坡、崩塌及岩溶等。文章首先详细阐述了大燕岭隧道的施工关键技术,为明确不良地质的具体信息和可能发生灾害的具体方位,该项目大燕岭施工中采用了“TSP+Geode EM3D+探地雷达法”的综合超前地质预报方法。预报结果表面：PC17+570-PC17+770段洞身岩溶发育；掌子面左侧发现1个长度为2~3m的溶洞；PC17+602段开始,雷达探测结果频率变低,表明岩体裂隙发育且岩体含水量较高,基于预报结果提前做好防水措施并加强支护,确保了隧道施工安全。对于软弱围岩地段,采用悬臂式掘进机开挖、无轨运输出渣技术的开挖方案,悬臂式掘进机开挖产生的有害气体少、超欠挖比例明显较少、施工对围岩等扰动较小。最后对隧道通风方式进行了优化,原通风方案为巷道式通风,现场监测结果表明有害气体的浓度、峰值浓度持续时间等超过规范限值,因此将巷道式通风优化为压入式通风和巷道式通风结合的方式,通风方案优化后有害气体的浓度等指标均满足规范要求,可满足隧道健康安全施工要求。
转载文献来源：中国知网-建筑机械
