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摘要：本文分析了拉孟山隧道施工安全技术要点，重点对隧道进洞安全技术、超前地质预报、隧道围岩监控安全技术及不良地质安全技术措施，这几种施工安全技术进行重点分析，为以后的隧道施工提供了安全技术指导和理论基础。
关键词：隧道；平导；地质预报；监控量测；不良地质；安全技术；措施
1 简介
新建磨丁至万象线铁路拉孟山隧道为中国电建集团老中铁路工程指挥部重难点控制工程之一，该隧道为时速160km/h单线隧道，隧道进口里程DK253+697,出口里程D1K261+585，全长7888m。地质情况：进口段DK253+732～DK256+790、1#斜井穿越三叠系砂岩、页岩、泥灰岩顺层偏压地层，可能引起隧道变形甚至开裂；隧道洞身DK256+790～DK261+584穿越可溶岩地层施工可能遇溶洞、暗河等岩溶形态；隧道洞身DK253+732～DK254+030段，穿越断层地段。本文结合前期施工的实际情况，对隧道安全进洞技术、超前地质预报、监控量测技术以及不良地质安全技术措施等与施工安全息息相关的核心施工技术进行分析和总结，对类似隧道施工安全保障具有指导意义。
2 工程概述
拉孟山隧道是本标段的控制工程和施工重难点工程。隧道为人字坡，线路纵坡按里程从小到大为4‰、-6‰、-17‰，隧道最大埋深约415m。Ⅱ级围岩长度100m，占隧道总长的1.3%；Ⅲ级围岩长度2050m，占隧道总长的26%；Ⅳ级围岩长度3200m，占隧道总长的40.5%；Ⅴ级围岩长度2543m，占隧道总长的32.2%。
拉孟山隧道的不良地质为岩溶、顺层偏压、进出口路堑边坡顺层。地质条件复杂，施工安全隐患多、风险大，强化安全技术管理措施是重点；并且拉孟山隧道施工强度高，工期紧任务重，是本标段的重点控制性工程；先后有7个作业面展开施工，进口、斜井作业面实行资源“常规配”，出口、平导作业面实行资源“高配”方案，为工程的顺利推进保驾护航。拉孟山隧道辅助坑道见下图：
3 隧道进洞安全技术
拉孟山隧道出口地质为上覆第四系全新统冲洪积层粉质黏土、细砂、卵石；坡洪积层粉质黏土、碎石土；坡残积层粉质黏土，通过二叠系灰岩、白云质灰岩、岩层产状，下伏基岩为石炭系板岩夹砂岩、灰泥岩等。地表水为山间槽谷流水，地表水较丰富，以楠逢河、会巴盟河、会塞考河、槽谷溪沟水、鱼塘水、水田水为主，部分为长年流水流量随季节及降雨量而变，水量受大气降水控制。地下水为第四系覆盖层孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶水。丰富的地表水和地下水，实际上形成了类湿地的地质条件，受第四系全新统冲洪积层粉质黏土、碎石土等特性所致，洞口浅埋段坡面接近临界稳定状态，只要开挖就会形成陡直临空面，雨季降水会向下垂直渗入上部地层，软化上部土体降低其强度，并加大覆土体的重量，可能使上部土体滑移。结合设计意图经研究提出了如下进洞安全技术方案：
3.1 贯彻隧道早进晚出原则，洞口边仰坡以外的原地表尽量少刷方、少扰动，对开挖的土体周围实施加固稳定措施，同时做好洞口周围排水设施。
3.2 采用挖掘机开挖边、仰坡预留30cm的整修层，用人工刷坡并及时夯实整平成型，为了确保边坡稳定，支护与开挖交替进行，开挖完一个台阶（分层高度2m），及时对该台阶进行锚杆、挂网、喷射混凝土封闭支护，支护施工结束后方可进行下一台阶开挖。
3.3 在拉孟山隧道出口DK261+585半圆断面处，用托梁架立工字钢拱架，设一环φ89大管棚（壁厚6mm）超前支护，大管棚每根长35m，环向间距0.4m，共27根。立模浇筑钢筋混凝土形成导护拱，施作长大管棚预支护。
3.4 在大管棚的防护下，采用超前支护注浆小导管作为进洞短进尺循环开挖时的预支护措施。
3.5 掌子面斜上方的土体虽然有大管棚作为支撑，大管棚设置了1°～3°外插角，随着开挖的深入管棚下面与隧道周边轮廓线之间土体间隙逐步加大，土体得不到管棚支护，此区域成为开挖后拱顶最为薄弱的区域，因此采用超前支护注浆小导管对该部分土体进行预加固。
