隧道缓倾岩层(顺层)防坍方的技术探讨

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1、隧道缓倾岩层（顺层）防坍方的技术探讨摘要：隧道施工，往往会出现一些反常的现象，当围岩级别好时隧道反而 比围岩级别差的隧道发生坍方的概率要大些；究其原因，有未重视施工地质工作 的因素，也有对支护重视不够的因素。从重视方面讲，在要穿过差围岩或断层带 时，人们往往提高警惕，给以较大的注意力，支护措施也能跟上；而在围岩较好 时，尤其是III级缓顷岩层(或顺层)中，容易忽视喷射混凝土锚喷支护，对III级 围岩的光面爆破不太重视,更易发生坍方的事故。本文结合渝利铁路马鞍山隧道、 石家坡隧道施工情况，探讨隧道缓倾岩层(顺层)防坍方的技术。关键词：隧道施工节理裂隙隧道斜井Abstract: the tunne

2、l construction, often there will be some abnormal phenomenon, when good level of surrounding rock tunnel when instead of surrounding rock tunnel of poor level than the probability of soil slip happens to some bigger; Investigate its reason, have not pay attention to construction of geological work f

3、actor, have not enough attention to supporting the factors. From talking about the attention, through the surrounding rock in poor or fault belt, people often alert, given the attention of the larger, supporting measures can also keep up with; And in the surrounding rock is good, especially III leve

4、l slow hectares of strata (or along the layer), easy to ignore rockbolt and shotcrete, III level of the surrounding rock of smooth biasting dont value, the accident occurred more soil slip. Combining with th chongqing railway tunnel, the ma on shan ShiGuPo tunnel construction, this paper discusses t

5、he soft-hard interbedding rock tunnel (bedding) prevent soil slip technology.Keywords: tunnel construction joints and fissures tunnel shafts一、工程概况渝利铁路III标的隧道有不少洞身均穿越侏罗系中、下统泥岩、页岩夹砂岩， 岩体节理、裂隙较发育，多段存在顺层偏压问题，隧道区属丘陵地貌，洞身基岩 岩性为泥岩夹砂岩，砂岩等。薄厚层至中厚层状，质软。岩层产状平缓，陡倾节 理发育。泥岩、砂岩岩质软，缓倾岩层围岩稳定性差，隧道顶部易掉快，坍方， 侧壁有时会失稳。以位

6、于重庆涪陵长江两岸的马鞍山隧道和石家坡隧道较为典 型。马鞍山隧道隧道设计全长5933m,隧道址区属中深切割侵蚀，剥蚀低山貌， 地形起伏较大，覆盖层主要为第四系全新统坡残积粘性及崩积层块，碎石土，下 伏地层主要为侏罗系中统页岩、泥砂夹砂岩、砂岩，位于珍溪向斜南东翼，岩层 为单斜构造，受区域地质构造影响，层理产状起伏较大，岩体较破碎，节理发育，表层全、强风化带厚为16m。隧道进口有危岩落石，出口段线路右侧为顺层偏压段，地下水无侵蚀性，环境作用等级为T2。预测隧道正常涌水量为13150m3/d。马鞍山隧道III级围岩共5660m、大多为缓顷岩层和顺层。W 级围岩150m、V级围岩123m。石家坡隧道

7、全长3001米，其中III级围岩2375米。址区属构造剥蚀丘陵 地貌，上覆第四系洪积坡、残积坡粉质黏土，通过侏罗系中统上沙溪庙组、下沙 溪庙组泥岩夹砂岩、砂岩，岩层强风化层厚25m，质较软，洞身于DK116+785 穿越珍溪向斜。轴向N32E左右，两翼不对称，轴部平缓开阔，北西翼倾角12 37，东南翼413。，节理裂隙不发育，地下水以基岩裂隙水为主，无侵蚀性， 预计隧道最大涌水量5115m3/d。石家坡隧道 D3K117+040D3K117+120、D3K117+355D3K117+436 隧 址区属丘陵地貌，洞身基岩岩性为泥岩夹砂岩、砂岩等。薄厚层至中厚层状，质 软，围岩自稳力差，遇水软化。

