浅谈石膏、瓦斯、岩溶隧道施工技术.doc

浅谈石膏、瓦斯、岩溶隧道施工技术 摘 要在当前的交通建设工程中，隧道所占的比例越来越大，而且地质条件也越来越复杂，本文主要对石膏、瓦斯、岩溶等地质条件下的隧道施工技术进行了初步探讨。 关键词石膏 瓦斯 岩溶 隧道 施工 技术 一、前言 近年来，随着国家公路、铁路及城市地下空间的快速发展，各种复杂地层条件下的隧道工程越来越多。在复杂的地质条件下，隧道的施工技术难度和安全风险大大增加，如果不采取合理的施工技术方案，必然会造成工程进度迟缓，建设成本增加，甚至会导致重大安全事故。因此加强对复杂地质条件下隧道施工技术的研究，能够实现安全、优质、快速、经济的工程建设目标。 二、石膏地层的隧道施工技术 石膏地层中，基岩的矿物成份以膏盐（CaSO4、CaSO42H2O）为主，在地下水的长期作用下，硬石膏遇水发生化学反应，吸水转变为石膏（CaSO42H2O CaSO42H2O），体积膨胀增加30～60，膨胀过程围岩的塑性变形产生强大的膨胀压力，这种膨胀压力如果在施工中不妥善处理，通常会导致隧道的支护结构被挤压变形，最终失去平衡而破坏，出现底板隆起、衬砌开裂、渗漏水等严重病害，影响隧道的运营安全和使用寿命。 针对石膏地层的特点，在此类隧道的设计施工中，应重点考虑围岩膨胀压力对隧道的施工和运营产生的不良影响。在施工中，通常可采用一些特殊的支护形式来适应围岩变形的特征，又能适当的约束围岩膨胀，最大限度的减小支护结构所承受的膨胀压力，达到经济、安全的目的，具体可采取以下措施 2.1超短台阶法开挖 石膏地层围岩的整体稳定性较差，开挖临空后，岩层风化变形加速，极易出现拱顶掉块、坍塌等危情。为提高开挖前方围岩的整体承载能力，超前支护可采用φ505小导管，布设在拱顶1200范围，外插角5～100，每根长5.0m，环向间距40cm，纵向搭接长度不小于1.2m。 开挖采用超短台阶法，台阶长度控制在3～5m内，以机械配开挖为主，配合人工风镐，若围岩的整体性有所改善，可以逐步采用松动爆破配合机械开挖，尽量减小对围岩的扰动，开挖循环进尺控制在1m以内。 2.2刚柔并济的初期支护 膨胀围岩的初期支护应该按照“以抗为主、抗让结合、限制放压”的原则设置，因此初期支护拱架可以做成“柔性结构”来适应围岩变形，并且适当的约束变形，起到维护支护结构及衬砌的稳定作用。 2.3降低围岩的含水量 水是石膏地层膨胀变形的最直接因素，因此在施工过程中，要严格控制施工用水并密切监测围岩中含水量的变化。施工用水严禁流入或喷洒到裸露的岩面上，避免人为的造成围岩活化；隧道开挖后立即对围岩的含水量进行测定，发现含水量增大或岩面有明显的潮湿、水流渗出时，立即喷射混凝土封闭洞壁和掌子面，并在透水层与膨胀岩的交界处实施注浆，形成止水帷幕，阻断地下水流向膨胀岩的通道，必要时可辅助设置排水孔引流岩层中的积水。 三、瓦斯地层的隧道施工技术 当隧道穿过煤层、油页岩或含沥青的岩层时，通常会遇到瓦斯（甲烷CH4）。根据瓦斯逸出量的多少和瓦斯压力的高低，可把瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道三种，无论哪种类型，即使是低瓦斯隧道也存在安全隐患，如不加以重视、防范，一样会出大事故甚至特大事故。瓦斯隧道在施工中应该严格遵循“先探后掘，缩短进尺，超前支护，及时封闭，加强量测，加强通风，随时检测”的原则。 3.1瓦斯探测与排放 首先利用地质调查与地质素描手段，确定瓦斯地层的大致里程，再通过TSP203进一步确定不良地质段的临界位置，然后结合掌子面素描、单孔超前水平钻孔等方法更加准确地预报掌子面前方30m范围内围岩地质情况，水平钻孔采用水循环回转钻，防止引起火花。当探测到掌子面前方确有瓦斯气囊或岩层内高压瓦斯，应立即在掌子面上下左右四个方向施作φ90mm超前卸压孔，提前释放部分岩层瓦斯，卸压孔超前距（超前钻孔长度与允许掘进长度之差）不小于5m，使每次掘进时至少保留不小于5m的瓦斯排放和应力释放的安全距离。在瓦斯排放过程中加强掌子面瓦斯浓度和孔内瓦斯浓度监测，通过对浓度变化的分析，制定下一步通风和开挖瓦方案。 