复杂地质条件下隧道施工技术的发展

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1、复杂地质条件下隧道施工技术的发展摘要：在复杂的地质环境之下,隧道的设计与施工都是非常复杂的系统工程。随着新理论和新技术的发展,复杂地质条件下隧道施工技术有了不同程度的发展,现在笔者就其中几个关键问题进行分析与研究。　　关键词：复杂地质隧道施工　　：TU25：A：1672-3791(2011)01(b)-0098-01　　　　在开挖隧道的时候,山体原先的三向应力平衡状态被打破,山体应力被迫重新分配,因此次生应力场随之产生,并有应力集中的现象出现。假若集中应力小于岩体强度,不产生围岩松动圈,岩体虽有变形出现,但隧道整体处于稳定状态,不存在支护问题;而当集中应力大于岩体强度,

2、岩体发生破坏产生松动圈时,隧道才产生非线性变形,导致隧道失稳;随着岩体应力比(岩体应力比岩体强度)的增大,这种情况更为突出,将面临非常严重的隧道稳定性问题[1]。从广义上讲,隧道施工技术应该包括施工之前的工程设计以及施工中具体操作两个部分。　　　　1隧道施工前的工程设计程序方面　　岩土工程设计的常规流程如下。　　(1)初步收集与分析从当地现存的地质图、地形图、卫星和航空照片,实地踏勘与钻孔勘探获得的资料,建立初步的地质模型。初步考虑隧道的几何形状与轴向和所估计的岩体性质之间的关系。底层调查的范围应该反映出底层的复杂性以及工程类型,对调查的结果应该准确地加以整理,并在设计

3、中发挥作用。(2)在倾斜构造高度发育的坚硬岩体中,浅部隧道的稳定性为自重导致的结构破坏所控制。因此岩体分类表不适用这种情况。当岩体强度原岩应力时,应力导致的破坏可能产生隧道的稳定性问题。岩体分类表会对此给予初步的指导。(3)隧道稳定性是否和隧道的形状和尺寸有关：假如没有关系,则以支护安全为重点进行开挖设计;假若有关联。(4)则有四种情况：①不稳定性问题是由于不利的地质构造造成的。钻孔的地质构造图与隧道入口暴露岩体的勘察。重新布置隧道的位置或方向对不稳定性减轻是否可行。假若可行开挖过程中随时对问题进行监测,必要时可以安装点锚;假若不可行,精心设计开挖和支付方案以控制顶板冒

4、落和应力造成的破坏。②不稳定性问题是由于低的岩体强度和原岩应力的比值造成的。对原岩应力场与岩体性质进行研究和分析。对原岩应力场与岩体性质进行研究和分析。对应力造成的隧道岩体破坏进行初步分析。可以改变隧道位置以减轻隧道应力造成的不稳定性是否可行。假若不可行,精心设计开挖和支付方案以控制顶板冒落和应力造成的破坏;假若不可行,采取控制爆破、及时支护、加强对支护性能与隧道变形的监测等手段来对隧道开挖进行精心设计。③不稳定性问题是由于风化岩体和(或者)膨胀性岩石造成的。进行风化分解和膨胀实验,对问题进行定量研究。评价上述结果,采取补救措施,例如采用喷射混凝土。通过试挖以确定所采取

5、的补救措施是否有效。设计开挖顺序,以保证开挖工作面的稳定性。④不稳定性问题是由于过高的地下水压或者流量造成的。安装压力计,测量地下水的压力和流量。排水和(或者)注浆设计,以控制地下水的压力和流量。设置长期的地下水监测系统。(5)最后,通过信息反馈,及时对设计进行修正。　　当然,随着设计和施工的进展,以上模型会不断地得到调整或修改,即建立动态模型。建立动态模型的优势就是保证尽可能达到使用者和施工者对工程安全、质量及稳定性方面的所有要求,加强工程师对问题的理解,有效地帮助工程师进行工程设计,避免考虑不周所造成的风险[2]。　　　　2隧道施工中的技术应用方面　　目前在复杂地质

6、环境下,隧道的基本开挖方法主要有以下几种。　　2.1全断面法　　常用在Ⅳ-Ⅵ类硬岩中,利用组织大型机械化作业,提高施工速度。该法可采用深孔爆破,最深钻爆孔眼可达5m,复合式衬砌单口月成洞可达150m～240m[3]。　　2.2台阶法　　台阶法大多应用在Ⅱ、Ⅲ节理发育且质地较软的围岩当中,在施工的需要,通常的方案有3种。　　(1)超短台阶法。　　上台阶仅仅超前5m左右,最短3m,因此断面的闭合较快。在机械化程度较低的各类围岩地域通常采用超短台阶法。但是需要注意的是,假若遇到软弱围岩,应用此法的时候一定慎重和全面考虑,假若需要,可以辅助施工措施以达到稳定开挖工作面的需要,确

7、保施工的安全。　　(2)短台阶法。　　上台阶的长度应该大于5倍但小于1～1.5倍洞跨,在Ⅱ、Ⅲ类围岩中的应用较多,其优点是仰拱封闭时间大幅度缩短,初期的支护受力条件得到较大的改善;其不足之处就是上台阶施工时的干扰较多,但是当采取悬吊式长皮带输送机的时候,石渣的运送便可以跨过仰拱施工区域,施工的干扰因此大幅度减少。　　(3)长台阶法。　　上下台阶距离较远,一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨,施工中上下部可配属同类大型机械进行平行作业,当机械不足时也可交替作业。采用此方案当遇短隧道或Ⅳ-Ⅵ类硬岩长隧道各区段需尽早贯通时,亦可改用半断面法,