摘要：五老山隧道软岩变粒岩地质段施工为课题，研究全风化后变粒岩遇水成泥的地质特性，软岩变粒岩隧道进洞施工的技术关键，变粒岩地质有很大松散性，刚开挖后看似稳定性较好，但见风或遇水后地质特性突变，逐层垮塌失稳，遇渗水影响，常发生突水、涌泥灾害，危及隧道结构及安全，对隧道进洞成型施工极为不利，通过该课题进行技术研究，解决全风化变粒岩隧道稳定进洞施工，为类似工程施工提供借鉴和参考。
关键词：隧道；全风化；软岩；变粒岩；进洞；富水；施工技术
引言
五老山隧道变粒岩地质是由花岗岩变形而来，地质极为特殊，粒状变晶结构，块状构造。主要由黑云母、白云母、石英、斜长石、钾长石等矿物组成，全风化后颗粒细软，黏土含量极低，稳定性及地基承载力极差，针对变粒岩地质，掌握其特殊性，研究全风化后呈松散砂堆体状地质状态，进行技术研究，解决施工中出现坍塌、崩解、遇水成泥、突水涌泥等技术难题，保证洞室开挖稳定，并总结形成技术成果。
1工程概况及地质条件
1.1工程概况
玉溪至临沧高速公路控制性工程勘察试验段五老山隧道SG-4标土建工程，施工段高速公路设计为双向4车道，五老山隧道设计为左右线分离式单洞。工程项目位于云南省临沧市境内，以隧道施工为主，进洞口位于临沧市马台乡那杏村附近，洞口距离临沧市区有30多公里单车道乡村公路，进场公路路窄弯急坡大。施工项目主要包括1.1KM路基、2个涵洞、3座大桥、五老山隧道进口段左幅隧道长3709m、右幅隧道长3664m。隧道是本项目的控制性关键工程，隧道整体围岩较差，洞口段埋深较浅，上有公路及构筑物，施工难度及安全风险极高。
1.2水文地质
隧道区属亚热带低纬度山地季风气候，四季温差不大，干湿季分明，垂直变化突出。冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛，光照充足，四季如春，年平均气温16.8～17.7℃，最热月平均气温在20.5～22℃之间，最冷月在10～12℃之间。年降雨量920～1600毫米，雨量多集中在6～8月，占全年的80%以上。
隧道区处于属构造剥蚀中山地貌区，隧道区中部发育有两条断裂，分别为许家断裂（F45）、大生地断裂（F47）。其中许家断裂（F45）为以逆断层，长4.2公里，呈东西走向，断层附近岩石不同程度的硅化，挤压碎裂及糜棱岩化，据地址调查和物探解译，拟建项目路线位于该断层末端外侧，未与该断层相交，且线路走向与该断层走向呈大角度相交，对隧道影响甚微。大生地断裂（F47）为一逆断层，长约8.5km，走向345°，于K261+380附近与该断层大角度相交，相交段倾向南西，倾角67°，断裂两侧岩体破碎，构造片状岩较发育，对隧道围岩稳定性不利。
拟建隧道区范围内主要地层为第四系坡残积（QDL+EL）层、元古界（Pt）岩层，印支期（γm51）岩层。
2隧道进洞施工特点
隧道进洞埋身浅，仅0.5~6m，上有结构物及居民，且隧道进洞口全部为变粒岩地质，变粒岩软弱围岩岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎、地质变化极为频繁，施工风险高，主要有以下特点。
2.1隧道埋深浅，上有构筑物
隧道洞口位置设计及施工按照“早进洞、晚出洞”的原则，根据“弱化人工痕迹、融入自然风貌”的设计及施工理念，较少对当地环境的破坏，并尽可能的降低洞口边坡及仰坡的开挖高度，以保证山体的稳定，同时减小对洞口自然环境的破坏，往往零开挖或少开挖进洞，五老山隧道受地形限制，造成隧道洞口埋深很浅。进洞前50m段埋深仅0.5m~6m，进洞50m~100m段埋深为6m~35m，且洞顶有居民房屋且住有居民，施工控制要求就高，风险大，见图2-1。
图2-1 隧道进洞地埋深及结构物
2.2全风化变粒岩遇水易软化、崩解