3.6 预留核心土分部开挖，临时喷混凝土封闭掌子面，安设工字钢架，进行喷锚挂网等初支防护，实施短进尺多循环掘进施工。
4 超前地质预报安全技术
4.1 根据本隧道设计文件所描述的地质资料，采取TSP法、地质雷达法进行中长距离预报，分段仔细核对地质情况。
4.2 以超前水平钻孔可准确揭示地下水及围岩物理力学性能的特点，加强对隧道的超前地质钻取芯取样，检验围岩抗压强度，及时准确提供预测预报结果。
4.3 施工中加强地质核对及预报，完善洞内掌子面的地质素描和地质展开图，获取准确的现场地质资料，并结合超前钻孔资料,与原设计依据的地质资料进行地质对照分析,及时提供给监理审核，并报设计单位。
4.4 充分利用平导超前探测的结果，根据开挖揭露的围岩地质情况，准确地记录相应地段岩体地质及水文地质条件，指导后续正洞开挖、支护施工工艺和方法，并能降低工程风险，保证隧道的施工安全和质量。
4.5 将超前地质预测预报和掌子面地质描述纳入正常施工工序，按照“物探先行、综合验证，有掘必探，先探后掘”的原则组织施工。
4.6 施工前对地表构筑物、道路、水塘、河流、沟谷、地质变化界面等进行调查、分析和判识，及时改进施工设计方案，加强安全技术措施。
5 监控量测安全技术
5.1 根据本隧道工程特点、规模大小和设计要求选定：洞内、外观察；净空变化；拱顶下沉；地表沉降作为必测项目，进行的日常监测。
5.2 对于本隧道浅埋洞口段，进行地表沉降量测，沉降观测点在隧道开挖前，边仰坡喷锚后布设，地表沉降测点和隧道内测点尽量布置在同一断面里程，量测采用精密水准仪、钢尺进行，测点采用地表钻孔埋设，测点四周用水泥砂浆固定。基准点设置在地表沉降影响范围之外，并对地表及早进行防排水处理。
5.3 隧道开挖过程净空变化量测采用收敛计和全站仪进行，测点采用钻孔预埋，根据收敛位移量、收敛速度，判断围岩的稳定性、支护的设计（施工）是否妥当，确定衬砌的浇注时间。拱顶下沉量测采用精密水准仪进行，在隧道拱顶轴线附近钻孔预埋测点，监视隧道拱顶的绝对下沉量，掌握断面的变形动态，判断支护结构的稳定性。
5.4 由于洞室开挖后，岩体应力重分布，改变了软岩受力特性，原状结构破坏而降低了强度，致使软岩产生变形，所有在洞室开挖过程中要加强围岩监控量测的频率。围岩收敛观测记录其变形过程，能够掌握软岩变形变化规律及发展趋势，预报围岩稳定性，为后续施工提供准确有效的参数；
5.5 观测平导变形情况，一般地段每10～20m布置一个观测断面。Ⅳ、Ⅴ类围岩、地质变化频繁地段适当加密间距缩小至5～10m，每断面布置6个测点，分别用于量测拱顶下沉、隧底隆起、拱脚位移、边墙位移。测点埋设：新开挖掌子面喷锚完成后，从掌子面后退0.5～1m作为观测断面，埋设测点。观测频率：各测点采用相同的量测频率，如位移出现异常情况，则加大量测频率。根据导洞观测成果，推算类似地质条件下的正洞支护变形情况，用于指导正洞开挖、支护，并与实测的正洞变形量对比，提高预测的准确度，确保隧道的建设质量和施工安全。
5.6 根据类似工程的经验，隧道开挖后变形速率较大，开挖5天后的变形速率大于5mm/d时，很难获得收敛的变形曲线。此时立即采取措施，以防围岩失稳导致坍方。
6 不良地质安全技术措施
6.1断层带施工安全技术措施
6.1.1采取的措施：利用超前地质探测手段，提前预测松散、破碎带情况，利用地质素描法对断层的长度、高度、倾角做出预测。选择合理的施工方法进行断层破碎带施工。断层破碎带施工时必须遵守超前支护、分步开挖、随挖随护、密闭支撑、围岩量测，及早衬砌的原则。根据富水情况采用超前管棚注浆预加固地层，分步开挖按先软后硬顺序交错进行，要随挖随护、密闭支撑，及时施作仰拱初期支护闭合成环整体受力。如出现大量涌水，则采取排堵相结合的处理措施。
6.1.2施工要求：通过断层带时，应及早施作初期支护，减少岩层的暴露、松动，各施工工序的距离尽量缩短。断层破碎带尽量采用人工开挖，采用爆破法掘进时，严格掌握炮眼数量、深度及装药量，以减少爆破震动对围岩的影响。采用分部开挖时，其下部开挖分左右两侧相距交错作业。开挖有水流出时，凿眼安置套管集中引排，使其不漫流，并随工作面向前推进，做好排水沟，并避免积水浸泡拱、墙脚。断层地带的支护宁强勿弱，并严格监控量测，及时掌握围岩收敛变形信息，修改设计支护参数。
