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摘要：本文以“滇西红层”作为研究地区，阐述了“滇西红层”的地质特征和施工防护技术，以供相关施工人员参考。
关键词：滇西红层；隧道施工；安全防护
前言
红层是引起地质学家注意的最早识别的沉积岩类之一，见于世界的许多地方。在我国云南省广泛分布着红色的侏罗系、白垩系地层，通常由泥岩、粉砂岩、砂岩交替组成，因岩中富含铁的氧化物而呈红色、深红色或褐色。由这些地层形成的残坡积、冲洪积地层，称为云南中生代红层。云南中生代红层一般分为滇中红层和滇西红层，滇西红层主要分布在兰坪－思茅区， 在保山及镇康地区亦出露。滇西红层属膨胀岩，具有膨胀岩的两种变形特性，即吸水膨胀软化和失水急剧收缩的特性。
1滇西红层地质结构特征
滇西红层主要是侏罗纪白垩纪的陆相碎屑形成的沉积岩，因此，主要结构有板岩、沙岩、泥岩、石灰岩等。因岩中富含铁的氧化物而呈红色、深红色或褐色。岩体为典型的变质糜棱岩、石英沙岩，泥岩，岩体破碎，风化严重，节理裂隙发育，挤压强烈，岩体结构颗粒细微，并有遇水软化、泥化、膨胀，失水急剧收缩等特征。针对特殊的板岩、沙岩、泥岩、石灰岩、糜粟岩和断层，滇西红层有时会伴有岩爆。在地应力和地下水的作用下，围岩压力增大，松动圈范围大，成洞条件差，初期支护受压破坏，二次衬砌变形严重。综上所述，滇西红层的地质危害主要表现有滑坡，岩爆，涌水等。岩体松动滑坡，而滑坡既有蠕动型滑坡，也有新生滑坡，在隧道内表现为坍塌、冒顶、挤压变形。岩爆是在施工扰动前没有任何征兆，突发性的坍塌和滑移。涌水是滑坡和围岩破坏后的次生地质现象。工程区域内植被也是比较好的，由于该区域植物茂密，山体露岩虽均未见明显滑动迹象，但在边坡面局部有地下风化层和弱风化层中间夹层的泥岩断裂滑坡体风化强烈，风化软弱层其力学指标低，隧道开挖后破坏了原有的受力形式并形成失稳。“滇西红层”作为一种特殊的地质构造是客观存在的，在“滇西红层”区内修建穿越横断山脉的铁路，首先在勘察设计阶段，必须对古滑坡的稳定性，以及边坡的稳定性，结合施工中可能出现的各种问题综合评价。凡存在不稳定因素的山体，必须有相应的工程对策。“滇西红层”区内的铁路隧道施工，必须减小一次爆破能量，短进尺开挖，及时支护并加强排水。对已勘察明确的滑坡地段，采取先防治后开挖的方法施工，以免工程扰动引发更大规模的滑坡和坍塌。
2隧道施工安全防护技术措施
大瑞铁路站前Ⅱ标共有隧道5.5座，其中大坡岭隧道全长14.6km，与Ⅰ标共同施工，为独头掘进7.3km，隧道全隧均采用曲墙复合式衬砌。隧道大部分段落穿越“滇西红层”之软质岩。该隧道洞身发育有烂泥塘断层、大坡岭背斜、垛房逆断层、湾箐弧形断层、大平子逆断层、大堆子向斜，洞身附近受到两逆断层影响，使中间地层抬升。断层与褶皱及节理裂隙发育、岩体被强烈挤压破碎。断层与褶皱及节理裂隙发育、岩体被强烈挤压破碎（搓碎）。施工中存在断层破碎带、破碎岩层较大规模塌方冒顶、软岩大变形、涌水、突泥等不良工程地质问题。隧道工程施工必须要注意施工方法的适应性。在滇西红层地质区域修建铁路隧道，应首先明确产生位移可能的五个方面的地质因素和外力因素：（1）施工对原已稳定的堆积体或古滑坡体增加了外荷载；（2）施工爆破及开挖扰动了堆积体或古滑坡体并使其复活；（3）施工爆破或开挖导致斜坡岩体应力失衡产生位移；（4）稳定结构被破坏后顺向岩层间滑动或蠕动变形；（5）隧道开挖后造成地下水水系发生变化，地下水浸润层面形成红层软化并位移－蠕动变形。根据上述指导思想，分析得出主要施工工艺及作业原则。总体来说，全隧采用新奥法组织施工，并总结出“短进尺，快循环，弱爆破，少扰动，紧封闭，勤量测”的掘进工法。光面爆破，锚喷支护，拱墙分次衬砌，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法开挖；Ⅲ级围岩采用全断面开挖。
