陳博文　趙啟雄　戴軍

摘要：為解決大跨徑隧道沖溝淺埋段施工安全問題，文章以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景，應(yīng)用綜合勘探技術(shù)對(duì)隧道地質(zhì)水文情況、掌子面圍巖情況及圍巖變形情況進(jìn)行科學(xué)性分析，為隧道工程設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并依此制定相應(yīng)的專項(xiàng)施工方案，從而提高隧道施工的安全性。

關(guān)鍵詞：大跨隧道;沖溝淺埋段;地質(zhì)勘查;超前地質(zhì)預(yù)報(bào);監(jiān)控量測(cè)

中圖分類號(hào)：U452.1+1A260965

0 引言

百色市屬典型的三疊系地層，在修建隧道時(shí)，極易遇到?jīng)_溝淺埋段等不良地質(zhì)體，其整體施工難度大，尤其對(duì)于大跨徑隧道在復(fù)雜淺埋地質(zhì)情況下的施工技術(shù)要求較高[1]。采用隧道綜合勘探技術(shù)可以更好地了解工程地質(zhì)特征、水文條件、圍巖等級(jí)及沉降數(shù)據(jù)等，并能夠獲取相關(guān)的圖像資料。目前，地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用工程物探方法，使用該方法可以準(zhǔn)確繪制出地質(zhì)斷面圖和工程物探曲線圖，從而對(duì)隧道結(jié)構(gòu)周邊地質(zhì)的土石分界和風(fēng)化層厚度有更準(zhǔn)確的把控。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)主要采用地質(zhì)調(diào)查法和地質(zhì)雷達(dá)法，可以對(duì)隧道圍巖情況進(jìn)行具體描述、分級(jí)，從而確定隧道施工的具體支護(hù)參數(shù)。監(jiān)控量測(cè)技術(shù)主要是應(yīng)用數(shù)碼相機(jī)、收斂計(jì)、全站儀等測(cè)量工具對(duì)隧道施工過程中的圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，確保隧道工程施工質(zhì)量和進(jìn)度。因此，采用綜合勘探技術(shù)可以從宏觀、較微觀及細(xì)觀角度加強(qiáng)隧道工程施工的安全穩(wěn)定性。綜合勘探技術(shù)應(yīng)用流程如圖1所示。

本文依托黎明二號(hào)隧道進(jìn)口淺埋段實(shí)際工程，利用地質(zhì)勘查技術(shù)對(duì)隧址區(qū)地形地貌、地層巖性及水文地質(zhì)條件等進(jìn)行勘察，通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)對(duì)掌子面圍巖級(jí)別進(jìn)行判定和不良地質(zhì)體的探測(cè)，并結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)對(duì)拱頂下沉、周邊收斂、地表下沉檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，綜合分析沖溝淺埋段圍巖變形位移規(guī)律，以便對(duì)沖溝淺埋段施工制定合理的支護(hù)參數(shù)和預(yù)防加固措施，對(duì)以后的隧道沖溝淺埋段施工具有一定的參考價(jià)值[2]。

1 工程概況

本隧道為雙向六車道大跨徑分離式隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h，凈寬為18.25 m，凈高為10.27 m，隧道簡(jiǎn)要信息如表1所示。沿線隧道淺埋段共有5處，沖溝信息如表2所示。由表2可知，沖溝3樁號(hào)與隧道左洞樁號(hào)相交，并且與隧道相交處溝底高程最小，具有一定的代表性。因此，本文選擇沖溝3對(duì)隧道左洞沖溝淺埋段施工進(jìn)行分析。

2 沖溝淺埋段地質(zhì)狀況

2.1 地質(zhì)勘查

隧道工程地質(zhì)勘查可以準(zhǔn)確確定出圍巖級(jí)別、水文條件等，為后續(xù)的設(shè)計(jì)與施工提供有效資料[3-4]。本次勘探主要采用工程地質(zhì)調(diào)繪與物探相結(jié)合的方式進(jìn)行，對(duì)隧址區(qū)內(nèi)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布、隧道地區(qū)覆蓋層及基巖風(fēng)化層厚度、巖體破碎程度等進(jìn)行分析。

2.1.1 地形地貌、地質(zhì)水文概況

隧道區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，地形較陡。地層主要由第四系殘坡積層（Qel+dl）和三迭系中統(tǒng)百逢組（T2b）組成，巖層產(chǎn)狀、節(jié)理和裂隙變化較大。隧道區(qū)下伏基巖主要為泥質(zhì)粉砂巖、砂巖，局部夾泥質(zhì)粉砂巖和頁巖，多以薄～中厚層狀構(gòu)造為主，裂隙多以風(fēng)化裂隙為主，發(fā)育密度大。地表水體主要為場(chǎng)地中沖溝內(nèi)的小水溝，長(zhǎng)年流水，但水量小。地下水主要為賦存于第四系覆蓋層中的孔隙水及基巖中的破碎帶及構(gòu)造裂隙水。

