基于溶巖地質的連拱隧道施工技術研究

余 意

(廣西長長路橋建設有限公司，廣西 南寧 530003)

隨著我國隧道工程領域技術的不斷發展和完善，越來越多高技術含量、高技術難度的隧道工程在不斷地施工、建設并順利通過驗收，部分隧道的工程標準和參數要求在國際上處于領先地位。由我國自主研發的一系列隧道施工和建造設備也大批量的投入使用，在各種復雜的地質結構環境下進行隧道施工已不再是工程難題。在眾多特殊地質條件下的隧道施工中，溶巖地質可謂是十分特殊的地質構造，由于其地質環境的復雜性，決定了隧道在此類地質環境下施工具有特殊難度。

1 溶巖地質條件下連拱隧道施工主要技術

1.1 地質綜合預警技術

在隧道設計施工過程中應根據工程的具體情況來選用特定的方案，如采用TSP地質綜合預警系統與地質勘探相結合的辦法，獲取地層巖性以及節理裂隙特征，最終對溶巖帶的基本情況全面掌握。假設全斷面設有3個探孔，長度約40 m左右，探孔1、2采用φ38 mm孔徑的鉆機取芯，而探孔3則采用φ76 mm孔徑的鉆機進行取芯。通過施工前期的預觀察可知，進口段K30+670～K30+745和出口段K31+050～K31+092屬主隧道圍巖最差段。地質綜合預警流程如圖1所示。

圖1 地質綜合預警流程圖

1.2 地下水處理技術

對于在施工過程中有可能發生突泥涌水等現象的區域，應通過注漿堵水的方法來對圍巖進行加固，因為此類區域會出現危及施工安全的破碎帶。具體的加固過程中，應采取堵防兼顧的原則，全方位、多角度地確保施工安全。當施工過程中遇到溶巖管道水以及暗河時，在不破壞地表環境的前提下可通過以疏導為主的方式進行處理。在引起地下水流失并可能伴有地表環境破壞的區域，應采取以堵為主的措施來保證附近區域居民的正常生產生活不受影響。而對于其他區域而言，則應采取因地制宜、堵防結合、綜合治理的原則，確保連拱隧道在各種突發及自然災害情況下的安全施工[3-4]。

1.3 主洞及中導坑溶洞處理技術

主洞開挖面的溶洞處理應保證二次襯砌時與圍巖的接觸面緊密且隧道基礎穩固，而溶巖區隧道完善的排水措施可保證隧道竣工后洞內干燥指標達到標準要求，且隧道結構以及附屬設備均可正常使用，以保證行車的安全。中導坑開挖之后，可在溶壁內放置φ22 mm的藥卷錨桿，錨桿長度約為330 cm，間距為1.3 m×1.3 m，呈梅花型布置，將錨桿嵌入巖體2 m。應當注意的問題是，初期支護應采用縱向間距為100 mm的118工字鋼、C20型噴射混凝土以及鋼筋網加強支護，這有別于一般連拱隧道的施工要求，屬溶巖地質條件下連拱隧道施工應著重注意的問題[5-6]。

2 施工技術難點

2.1 拱頂沉降趨勢監測

為減少人為因素所引起的測量精度誤差，且能兼顧施工過程中的其他不變因素，拱頂沉降趨勢一般采用分離式自動遙測裝置進行監測。綜合中墻施工所引起的破壞以及左右洞開挖所帶來的諸多影響，將施工現場的監測傳感器分別布置在各隧道的斷面處，并在隧道拱頂測點以及垂直向下的拱腰處測點分別埋置。以廣西百色巖都隧道的3#主洞里程LK65+223斷面為例，截取2個月工期內的監測數據以及回歸函數曲線，如圖2所示。

圖2 初始支護后圍巖拱頂沉降位移曲線圖

由實際測量到的沉降數據可知，開挖過程中，施工因素對圍巖產生的擾動影響大概持續約一周左右的時間，隨后逐漸趨于平穩，且沉降位移收斂于7 mm左右，經反復試驗驗證，所有試驗結果均具有一致的收斂性[7-8]。

2.2 圍巖內部位移監測

圍巖內部位移的監測通常較為困難，一般所選取的監測儀具有多個傳感器測點，通過最小多項式的算法對大量的采樣數據進行整合、計算、分析。以左洞里程LK65+285(四類圍巖)斷面的拱頂數據為例，截取6個月工期內的監測數據以及回歸函數曲線，如圖3所示。

圖3 圍巖內部沉降位移曲線圖

1#～4#傳感器距離開挖圍巖的側壁大約為1～3 m左右，并呈遞減順序排列，通過實際數據可知，拱頂3#傳感器經過逐漸上升的過程，最后收斂于2.5 mm處，而回歸曲線的判別系數R2值為0.986 6，且處于最深處的4#傳感器的最大位移低于0.15 mm，臨近圍巖側壁的1#、2#傳感器所接收到的位移值均在0.2 mm處收斂，因此，在超出該范圍的情況下，如果繼續對圍巖內部沉降位移進行監測，將會使監測過程變得愈加困難[9-11]。

2.3 支護結構形變監測

采取將鋼弦式應變儀埋置于混凝土結構或固定于鋼結構位置上的方式，可進行隧道初始階段的支護以及二襯混凝土的應力測量，如果以左洞里程LK65+285(四類圍巖)斷面的拱頂以及左右拱腰、側墻的數據為例，截取6個月的監測數據以及回歸函數曲線，如圖4所示。由圖可知，左洞右拱腰和中墻交叉處的區域為應力集中區，其數值在達到7.3 MPa后逐漸趨于平穩，相比于左拱腰3.5 MPa的收斂值高出近50%，可見偏壓十分明顯[12-13]。

圖4 混凝土應力變化曲線圖

3 工程實例

巖都隧道位于廣西百色境內，全線區域為溶巖地質，支護結構以及澆筑中墻的過程以彈性模量來進行計算，鑒于隧道埋深較淺，因此，地應力應按原始自重應力場衡量，中導洞開挖值為163 258個單元，42 316個節點。依據該隧道主體工程的設計規范并參照類似工程的經驗值，確定各級圍巖的力學參數以及隧道支護參數，相關數據如表1所示。

表1 圍巖及支護結構的力學參數表

由表1可知，相比于四級圍巖來說，五級圍巖的粘聚力系數較小，且內摩擦角和重度都有明顯的降低，這是由五級圍巖的彈性模量相比于四級圍巖較低所致。此外，錨桿由于其特殊的位置限定和較大的彈性模量，使得其具有較高的重度，這就需要在實際的連拱隧道施工過程中，注意表1中各力學參數的監測和調整，從巖都隧道最初施工到最終竣工的全過程來看，也可充分證明這一點[14-15]。

4 結語

本文旨在通過對基于溶巖地質的連拱隧道施工技術進行深入研究，分析溶巖地質條件下連拱隧道的施工對環境的特殊要求以及主要技術難點，并歸納了一些此類地質條件下連拱隧道施工技術瓶頸的解決方案，進而全面保證了此類連拱隧道在施工過程中的工期、質量以及安全性。最后以廣西境內典型的溶巖地質為例，通過對百色巖都隧道施工過程中圍巖及支護結構力學參數的分析，來對施工的可行性進行綜合預判，對于溶巖地質條件下的連拱隧道施工技術研究具有一定的參考價值。

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