永龍隧道巖土工程問(wèn)題及對(duì)策

李承海，林永貴

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東 廣州 510060）

永龍隧道巖土工程問(wèn)題及對(duì)策

李承海，林永貴

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東 廣州 510060）

永龍隧道遇到三個(gè)典型巖土工程問(wèn)題：一是在隧道淺埋暗挖偏壓段，二是在隧道從下部通過(guò)水塘段，三是在隧道穿越斷層破碎帶。對(duì)此三個(gè)巖土工程問(wèn)題進(jìn)行分析，并介紹其處理對(duì)策。

淺埋暗挖隧道；圍巖分級(jí)；斷層破碎帶；設(shè)計(jì)施工

0 引言

永龍隧道位于廣州市蘿崗區(qū)，是連接永和大道與廣汕路的城市山嶺隧道。隧道為分離式雙向6車(chē)道，設(shè)計(jì)速度60.0 km/h。隧道左線長(zhǎng)1 865.00 m，右線長(zhǎng)1 619.00 m，隧道單洞開(kāi)挖最大寬度約18.00 m，最大高度12.50 m，拱形斷面約170 m2，隧道內(nèi)凈寬16.70 m，凈高7.70 m。

永龍隧道在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中遇到較為典型的巖土工程問(wèn)題有三個(gè)：（1）在隧道淺埋暗挖偏壓段，同一個(gè)斷面內(nèi)圍巖存在上半斷面軟弱、下半斷面巖體完整堅(jiān)硬，即“上軟下硬”，如何設(shè)計(jì)及施工；（2）隧道從下部通過(guò)水塘段，如何應(yīng)對(duì)處理；（3）隧道穿越斷層破碎帶，如何處置。針對(duì)以上巖土工程問(wèn)題，本文介紹有關(guān)處理對(duì)策。

1 淺埋暗挖偏壓段巖土工程分析及對(duì)策

該工程左線有約300 m的淺埋暗挖段，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004）計(jì)算該工程淺埋隧道分界深度[1]Hp=30.0 m。隧道頂最小埋深僅為8.0 m（0.48D）。根據(jù)勘察資料顯示，淺埋暗挖段地層巖性上部主要為花崗巖殘積土及全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化巖石，下半部為中微風(fēng)化巖石，中微風(fēng)化巖石飽和抗壓強(qiáng)度大于30 MPa。該處隧道還位于山坡偏壓地段。該處典型地質(zhì)剖面見(jiàn)圖1。

圖1 淺埋暗挖段地質(zhì)剖面圖

淺埋暗挖段隧道頂部圍巖級(jí)別為V級(jí)，土質(zhì)遇水易軟化崩解，土質(zhì)松軟，人工可開(kāi)挖；隧道掌子面以及部分地段掌子面中下部為堅(jiān)硬的中微風(fēng)化巖石，需采用爆破開(kāi)挖。對(duì)于該淺埋暗挖隧道段的“上軟下硬”巖土問(wèn)題，工程設(shè)計(jì)及施工中需要解決兩個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題：一是做好洞頂支護(hù)措施，避免由于措施不當(dāng)產(chǎn)生塌方，該處為淺埋段，塌方嚴(yán)重會(huì)引起冒頂；二是下部堅(jiān)硬巖石爆破開(kāi)挖時(shí)，需避免振動(dòng)過(guò)大引起上部支護(hù)的松動(dòng)。鑒于該巖土條件，采用的應(yīng)對(duì)措施主要有：

（1）預(yù)加固、強(qiáng)支護(hù)

按V級(jí)圍巖進(jìn)行初步襯砌支護(hù)設(shè)計(jì)。具體步驟是：除洞口外的淺埋暗挖段先采用超前小導(dǎo)管對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固，隧道拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用42熱軋鋼管（壁厚4 mm），長(zhǎng)度3.5 m，環(huán)向間距0.35 m，縱向間距2.25 m，搭接長(zhǎng)度大于1 m，外插角為6°～10°，注水泥漿；其次，施工25中空注漿錨桿，L=4.5 m，間距采用0.7 m×0.5 m；接著鋪設(shè)8雙層鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距150 mm×150 mm;然后,在拱墻、仰拱位置采用型鋼拱架支撐，鋼拱間距500 mm，初步襯砌最后噴射C20混凝土，厚300 mm。具體詳見(jiàn)圖2。

