基于溶岩地质的连拱隧道施工技术研究

余 意

(广西长长路桥建设有限公司，广西 南宁 530003)

随着我国隧道工程领域技术的不断发展和完善，越来越多高技术含量、高技术难度的隧道工程在不断地施工、建设并顺利通过验收，部分隧道的工程标准和参数要求在国际上处于领先地位。由我国自主研发的一系列隧道施工和建造设备也大批量的投入使用，在各种复杂的地质结构环境下进行隧道施工已不再是工程难题。在众多特殊地质条件下的隧道施工中，溶岩地质可谓是十分特殊的地质构造，由于其地质环境的复杂性，决定了隧道在此类地质环境下施工具有特殊难度。

1 溶岩地质条件下连拱隧道施工主要技术

1.1 地质综合预警技术

在隧道设计施工过程中应根据工程的具体情况来选用特定的方案，如采用TSP地质综合预警系统与地质勘探相结合的办法，获取地层岩性以及节理裂隙特征，最终对溶岩带的基本情况全面掌握。假设全断面设有3个探孔，长度约40 m左右，探孔1、2采用φ38 mm孔径的钻机取芯，而探孔3则采用φ76 mm孔径的钻机进行取芯。通过施工前期的预观察可知，进口段K30+670～K30+745和出口段K31+050～K31+092属主隧道围岩最差段。地质综合预警流程如图1所示。

图1 地质综合预警流程图

1.2 地下水处理技术

对于在施工过程中有可能发生突泥涌水等现象的区域，应通过注浆堵水的方法来对围岩进行加固，因为此类区域会出现危及施工安全的破碎带。具体的加固过程中，应采取堵防兼顾的原则，全方位、多角度地确保施工安全。当施工过程中遇到溶岩管道水以及暗河时，在不破坏地表环境的前提下可通过以疏导为主的方式进行处理。在引起地下水流失并可能伴有地表环境破坏的区域，应采取以堵为主的措施来保证附近区域居民的正常生产生活不受影响。而对于其他区域而言，则应采取因地制宜、堵防结合、综合治理的原则，确保连拱隧道在各种突发及自然灾害情况下的安全施工[3-4]。

1.3 主洞及中导坑溶洞处理技术

主洞开挖面的溶洞处理应保证二次衬砌时与围岩的接触面紧密且隧道基础稳固，而溶岩区隧道完善的排水措施可保证隧道竣工后洞内干燥指标达到标准要求，且隧道结构以及附属设备均可正常使用，以保证行车的安全。中导坑开挖之后，可在溶壁内放置φ22 mm的药卷锚杆，锚杆长度约为330 cm，间距为1.3 m×1.3 m，呈梅花型布置，将锚杆嵌入岩体2 m。应当注意的问题是，初期支护应采用纵向间距为100 mm的118工字钢、C20型喷射混凝土以及钢筋网加强支护，这有别于一般连拱隧道的施工要求，属溶岩地质条件下连拱隧道施工应着重注意的问题[5-6]。

2 施工技术难点

2.1 拱顶沉降趋势监测

为减少人为因素所引起的测量精度误差，且能兼顾施工过程中的其他不变因素，拱顶沉降趋势一般采用分离式自动遥测装置进行监测。综合中墙施工所引起的破坏以及左右洞开挖所带来的诸多影响，将施工现场的监测传感器分别布置在各隧道的断面处，并在隧道拱顶测点以及垂直向下的拱腰处测点分别埋置。以广西百色岩都隧道的3#主洞里程LK65+223断面为例，截取2个月工期内的监测数据以及回归函数曲线，如图2所示。

图2 初始支护后围岩拱顶沉降位移曲线图

由实际测量到的沉降数据可知，开挖过程中，施工因素对围岩产生的扰动影响大概持续约一周左右的时间，随后逐渐趋于平稳，且沉降位移收敛于7 mm左右，经反复试验验证，所有试验结果均具有一致的收敛性[7-8]。

2.2 围岩内部位移监测

围岩内部位移的监测通常较为困难，一般所选取的监测仪具有多个传感器测点，通过最小多项式的算法对大量的采样数据进行整合、计算、分析。以左洞里程LK65+285(四类围岩)断面的拱顶数据为例，截取6个月工期内的监测数据以及回归函数曲线，如图3所示。

图3 围岩内部沉降位移曲线图

1#～4#传感器距离开挖围岩的侧壁大约为1～3 m左右，并呈递减顺序排列，通过实际数据可知，拱顶3#传感器经过逐渐上升的过程，最后收敛于2.5 mm处，而回归曲线的判别系数R2值为0.986 6，且处于最深处的4#传感器的最大位移低于0.15 mm，临近围岩侧壁的1#、2#传感器所接收到的位移值均在0.2 mm处收敛，因此，在超出该范围的情况下，如果继续对围岩内部沉降位移进行监测，将会使监测过程变得愈加困难[9-11]。

2.3 支护结构形变监测

采取将钢弦式应变仪埋置于混凝土结构或固定于钢结构位置上的方式，可进行隧道初始阶段的支护以及二衬混凝土的应力测量，如果以左洞里程LK65+285(四类围岩)断面的拱顶以及左右拱腰、侧墙的数据为例，截取6个月的监测数据以及回归函数曲线，如图4所示。由图可知，左洞右拱腰和中墙交叉处的区域为应力集中区，其数值在达到7.3 MPa后逐渐趋于平稳，相比于左拱腰3.5 MPa的收敛值高出近50%，可见偏压十分明显[12-13]。

图4 混凝土应力变化曲线图

3 工程实例

岩都隧道位于广西百色境内，全线区域为溶岩地质，支护结构以及浇筑中墙的过程以弹性模量来进行计算，鉴于隧道埋深较浅，因此，地应力应按原始自重应力场衡量，中导洞开挖值为163 258个单元，42 316个节点。依据该隧道主体工程的设计规范并参照类似工程的经验值，确定各级围岩的力学参数以及隧道支护参数，相关数据如表1所示。

表1 围岩及支护结构的力学参数表

由表1可知，相比于四级围岩来说，五级围岩的粘聚力系数较小，且内摩擦角和重度都有明显的降低，这是由五级围岩的弹性模量相比于四级围岩较低所致。此外，锚杆由于其特殊的位置限定和较大的弹性模量，使得其具有较高的重度，这就需要在实际的连拱隧道施工过程中，注意表1中各力学参数的监测和调整，从岩都隧道最初施工到最终竣工的全过程来看，也可充分证明这一点[14-15]。

4 结语

本文旨在通过对基于溶岩地质的连拱隧道施工技术进行深入研究，分析溶岩地质条件下连拱隧道的施工对环境的特殊要求以及主要技术难点，并归纳了一些此类地质条件下连拱隧道施工技术瓶颈的解决方案，进而全面保证了此类连拱隧道在施工过程中的工期、质量以及安全性。最后以广西境内典型的溶岩地质为例，通过对百色岩都隧道施工过程中围岩及支护结构力学参数的分析，来对施工的可行性进行综合预判，对于溶岩地质条件下的连拱隧道施工技术研究具有一定的参考价值。

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