3隧道施工
3.1洞口段浅埋软弱的围岩施工
根据地形地貌及洞口段的地质资料，拟采用“先加固、后进洞，小断面开挖”的方法进行。大坡岭出口处为思铺1号滑坡，线路从滑坡中前缘通过。地貌特征较明显，平面上滑坡体略呈“椭圆”形，大致垂直线路发育，周界清晰。为防止隧道施工时该滑坡滑动，影响施工安全，对该隧道开挖进行预加固，其中出口两个洞口之间端墙处设2根预加固桩，在线路Ⅰ线左侧6m处设9根预加固桩，在线路Ⅱ线左侧6m处设4根预加固桩。洞口开挖前，先施作洞口预加固桩。大坡岭隧道在拉槽后，为确保洞口洞顶及边仰坡的稳定，对洞口、地表进行预加固注浆，对边仰坡打锚杆挂网喷射混凝土加固。
由于该隧道洞口没有偏压情况，故地表加固采用了导管注浆法进行加固。具体做法是，导管采用Φ89普通钢管，在管周围钻布梅花形布置的直径Φ10mm溢浆孔，注浆孔按2.0×2.0m梅花形布置，孔距30×30cm。注浆范围为：根据地质资料和现场勘察情况综合确定。钻孔安装导管纵向布置按照浅埋软弱围岩段加上隧道净高。横向布置为隧道开挖宽度加2 倍隧道净高，从隧道底沿纵向，深15m以内导管长度为6m，15～25m内导管长度为12m，25m～40m内导管长度为20m。注浆材料采用普通硅酸盐水泥32.5R，Ⅱ型水玻璃，比重为1.25g/cm3，模数为2.65。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆注浆参数：浆液水灰比0.45～0.50，注浆压力1.0～1.5MPa，注浆终了必须稳压1min，浆液扩散半径为1.0m。洞口边仰坡加固：采用WTD25 锚杆水平锚固+ 挂网+ 喷射混凝土。锚杆选用Φ22 筋，长度3.5m～7.0m，垂直于坡面并按环向×径向1.0×2.0m梅花形布置。该锚杆能通过溢浆与边坡岩层固结。注浆过程中加强地质情况的观察，使溢浆与岩体充分相融，待锚杆与Φ8 钢丝网固结后，采用C25 混凝土进行喷射封闭。喷射混凝土时必须保证钢筋网保护层不小于5cm，喷射完毕对喷射混凝土进行洒水养护。
洞口边仰坡加固完毕即开始进行洞口开挖和进洞施工。洞口段先采用台阶法开挖并用长锚杆Φ40×2 花管联合超前，工字钢和钢筋网，喷射混凝土支护，全断面二次衬砌紧跟，加强收敛检测等措施和方案。采用密集支护。
进洞后开挖时采用台阶法开挖，分拱部、中层、下层三部分分别开挖。采用小导管超前支护和格栅钢架（0.6m）支撑。径向采用WTD25锚杆和普通砂浆锚杆，锚杆长3m，环向间距1m，纵向间距0.5m，并挂网喷射混凝土（厚10～20cm）。每完成5个循环（3.0m）后施作套拱支护。开挖时断面已预加大25cm，因此套拱支护不得侵入衬砌断面。套拱采用成品工字钢，喷射厚度为15～20cm的C25混凝土进行支护。
下部开挖为避免围岩暴露过大，造成坍塌，分中层下层两层台阶开挖，支护参数同拱部，各层间格栅架（钢拱架）必须焊接（连接）牢固。衬砌紧跟掌子面，且直至安全通过浅埋软弱地段。
3.2洞身段浅埋软弱的围岩施工
根据滇西红层地质岩层破碎，隧道浅埋，围岩软弱，自稳能力差，结构受力复杂等特点。坚持按照：新奥法施工。初期支护系统承受施工过程中荷载，支护结构要有足够的强度和刚度。二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定后施作。坚持短进尺、快循环、弱爆破，少扰动、紧封闭、勤量测的原则。加强监控量测，及时调整、支护型式及安全监控。