圖2 淺埋暗挖段初襯支護(hù)設(shè)計(jì)圖

（2）分部開(kāi)挖方案

采用上下雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，按以下步驟開(kāi)挖：①開(kāi)挖左側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階→②開(kāi)挖左側(cè)導(dǎo)坑下臺(tái)階→③開(kāi)挖右側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階→④開(kāi)挖右側(cè)導(dǎo)坑下臺(tái)階→⑤開(kāi)挖中間上部核心土→⑥開(kāi)挖中心下臺(tái)階。相關(guān)順序詳見(jiàn)圖3。

圖3 上下臺(tái)階雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖工序圖

（3）微震動(dòng)控制爆破技術(shù)

由于本次開(kāi)挖斷面中存在“上軟下硬”現(xiàn)象，故為減少對(duì)襯砌支護(hù)的影響，本次采用微震動(dòng)控制爆破技術(shù)，即采用手風(fēng)鉆鉆孔，淺孔分層分步臺(tái)階爆破開(kāi)挖，小型挖掘機(jī)挖裝。爆破施工中采用微差起爆技術(shù)嚴(yán)格控制單響藥量，降低震動(dòng)效應(yīng)的影響達(dá)到減震目的。爆破施工中注意起爆順序和方式，即通過(guò)掏槽先創(chuàng)造良好的自由空間，沿自由面順序起爆，減少對(duì)后排炮孔的阻擋作用，達(dá)到一定的減震目的。利用人造預(yù)裂縫(帶)或隔震槽來(lái)減少爆破影響。在爆破過(guò)程中進(jìn)行震動(dòng)監(jiān)測(cè)。

（4）加強(qiáng)拱頂下沉以及隧道圍巖周邊監(jiān)控量測(cè)。

隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中加密監(jiān)控量測(cè)間隔時(shí)間，及時(shí)跟進(jìn)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

該淺埋段圍巖監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，圍巖穩(wěn)定后進(jìn)行了二次襯砌，以上綜合應(yīng)對(duì)措施妥當(dāng)。

2 隧道從下通過(guò)水塘的巖土工程分析及處理對(duì)策

隧道左線里程Zk1+760～Zk2+080西側(cè)連續(xù)分布3口水塘，面積共約25 000 m2，水深約2.00～7.00 m，總水量約10萬(wàn)m3。該處巖土條件主要是：隧道斷面位置位于中風(fēng)化巖層中，隧道頂部為第四系花崗巖殘積土、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖，隧道圍巖級(jí)別以IV為主，局部III和V級(jí)；該段由于基巖裂隙發(fā)育，本次在水塘附近進(jìn)行多孔抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)表明，水塘水與基巖裂隙水存在水力聯(lián)系。鑒于以上巖土條件，本次采用以下對(duì)策。

（2）預(yù)注漿處理。為防止涌水同時(shí)加固圍巖，本次進(jìn)行預(yù)注漿處理。為了確保達(dá)到注漿效果，采用洞內(nèi)全斷面帷幕注漿止水加固措施。開(kāi)挖過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)有透水現(xiàn)象，則采用雙液漿（水玻璃－水泥雙液漿）進(jìn)行注漿處理。

（3）短進(jìn)尺、弱爆破。

（4）做好監(jiān)測(cè)預(yù)防措施。施工過(guò)程中密切關(guān)注隧洞滲水及透水情況，水塘處派人進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)緊急情況，必要時(shí)排干水塘水。經(jīng)調(diào)查，該3口水塘僅作為魚(yú)塘使用，可以暫時(shí)性排干塘中水。因此，要求隧道施工在進(jìn)入受水塘水影響范圍（Zk1+700～Zk2+150）時(shí)若發(fā)生水量無(wú)法封堵或水量巨大時(shí)，可以將水塘中水排干，待隧道結(jié)構(gòu)施工完成后，恢復(fù)水塘水。

過(guò)魚(yú)塘隧道段除局部滲水較嚴(yán)重外，通過(guò)以上措施基本保障施工順利完成。

3 穿越斷層破碎帶的巖土工程分析及處理對(duì)策

勘察資料顯示永龍隧道左線里程Zk2+620、右線里程Yk2+585附近揭露窩園斷層，斷層走向NW-SE，傾向SW，傾角70°～80°，斷裂帶寬度60～80 m。斷層破碎帶由碎裂巖組成，灰色及灰白色，母巖為花崗巖，碎裂（碎粒）狀結(jié)構(gòu)，巖石經(jīng)強(qiáng)烈構(gòu)造作用呈角礫片理化，角礫呈定向排列，巖石具有不同程度硅化現(xiàn)象，在鉆孔深度范圍內(nèi)尚無(wú)法揭穿。斷層帶的主要巖土地質(zhì)條件分述如下：