8、隧道发育珍溪向斜构造。二、坍方情况概述马鞍山隧道、石家坡隧道于2009年2月先后进洞施工，自2009年8月 份以来，马鞍山隧道斜井、出口、进口、石家坡隧道出口先后出现不同程度的坍 方。据笔者不完全统计，共发生坍方达16余次。坍方处均发生在III级缓倾岩层 的施工中，其中较大坍方的有4次。隧道坍方对隧道的部分设备造成了破坏，对 隧道的工期造成了严重影响，马鞍山隧道出口工期因此比设计工期滞后近十个月 之多，所幸未造成人员伤亡。三、坍方原因分析造成隧道缓倾岩层坍方的主要原因有：1、光面爆破效果欠佳造成坍方的隧道大多在缓顷岩层掌子面掘进时没有根 据岩层变化情况而进行光面爆破设计；对钻爆比较随意，每个循

9、环开挖进尺超过 3.2米及以上，对边墙的爆破没有进行控制爆破；掌子面不平整，不在同一个断 面上；周边爆破用炸药量大，对围岩的震动大，破坏就大。2、初级支护不及时喷射混凝土应在开挖后尽快施作，喷射混凝土和砂浆 锚杆的水泥砂浆抗压强度一般为5MPa，均在敷设24小时才能起到较大的支护作 用。根据量测资料表明：每一道工序在施工时，变形都会加大，即施工（喷、锚、 挖）对围岩是扰动、是荷载，只有强度足够时，才能起到支护作用。而施工中施 工人员往往认为III级围岩岩性较好，忽视了及时支护的必要性，有时候是两个或 两个以上循环才施作支护，有的甚至不施作初级支护。光爆效果不好再加上初支滞后，就易因反复爆破振动

10、产生坍方。3、锚杆安装不符合设计要求在已发生的较大坍体中，我们发现，坍体中 少有锚杆仍连在岩石中，有的锚杆未见有水泥砂浆与岩石密贴，显然是未注浆或 注浆不饱满。锚杆敷设不及时，敷设晚的锚杆在岩体急剧变形阶段之后，作用明 显减少。没有注浆或注浆不饱满的锚杆更是形同虚设。4、施工工法不适应III级围岩的工法大多为全断面开挖法。而在缓倾岩层 中，全断面开挖法的爆破量大且支护缓慢，对稳定围岩不利。5、对缓倾岩层的预防措施不力未对缓倾岩层的特性进行超前地质预报、 未对掌子面的缓倾岩层进行超前分析和制定行之有效的应对措施，也是产生坍方 的原因之一。四、防坍方的主要措施1、首先要严格开展掌子面素描及加深炮孔

11、超前探测工作，依据地质描述 或素描图，采用地质素描方法预报掌子面前方10米不良地质体的位置、产状、 含水情况及围岩结构的完整性，对掌子面附近的岩体中不稳定结构体可能出现的 位置给出报警，对掌子面前方不良地质作出推断，根据已揭露的地质构造及产状 及时提出变更围岩级别的建议。隧道开挖必须制定切实可行的施工开挖方案和安 全专项方案，采取“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测的施工 方法。加强洞内地质的预测，掌握地质情况或水文情况进行。在洞内开挖后埋设 监控量测点，定期检查拱顶下沉及墙身收敛情况，分析洞内围岩受力及变形状态， 及时发现坍方的可能性及征兆。特别警惕III级缓倾围岩在2.5倍掌子

12、面、2.5倍 隧道开挖直径处的侧壁失稳，坍方及局部坍方。从已坍方的案例来看，大多坍体 均在掌子面后方约15米至30米范围内。对掌子面后方50米以内的监控量测应 该重点关注，及早提示坍方风险。2、为使坑道表面平整，减少超欠挖、降低爆破对围岩的扰动，以及喷锚 支护等的需要，必须采用光面爆破。对于易产生塌方地段，先采取超前支护，然 后开挖，开挖时要短进尺，采用分部开挖法，软质围岩由人工采用风镐开挖，硬 质围岩采用弱爆破，尽量减少对围岩的扰动，在缓倾岩层中施工尤为重要。因此 缓倾岩层的开挖进尺最好控制在2.2米左右，不得超过2.5米，开挖后立即施工 初期支护，以减少围岩暴露时间。3、改变施工工法，将I