总体施工原则：采用短台阶法开挖，台阶长度10～15m；开挖顺序：拱部－中槽－马口－仰拱；初期支护顺序：拱部－边墙－仰拱；二衬施工顺序：仰拱－边墙－拱部。
3.2.1超前小导管注浆固结地层。小导管选用42mm无缝钢管制，长度视现场情况确定，一般为3.5～7.0m，管尾预留0.2～0.3m 以便拧螺口上三通注浆管，中间段钻成Φ10～12mm的溢浆孔，间距20～25cm，梅花形径向布置孔。小导管沿洞，周边布没，径向间距40cm，外倾角5～15度，每环搭接长度不小于1.0m，有时为了增加小导管的承载能力，可在小导管内插一根与小导管差不多的Φ18～Φ22钢筋。然后封堵注浆。打管方法：Φ80mm孔采用潜孔钻成孔；注浆材料采用水泥与水玻璃混合液较佳，该浆液可灌性好，易注入地层中；且稳定性好，能在较短时间内凝固，固体有一定强度；对操作人员无害，对环境无污染。
3.2.2打眼放炮：为减少围岩扰动，采用微振光面爆破工艺。爆破孔眼位压至开挖线以下1m，打眼6～10个。每孔装药2～3kg，周边0.5m左右用风镐开挖，不允许超挖，每循环进尺控制在1.0～1.3m。
3.2.3组立格栅钢架、钢筋网。找顶、处理欠挖后，按中线水平架立，格栅钢架全部采用型钢制作后在洞内拼装。钢筋网制成定尺块板，一般为1.2×2m或1.0×1.0m等。格栅钢架安装完毕后，把钢筋网安装在围岩与格栅之间，然后连接纵向Φ18～Φ22钢筋。超挖较多部位可放双层或多层钢筋网。钢筋网保护层厚度不小于5cm。
3.2.4锁脚锚杆：在格栅钢架拱脚处必须设置锁脚锚杆，锁脚锚杆每侧边墙2～3根。锚杆长3.5m，Φ22，锚杆孔径Φ50，用锚固填料填充锚杆孔。钻打锚杆孔的时间可在安装完格栅钢架后或调整到喷射混凝土完毕后。目的是防止格栅钢架有较大的移动和下沉，特别是下部已经开挖的情况。
3.2.5喷射混凝土：采用湿喷法进行，为确保及时支护，喷射混凝土实行一掘一喷。拱脚至1.5m左右则可一次喷到设计厚度。拱部分二次喷射。第一次喷射至3/4高度，第二次补喷1/4。
3.2.6仰拱距开挖工作面的距离不大于1倍洞径。为保证仰拱及早受力，仰拱施工可选用早强混凝土，
3.2.7二次衬砌施工应在围岩和喷锚支护变形基本稳定并具备下列条件时进行：（1）位移率有明显减缓趋势；（2）水平收敛小于0.2mm/d，拱顶下沉小于0.1mm/d；（3）施作二衬前位移值，占总位移值的80%以上。反之，若收敛速度无明显下降，且喷射混凝土出现大量的明显裂缝等情况，必须立即采取措施，加强初期支护，并修改原支护参数。不断对初期支护体系的稳定性进行监控和分析将更好地指导二衬及仰拱的施工。
由于围岩压力大和支护无收敛趋势时，应立即提前做二衬。因此，喷锚完成后10～15天内就必须及时进行二衬，抑制围岩变形，以确保围岩稳定，防止坍塌。
4结语
通过实践证明在滇西红层地质区域所确立的“先加固，后进洞，小断面开挖”和“短进尺、快循环、弱爆破，少扰动、紧封闭、勤量测”的隧道施工及管养方法和原则是正确的。这对今后滇西红层地质区域铁路隧道的修建和运营安全将起着重要的作用。
参考文献：
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[2]杨增会．关于滇西红层地质的几点认识[J]．山西建筑，2010（01）
[3]徐幼建．红层地层隧道精细化施工控制研究[D]．成都：西南交通大学，2014：1－114
论文作者:王栋
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年10月上
论文发表时间:2016/9/12
标签：围岩论文; 隧道论文; 导管论文; 滑坡论文; 滇西论文; 地质论文; 洞口论文; 《建筑建材装饰》2015年10月上论文;