2.1.2 工程物探方法

由于測(cè)區(qū)內(nèi)淺部和較深部基巖的破碎程度、富水狀態(tài)與其周邊巖土體間等均存在明顯的電性（如介電常數(shù)、電阻率、電導(dǎo)率等電性參數(shù)）差異和彈性縱波波速差異，因此采用淺層地震折射波法和高密度電法進(jìn)行勘查[5-6]。

淺層地震折射波法勘查采用岳陽奧成 HX-DZ-02A 型多道數(shù)字高分辨率地震儀，利用相遇追逐觀測(cè)系統(tǒng)，布置24道檢波器，檢波距為5 m、追蹤炮偏移10 m。高密度電法勘查采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDA-1多功能數(shù)字直流激電儀，電極極距為10.0 m，電極數(shù)為60/80個(gè)，觀測(cè)29/31層。然后結(jié)合地質(zhì)測(cè)繪資料等進(jìn)行綜合分析，繪制沖溝3剖面推斷地質(zhì)斷面圖（如圖2所示）及工程物探曲線圖（如圖3所示）。

由圖2可知，沖溝3（ZK5+120～ZK5+360段）巖土為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，巖土特征為灰黑色，泥狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較硬，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，可能含水。由圖3分析可知，測(cè)區(qū)淺部地層視電阻率值多在800～20 070 Ω·m以內(nèi)，呈明顯的較低阻狀，深部電阻率多在500～1 500 Ω·m以內(nèi)，局部呈現(xiàn)低阻狀，主要為局部巖體裂隙發(fā)育，巖體破碎引起的低阻異常。在物探測(cè)線范圍內(nèi)，隧道沖溝3位置對(duì)應(yīng)里程在設(shè)計(jì)隧道埋深部位出現(xiàn)圈閉狀低阻異常，推測(cè)該處巖體破碎，對(duì)擬建隧道影響較大，建議設(shè)計(jì)隧道圍巖級(jí)別時(shí)適當(dāng)降低該段的圍巖等級(jí)，在施工時(shí)做好防水、防崩塌措施。

2.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的應(yīng)用可以進(jìn)一步查明隧道掘進(jìn)工作面前方的地質(zhì)情況，為制定隧道施工方案提供一定的依據(jù)[7-8]。本次地質(zhì)預(yù)報(bào)采用地質(zhì)調(diào)查法和地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)隧道沖溝3段進(jìn)行探測(cè)分析，其中地質(zhì)雷達(dá)法采用 impulse Radar CO1760 全數(shù)字雙頻探地雷達(dá)。雷達(dá)測(cè)線布置如圖 4 所示。

2.2.1 地質(zhì)調(diào)查法

地質(zhì)調(diào)查法是以巖石、地層、構(gòu)造及地貌等為對(duì)象，以地質(zhì)學(xué)為指導(dǎo)，以觀察研究為基礎(chǔ)的調(diào)查工作。因此，通過對(duì)隧道當(dāng)前沖溝淺埋段掌子面（ZK5+335）現(xiàn)場(chǎng)情況分析可知：掌子面圍巖自穩(wěn)能力差，無支護(hù)易掉塊、塌方，巖體以中風(fēng)化粉砂巖夾泥巖為主，總體破碎，結(jié)合差，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部泥質(zhì)等軟弱夾層發(fā)育，巖質(zhì)較軟～較堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)類型為碎裂狀結(jié)構(gòu)，掌子面整體濕潤(rùn)，局部有滴水現(xiàn)象。

2.2.2 地質(zhì)雷達(dá)法

采用地質(zhì)雷達(dá)法可以直接觀測(cè)出巖體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的穩(wěn)定狀態(tài)、巖性及風(fēng)化程度、完整程度、堅(jiān)硬程度、地下水情況等。通過對(duì)原始采集的地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)校正、增益調(diào)整、去直流漂移、濾波、壓制和剔除干擾波及突出有效波等處理后，處理結(jié)果如圖5所示。

通過當(dāng)前掌子面的地質(zhì)情況，結(jié)合對(duì)地質(zhì)雷達(dá)波圖像的辨識(shí)及地質(zhì)條件的綜合分析可知，隧道掌子面前方0～25 m（即ZK5+310～ZK5+335）范圍內(nèi)雷達(dá)反射波以不均勻的中頻為主，局部同相軸相連續(xù)，無明顯規(guī)律，局部幅值較強(qiáng)。結(jié)合掌子面圍巖情況，推測(cè)該區(qū)域圍巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，軟弱夾層發(fā)育，巖體總體破碎，結(jié)合差，圍巖自穩(wěn)能力差，開挖后極易掉塊、坍塌。