（1）圍巖軟硬不均。斷層具有多期活動(dòng)性，在構(gòu)造作用下造成巖體呈鑲嵌結(jié)構(gòu)，而且?guī)r石軟硬不均。自穩(wěn)能力較差，容易形成掉塊或塊體坍塌。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及地質(zhì)分析評(píng)定斷層破碎帶處隧道圍巖等級(jí)為IV級(jí)，分布范圍約100 m。

（2）地下水較豐富。由于受斷層作用影響，斷層帶巖石裂隙發(fā)育，而且場(chǎng)地位于山坡位置，地勢(shì)較低，為地下水賦存及運(yùn)移通道，地質(zhì)勘察資料顯示鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生全漏水現(xiàn)象，通過(guò)在斷層帶鉆孔中進(jìn)行的三次不同水頭高度的注水試驗(yàn)，計(jì)算斷層帶基巖的滲透系數(shù)為0.329～0.479 m/d。

隧道穿越斷層破碎帶的典型地質(zhì)剖面圖詳見(jiàn)圖4。

圖4 斷層破碎帶地質(zhì)剖面圖

鑒于以上巖土條件，隧道支護(hù)開(kāi)挖需要解決兩個(gè)問(wèn)題是：一是隧道開(kāi)挖的圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題；二是隧道地下水防排措施。相應(yīng)的對(duì)策如下：

（1）按IV級(jí)圍巖并適當(dāng)加強(qiáng)措施進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。加強(qiáng)超前支護(hù)。為了增加圍巖的穩(wěn)定性，采用超前注漿小導(dǎo)管對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固。隧道拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用42超前注漿小導(dǎo)管支護(hù)，長(zhǎng)度3.5 m。環(huán)向間距0.35 m，縱向間距2.25 m，搭接長(zhǎng)度大于1 m，外插角為6°～10°，注水泥漿；其次施工25中空注漿錨桿長(zhǎng)度4 m，間距0.7 m× 0.75 m。接著鋪設(shè)8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200 mm× 200 mm；然后在拱墻、仰拱位置采用型鋼拱架支撐，鋼拱間距 750 mm；初步襯砌最后噴射 C20混凝土。

（2）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工、短進(jìn)尺、弱爆破，封閉掌子面。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖施工，按以下步驟開(kāi)挖：①開(kāi)挖左側(cè)導(dǎo)坑→②開(kāi)挖右側(cè)導(dǎo)坑→③開(kāi)挖中間上部核心土→④開(kāi)挖中心下臺(tái)階。相關(guān)順序詳見(jiàn)圖3。

（3）施工時(shí)應(yīng)先打設(shè)超前探孔作為超前泄水鉆孔，并可探明前方地質(zhì)條件，開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)局部漏水地段的圍巖注水泥漿（或水玻璃－水泥雙液漿）封閉。

（4）對(duì)左線里程Zk2+620、右線里程Yk2+585進(jìn)行隧道拱頂下沉量以及隧道周邊收斂變形進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，有關(guān)量測(cè)詳見(jiàn)圖5～圖8。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：隧道拱頂沉降逐步發(fā)展而且可控，與預(yù)期基本相符；隧道周邊收斂變形有突變現(xiàn)象發(fā)生，在發(fā)生突變時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)[2]，在隧道周邊加密注漿錨桿及型

圖5 Zk2+621拱頂沉降與時(shí)間關(guān)系圖

圖6 Zk2+619隧道周邊收斂與時(shí)間關(guān)系圖

圖7 Yk2+581拱頂沉降與時(shí)間關(guān)系圖

鋼拱架，后期監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示隧道周邊收斂變形趨于穩(wěn)定。

圖8 Yk2+587隧道周邊收斂與時(shí)間關(guān)系圖

4 結(jié)語(yǔ)

（1）該隧道工程已順利完工并通車(chē)，本文中介紹的隧道巖土問(wèn)題及相應(yīng)對(duì)策可作為開(kāi)展類(lèi)似工程借鑒參考。

（2）隧道應(yīng)做好必要的地質(zhì)勘察工作，并根據(jù)具體地質(zhì)條件采用合適的支護(hù)設(shè)計(jì)及開(kāi)挖方案。

（3）隧道應(yīng)貫徹動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，通過(guò)施工中反饋的監(jiān)測(cè)信息，及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施，保障隧道施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且做到措施經(jīng)濟(jì)合理。

[1]JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]錢(qián)家歡.土力學(xué) [M].南京：河海大學(xué)出版社,1995.

U455

B

1009-7716（2016）05-0245-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.068

2016-02-18

李承海（1977-），男，福建莆田人，注冊(cè)土木工程師（巖土），主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作。