6.2 涌水施工安全技术措施
隧道结构防排水施工按照“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则进行，通过系统治理，达到隧道不渗不漏的防水目标。洞内突水对隧道施工的危害很大，施工中必须采取相应的防水、排水措施。根据涌水量的大小，提前封堵和疏排，同时做好应急准备，一旦发生涌水，要尽快安装设备，迅速排出，以防大量地下水涌入洞内，造成危害。
6.2.1涌水预测：根据在类似地质条件隧道施工中的成功经验，以超前探水为主，相似比拟法预测为辅。
6.2.2施工方案：施工中认真研究设计文件，加强地质调查，进行超前钻孔探测，采用综合物探手段预测预报，判明水源补给、涌水量和突出水压等情况，针对性地采取超前注浆或管道引排等方案。
6.2.3施工顺序：地质预探、预报。根据设计文件，在开挖进入富水地段前，加强地质预探、预报工作，准确掌握前方地下水含量、压力、分布，并结合预测结果设置超前探水孔，判断是否有发生涌水的可能。根据水源补给、涌水量和突出水压等预测预报情况，分别采用超前注浆和管道引排等方法，排除部分地下水，减少水量，降低水压。采用分部开挖施工，并辅以超前小导管预注浆止水（浆液采用水泥-水玻璃双液浆）穿越突水段。按顺序分步开挖隧道断面，施作支护。铺设复合式防水层，全断面模筑钢筋混凝土。
6.3 突泥地段施工安全技术措施
6.3.1涌水在较厚断层泥或溶洞充填物中往往导致突泥，而且使隧道周围岩体产生空隙以至大体积的空洞，危害更大。
6.3.2施工中，首先要依靠地质超前预报作出判断，根据断层或溶洞规模及充填物的性质，提前采用超前帷幕注浆或超前小导管注浆进行封堵，以加固地层并堵水。
6.3.3出现突泥时，必须尽快采用钢筋、钢管和型钢为骨架，填塞草袋，劈柴和木板堵口；用喷混凝土将其封闭加固；然后沿开挖面周边设长、大超前钢管支护，压注水泥—水玻璃浆液；同时在此断面附近设置监控量测点，监控量测围岩的收敛变形情况。
7 结束语
7.1 拉孟山隧道安全进洞方案的成功实施再一次证明了，在不良地质浅埋地段进洞时需要在充分调研洞口段地貌地形地质条件的基础上，在开挖前及早介入超前预支护安全防护措施，并遵循早进洞、晚出洞、短进尺、弱爆破或人工开挖，开挖后支护、加强超前地质预报及围岩监控量测紧跟的进洞原则。
7.2 在隧道施工过程中，利用上述超前地质预报技术，进行地质调查、掌子面观察及量测，对暴露的围岩进行分析评价，这些措施都有利于确认和修正围岩级别并迅速而合理地反映到施工中；确认施工中隧道结构物的稳定性，同时确保施工的经济性；积累资料，作为后续施工和类似条件下隧道施工参考。
7.3 通过监控量测及时对地表和围岩变形段的变形速率、变形值和变形规律进行分析，对围岩稳定性提出报告，为调整支护参数（如调整预留沉落量、锚杆数量、喷砼厚度、钢拱架间距等）提供充分依据，确保初期支护方案的安全可靠，同时也为二衬的施作及加强（变形稳定前施作）提供可靠的信息。
7.4 由于隧道施工受不确定因素影响甚多，目前世界范围内各种隧道设计理论和施工方法也在不断涌现，但是由于各隧道地质条件地形地貌各不相同，实际施工采取的方法也各有千秋，并非一种理论可以完全指导，故不能生搬硬套。本文结合拉孟山隧道进口施工期间的一些有借鉴意义的施工内容，如隧道安全进洞技术、超前地质预报、监控量测技术以及不良地质安全技术措施等做了一些理性的总结和分析，供同行们参考。
参考文献
[1]铁路隧道超前地质预报技术规程 Q/CR 9217-2015
[2]铁路隧道监控量测技术规程 TB10121-2007
[3]铁路隧道工程施工安全技术规程 TB10304-2009
[4]铁建设【2010】120号
论文作者:魏刚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第21期
论文发表时间:2017/12/30
标签：隧道论文; 地质论文; 围岩论文; 超前论文; 量测论文; 技术论文; 措施论文; 《建筑学研究前沿》2017年第21期论文;