因此，根據(jù)本次預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的圍巖情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，建議探測(cè)里程段內(nèi)施工圍巖等級(jí)如表3所示。

2.3 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)能夠?qū)λ淼绹鷰r的變形情況、隧道支護(hù)的下沉情況以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化等進(jìn)行測(cè)量，幫助工程技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決隧道變形問題，保障隧道工程的施工質(zhì)量和使用安全[9-10]。根據(jù)該隧道工程的具體情況，對(duì)洞內(nèi)沖溝淺埋段（ZK5+335）監(jiān)控測(cè)定布設(shè)如圖6所示，隧道斷面拱頂下沉、周邊位移情況如表4所示。

由表4可知：通過黎明二號(hào)隧道進(jìn)行為期30 d的監(jiān)測(cè)，拱頂累計(jì)位移為9.1 mm，最大速率為0.2 mm/d;周邊累計(jì)位移為7.0 mm，最大速率為0.2 mm/d。位移-時(shí)間曲線如圖7所示。

根據(jù)圖7中拱頂累計(jì)沉降量曲線和上、下臺(tái)階累計(jì)周邊位移曲線可以看出，該沖溝段圍巖變形、拱頂沉降量、周邊收斂較大，隨著支護(hù)參數(shù)的加強(qiáng)，各參數(shù)均得到有效控制，但拱頂及周邊依舊存在繼續(xù)變形的趨勢(shì)，進(jìn)而需要采取針對(duì)性措施對(duì)該沖溝段進(jìn)行加固，從而提前預(yù)防因沉降量過大而發(fā)生安全事故。

3 施工方法

根據(jù)綜合勘探技術(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，針對(duì)該沖溝淺埋段應(yīng)進(jìn)行加固處治。加固處置方案圖及現(xiàn)場(chǎng)施工圖如圖8所示。處置方案為注漿加固、地表硬化、回填黏土與種植土三種方式，具體方案如下：

（1）加固注漿管布孔采用矩形布孔，注漿管采用 42 mm×4 mm開孔鋼管，鉆孔角度與水平面垂直。

（2）注漿管深度要求在隧道范圍內(nèi)，深度達(dá)到外側(cè)，在隧道兩側(cè)應(yīng)深入破裂面≥2 m。在施工過程中如遇注漿量突增情況，應(yīng)加密加深注漿孔。

（3）注漿采用水泥液漿，水泥漿水灰比為1∶1，水泥標(biāo)號(hào)為42.5。

（4）施工順序?yàn)榍灞聿⑵秸麍?chǎng)地、成孔、分段注漿。

（5）注漿應(yīng)自上而下分段進(jìn)行，分段長(zhǎng)度應(yīng)控制在5 m以內(nèi)。

（6）注漿完畢后在隧道埋深處5 m的地方回填水泥土。

（7）鋪設(shè)@20 cm×20 cm 8 mm鋼筋網(wǎng)并澆筑30 cm厚C25混凝土進(jìn)行地表硬化，回填30 cm厚黏土和30 cm厚種植土，并植草綠化。

根據(jù)上述處置方案進(jìn)行施工后，順利通過該沖溝淺埋段。

4 結(jié)語

本文通過綜合勘探技術(shù)對(duì)黎明二號(hào)隧道沖溝淺埋段地質(zhì)情況、圍巖特性及圍巖變形位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：

（1）在隧道通過沖溝淺埋段時(shí)，由于自然環(huán)境的影響，埋深較淺，圍巖等級(jí)較低，風(fēng)化程度較為嚴(yán)重。在施工過程中，圍巖自身易破碎，位移變化較大，掌子面出現(xiàn)坍塌風(fēng)險(xiǎn)較高。

（2）采用綜合勘探技術(shù)對(duì)施工前圍巖情況進(jìn)行探查、監(jiān)測(cè)，能夠?qū)罄m(xù)施工提供一定的依據(jù)，從而可以對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到指導(dǎo)施工的目的。

（3）在通過沖溝淺埋段時(shí)，需要根據(jù)具體的地質(zhì)、圍巖、沉降情況，采取相應(yīng)的加固措施，防止安全事故的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：

陳博文（1985—），高級(jí)工程師，主要從事公路工程隧道施工技術(shù)管理工作;

趙啟雄（1995—），碩士，主要從事公路工程隧道施工技術(shù)管理工作;

戴 軍（1992—），工程師，主要從事公路工程隧道施工技術(shù)管理工作。