全风化变粒岩由于结构破碎松散，岩体间的粘结力差，洞口开挖后，仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱，这类岩体极不稳定，全风化变粒岩呈散沙状，见图2-2，由于其强度低、稳定性差，开挖暴露后易风化、遇水易软化，尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑性变形，造成崩解坍塌。
图2-3 富水段突水涌泥地质
3进洞方案及特殊地质应对技术措施
隧道洞口段左幅ZK259+437、右幅K259+462位置洞顶覆盖层仅约3m，且覆盖层软弱，结构松散，洞顶有一交通公路临沧至大朝山的四级公路（简称临大线），为确保施工安全，进洞施工时，隧道顶部临大线沥青路必须禁止通行。待洞口段隧道开挖及衬砌完成，并具备相应承载力且沉降稳定后，洞顶道路才能恢复通行。隧道顶临大路禁止通行时间预计需要半年，隧道进洞前需要依据设计院资料对临大路进行改线保通。
为确保洞顶构筑物安全，隧道严格控制爆破，采用短进尺、若爆破、强支护，严格控制单响炸药用量，并对振动波进行检测，把爆破振动控制在施工允许范围以内。
为有效规避或者是降低坍方事故的出现，严格遵从 “充分调动围岩的承载能力，有效控制围岩变形与松弛”的控制理念，从而有效控制隧道工程安全风险。具体施工时可选用新奥法原理，对于技术方案要简洁易懂，尽力不去扰动围岩，基于隧道“施工工法”进行创新优化，全面配合现场施工。
软弱变粒岩在隧道工程中的变形特征是由于其工程地质性质而决定，也就是在开挖后会呈现出自稳能力差，即“自稳时间短、易坍塌”的特性。首先，呈现出掌子面的水平鼓出，是由于隧道正前方掌子面的水平位移而导致；其次，浅埋隧道呈现出地表下沉，出现沉降槽，是由于掌子面前方围岩下沉而导致；最后，刚开挖的隧道洞壁发生收敛变形情况，呈现出拱顶下沉和边墙内移，如果不能及时控制这类变形，那么极易导致隧道出现坍方。
3.1超前大管棚配合超前小导管进洞
明洞段开挖后，视基坑岩性破碎情况，采取相应加固措施。若基岩较好，砼套拱直接坐落在基岩上，若开挖基坑地质较差，需要固结灌浆，待基坑开挖之后进行Φ42超前注浆小导管施工，加固砼套拱基坑。
套拱强度达到要求后，在长管棚施工时，若地质围岩较差，钻孔成孔困难，采用跟管施工，跟管施工困难时，针对成孔困难围岩段采取先进行小导管注浆，对破碎围岩加固，再进行管棚钻孔施工。对工作面进行超前小导管预注浆，小导管环向间距50cm，长4.5米。以1：1水泥单液浆为主，为快凝固效果，在必要时采用C - S 双液浆。工作面预注浆的目的是加固工作面松散体，以保证管棚钻孔方向的精度，同时稳定工作面，确保开挖时工作面的安全。
图3-2 进洞开挖施工方案
3.2快速进洞施工方案
台阶环形开挖预留核心土施工工法：（1）上弧形导坑开挖，三节拱架支护；（2）中台阶边墙开挖，边墙拱架支护；两侧不可以同时开挖，否则两侧需满足轴向错开5m的要求。（3）中台阶核心土开挖，临时仰拱支护；临时仰拱外弧半径20m，两端节点高出中台阶拱脚30cm，节点采用螺栓连接。（4）下台阶边墙开挖，边墙及仰拱两端拱架支护，临时仰拱底部在核心土两侧可考虑竖向支撑。（5）下台阶及仰拱核心土开挖，仰拱支护封闭成环。
3.3控制沉降变形技术
在完成隧道上台阶开挖支护后，紧接着则是下台阶落底开挖的工序，此道工序的风险特大。落底时上半部支护基础会悬空，缺少支撑作用，极易导致支护与围岩失稳甚至坍方。若是出现这类事故，极易导致前方掌子面作业人员的被困甚至是伤亡。在开挖前，给上半断面支护结构打好临时或永久的基础，控制好支护拱脚的快速下沉落底则是开挖的最关键技术。
图3-4 中台阶拱架扩大拱脚