13、II级围岩的全断面开挖法改到三台阶开挖法或台阶 法施工，将每循环掘进进尺控制在2.2米左右，缩短隧道每循环开挖支护时间。4、现代隧道施工的基本原则-充分利用围岩的自支护能力，支护要及时。 及时进行锚喷支护是防止拱顶坍方或掉块的有效方法。最关键的是锚杆的施工工 艺。锚杆孔位、孔深、孔径按设计要求精定位；锚杆杆体外露的长度不能大于喷 射混凝土的厚度。在孔位确定时，其角度要根据开挖揭示的岩层地质构造进行调 整，特别是锚杆钻孔方向应尽量垂直于岩另层层面。钻孔达到设计孔深后，采用 高压清水或高压风清孔。在现场检查中我们发现，凡是出现坍方的隧道，锚杆施 工极不规范，插打方向不合理（缓倾岩层中锚杆未垂直于岩

14、面，拱腰处锚杆近乎 平行于岩层节理面）、锚杆注浆不饱满，不仅起不到支护的作业，反而加速坍方 的产生。我们在马鞍山隧道斜井和出口工地多次召开施工人员的技术交底会，对 系统锚杆、垫板、W钢带、格栅钢架、钢筋网、喷射混凝土、根据围岩所揭示 的顺层调整锚杆数量等技术要求进行了细致的讲解，使现场施工人员施工提高了 锚杆施作的水平。锚杆在敷设中还存在一个问题，就是打锚杆孔的台架等工具不 合适，现场施工都是采用开挖台车施工锚杆，未设台架凑合施工，对锚杆的方向 控制达不到理想的要求。不合理的锚杆是不起作用的。对锚杆台车的改进是值得 进一步探讨的问题。5、根据层间结合较差的层面分布位置，及时调整支护措施。锚杆包

15、括局 部锚杆和系统锚杆，局部锚杆是为了锚栓住岩体中的不稳定结构体用，大多采用 系统锚杆。在缓倾岩层中我们更应重视局部锚杆的调整对坍方的防护作用。将 易产生坍方的部位锚杆加长至4.5m，并适度加密，必要时可采用径向注浆小导 管加强。易坍方区域以外的部位锚杆可缩短至2m。为保证施工安全，仰拱、二 衬尽快跟进。6、喷射混凝土应采用湿喷混凝土工艺。湿喷混凝土技术目前仍是一项推 广中的新工艺。湿喷混凝土 Id强度1012MPa,较干喷混凝土的Id强度提高56倍。更为重要的是通过湿喷工艺完善了喷射混凝土质量保证体系，使喷射混凝 土品质稳定可靠，对III级缓倾围岩的稳定起到了关键作用。7、加强监控量测工作，

16、特别加强净空收敛量测及拱顶下沉量测。一旦发 现围岩变形异常，就要立刻采取措施予以处理。当变形值趋于稳定时，要及时施 作二次衬砌。使衬砌尽快成环，形成完全封闭体系。以防初期支护暴露时间过久。结语隧道施工中，缓倾岩层(顺层)的坍方对隧道施工的安全带来了极大地 隐患、对施工工期和经济效益均带来了较大的影响。因此，加强对缓顷岩层防坍 方的技术探讨，在隧道施工中具有现实意义。马鞍山隧道、石家坡隧道均属于缓 顷岩层易发生坍方地带，但石家坡隧道进口在实际涌水量远超出设计涌水量的情 况下，坚持落实项目部制定的防坍方措施，从未发生坍方事故。石家坡隧道出口 自2009年8月再未发生一次坍方事故。马鞍山隧道斜井地处明显的顺层带，在 正洞施工初发生两起小的坍方后，及时对施工班组进行多次防坍方的技术交底， 也取得了非常好的效果。参考文献：(1) 关宝树 隧道工程施工要点集.北京:人民交通出版社,2003.1(2