3.2上下导坑长台阶法 在瓦斯地层一般多采用上下导坑长台阶法开挖，利用上部台阶排放下部台阶的部分瓦斯，台阶长度根据通风需要和隧道结构的安全、围岩稳定性综合考虑确定；下台阶瓦斯排放可在上台阶底部打俯角孔排放，孔距、排距均以1.0m为宜；开挖后及时施作喷射混凝土初期支护，阻隔部分瓦斯溢出。 3.3煤系地层防突揭煤 在煤系地层中，当瓦斯压力达到0.5～1.0MPa时，一般采用“石门揭煤法”来揭穿突出的危险煤层。揭煤采用震动性放炮诱导突出，其目的在于一次性揭开2m厚的岩柱，使之全部见煤，并使煤体应力和瓦斯得到释放，以避免在露出部分煤体的情况下，人员在工作面进行打眼放炮等作业时发生延期突出。 3.4矿井采空区地段施工 当遇到矿井采空区时，应重点作好气密性和排水系统的防护措施。采空区域可采用土石回填，边墙两侧的回填宜选用洞渣中的块石码砌，仰拱以下回填后应夯实，并在回填土下方横向设置12根φ600mm混凝土圆管，与原采空区原有排水通道顺接；在边墙及拱圈衬砌外侧需设置缓冲层和排水暗沟，缓冲层起到过滤瓦斯和防止蠕动落石砸伤衬砌的作用；衬砌外满铺防水层全封闭衬砌，以隔绝瓦斯渗入隧道，必要时防水层可按双层设置；沉降缝和施工缝采用止水带和膨胀水泥砂浆封堵严密，以加强衬砌混凝土的气密性。 四、岩溶地层隧道施工技术 当隧道穿越可溶性岩层时，常遇到大小不等，部位不同、充填物及充填程度不同和含水量不等的溶洞。给施工带来一定困难，有的甚至是灾难性的。如隧道底部充填深且充填物松软，隧道基底难于处理；有的溶洞岩质破碎，易坍；有时遇到大水囊或暗河，岩溶水或泥沙水大量涌入隧道，形成突水突泥，造成重大伤亡事故；有时遇到填满饱含水分的充填物的溶槽，掘进至边缘时，含水充填物不断涌入隧道，难以遏止，以至地表下沉，山体压力聚增，造成洞内大量涌水；有的溶洞、暗河迂回交错，分支错综复杂，范围宽广，处理十分困难，甚至被迫改线等。 4.1廊道式水平溶洞 溶洞底一般会有3～4m（最厚处达7～12m）软弱的砂粘土，溶洞内部潮湿，并且有大量滴水，洞壁有大量水平和竖向的溶沟、溶槽， 为保证施工作业安全，防止溶洞坍塌，需在溶洞内部施作临时支护，支护采用全断面锚喷，施工时先清理洞内危石，喷4cm厚喷射混凝土，再打设锚杆，敷设钢筋网，复喷至设计厚度；锚杆采用Φ22，长3～3.5m，梅花型设置，间距为1.2m，锚杆打设角度根据围岩的节理方向调整，以达到最佳的锚固效果。为防止发生底板沉降，对溶洞底部的软弱层，需进行注浆固结，注浆采用φ42花管，压浆深度要达到溶洞底板处，然后再回填土方至隧道底板，回填土分层夯实；在回填体上溶洞壁相交处还需设置铸铁排水管，引流溶洞内积水导入侧沟。 4.2下卧式水平溶洞 下卧式水平溶洞通常分布在隧道底部，根据其形状和跨越的长度可采用以下2种处理方式，①跨越范围较小时，可在线路的两侧设立浆砌片石止浆墙，回填洞穴，并进行注浆固结，回填体顶部设置现浇行车梁跨越，这种梁跨结构需要溶洞两端的基岩有足够的承载力，方能保证梁跨结构的安全性；②当溶洞的影响范围大，梁跨结构无法实施时，可以采用路基填筑的形式通过，并将二次衬砌改为减薄悬挂型复合衬砌，这种方式施工简便，能快速通过岩溶地层，并且减薄悬挂型复合衬砌有利于加固围岩，还可将路床和初砌分离，有利于路床的沉降。 五、结束语 复杂地质条件下的隧道施工，除了加强技术攻关和对围岩的量测外，还应该充分重视对工程地质情况的勘察与分析，详尽的工程地质资料是指导施工和制定合理、科学、经济的施工技术方案的一个重要前提。随着现代隧道施工技术的不断探索与创新，挪威法、掘进机法、盾构法、沉管法等在复杂地质条件下施工应用，对于隧道建设的施工安全、缩短建设工期、降低工程成本及提高工程质量具有显著的作用和意义。 参考资料 [1]王军辉.鹰嘴岩隧道软弱破碎岩体的开挖与施工[J].水力发电,2008 [2]卿三惠,黄润秋.乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究[J].现代隧道技术,2005 [3]赵国锋.云中山隧道工程施工技术探讨[J].山西建筑,2011