（1）锁脚锚管技术：锁脚锚管被用作承载结构，主要是传递源自上部初期支护的压力，所以，设置时要尽可能沿拱脚切线方向，如图3-3。如果施作不准确，则会使锚管额作用效果降低。
（2）临时仰拱技术：临时仰拱在台阶法开挖的软岩大断面隧道中应用较为普遍，可使上台阶临时封闭成环，能够有效抑制上半段面支护沉降，保障下台阶开挖安全进行。
（3）扩大拱脚技术：扩大拱脚是通过降低地基压力，展宽基础的方法，由此达到有效控制支护沉降。其中，基础要具备足够宽度，设计宽度一般为0.8～1.0m。在施工作业的时候，只有确保拱脚的宽度适宜，才可有效较少B单元边墙开挖下沉量，起到实际作用，见图3-4。
3.4拱底注浆加固地基
由于软岩抗压强度低，洞壁岩体在开挖中会出现剥离，位移极为显著，变形持续的时间较久，而隧底经常会有隆起情况出现。因此，经过此段时，如果支护不足，极易导致支护过度变形及侵限，甚至于造成塌方等一系列安全风险。
其中控制的关键是拱底，为避免沉降变形过大，同时防止拱底隆起，需要对仰拱开挖后的拱底进行加固，处理方案多种，根据变粒岩的地质特性，极可能少的扰动岩体，不易采用加桩形式，有扰动就要固结，选取径向小导管仰拱注浆加固方案，见图3-5。
径向注浆采用Φ42、L=4.5小导管施工，选用水泥水-水玻璃双液注浆，水泥浆比例W：1=1：1，水玻璃采用39波美度水玻璃溶液，双液浆比例采用1：1。
3.5强化现场配合及信息化的施工指导工作
在设计隧道施工图时，要基于科学合理的地质勘察数据，地质勘查仅是局部范围，不代表全部，实际的地质情况需要通过施工的现场查勘确定，所以，要充分确认施工中的地质情况与收集全面的测等信息，对现场实际数据进行解析，展开动态及信息化设计，有针对性的对施工图设计加以修改完善。
充分运用现有的地质资料，综合各种超前预报手段、超前预报仪器及技术，预报预测隧道施工前方的不良地质体的位置、产状、含水情形及围岩结构是否完整，其中包含断层、软弱破碎岩体及地下水等，如若发现异常状况要及时解决，从而为制定实施性施工方案提供一定的依据，为预防突泥、涌水等可能会出现的灾害性事故提供有效的信息，及时制定预案，采取行之有效的措施，从而保障施工能够在安全的环境下开展。
通过超前地质预测预报，可知晓掌握掌子面前方短距离内的工程围岩类别或是地质条件，从而为选取适宜的开挖断面、支护参数和施工方法提供依据。通过隧道超前地质预报，提升施工的效率，有效避免出现重大事故而造成的损失，做到科学合理的施工。
图3-5 仰拱径向注浆
3.6富水坍塌应急处理
隧道在易涌水地段以堵为主，必要时采用帷幕注浆封闭围岩，严禁地下水涌出。在断层破碎带施工过程中，固结堵水环节可选用小导管注浆对隧道四周及掌子面围岩，注浆加固范围严格按设计要求。此外，强化初期支护防拱部及掌子面失稳坍塌，采用小导管法补注浆应对注浆盲区、注浆后的岩面渗漏水。
对于水量低，含泥量低的地段，可以采先排后堵或是以排为主的施工方法：排水降压主要选取超前地质钻孔来完成，当涌水量降低之后，可选取疏导方法。
4.结束语
综上所述，由于变粒岩软岩地质的特殊性，隧道进洞地质结构复杂，且变化频繁，风化也比较严重，隧道上方还存在建筑物及居民，施工中要保持高度警惕，对每种循环的地质情形要全方位的掌握，并且要善于运用科技手段全面深入的分析，在出现问题后，要做到第一时间进行处理，及时对施工的方法、方案进行总结，然后制定出合理有效的施工解决措施。
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论文作者:李玉龙
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/9
标签：隧道论文; 围岩论文; 地质论文; 进洞论文; 导管论文; 洞口论文; 断层论文; 《防护工程》2019年第2期论文;