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0 引 言
公路隧道在穿越山岭、丘陵等不良地质区时,由于地形跌宕起伏,褶皱断层及围岩裂隙水极为发育,软弱围岩、破碎地层比重大,同时可能存在岩溶等问题,给隧道施工带来极大的不便。软弱围岩是隧道工程施工中最为常见的不良地质,也是影响隧道围岩稳定性的重要因素通常情况下软弱围岩处于稳定状态,当受到爆破、 开挖等外力影响,软弱围
岩的稳定性将会被破坏,出现塌方、冒顶等事故,所以选择合理的施工方法及开挖方法,减少对围岩的扰动,确保围岩和支护结构稳定,就显得极为重要。
1国内外研究现状
1.1 隧道穿越岩溶地层的施工方法研究。岩溶在我国西南地区是一种较常见的地质现象,在我国的交通工程建设过程,隧道工程不可避免的穿越复杂的岩溶地区。由于岩溶发育的随机性和复杂性以及隧道施工过程的空间效应影响较大等原因[1],针对不同的隧道又会出现不同设计和施工方面的问题。因此根据实际工程中溶洞的位置和形态,选择适当的施工工法和溶洞处治措施就显得尤为重要。我国不少学者对其进行了深入的研究。
易金舫等[2]通过隧道开挖中的多溶腔的治理得出隧道开挖前准备充分, 辅以及时准确的超前地质预报,严控岩溶治理,并在開挖时严格控制进尺及时支护,可有效保障贵阳地铁多溶腔隧道的施工安全。周超[3]依托徐州地铁1号线试验段工程,对地铁矿山法隧道岩溶处理设计与施工进行了归纳和总结,并针对徐州地区溶洞的特点研究出相适应的施工方法。罗 琼[4]结合新建渝怀铁路圆梁山隧道施工实践 ,探索了隧道岩溶及岩溶水的处理途径和高压富水岩溶隧道的施工技术。
1.2 含软弱围岩隧道的施工方法研究。根据目前国内隧道工程施工技术水平和现场实际情况,对于交通类暗挖隧道,常用的施工方法主要有全断面法、台阶法以及分部施工方法等,而随着国内软弱围岩隧道日益增多,与台阶法施工的软弱围岩隧道的相关研究,已有诸多报道。
汤劲松等[5]通过对分离式大跨扁平公路隧道开挖方案的三维数值模拟,理论分析和监控量测结果表明:对于Ⅳ级围岩条件下的浅埋大跨公路隧道来说,分部台阶法是合理的施工方法。薛继连[6]以长梁山隧道为工程背景,对含大量地下水的断层破碎带等各类较差地层和极为不利的地质构造条件,采取了各种不同的施工措施及一些先进技术,有效地保证了在地质条件极为不利情况下的特长隧道顺利施工。段慧玲等[7]就已修建的大跨度公路隧道为例, 详细介绍了各种围岩等级条件下双向六车道大跨度隧道的施工方法,总结出不同围岩等级条件下开挖双向六车道大跨度隧道合理的开挖方法。贾晓旭等[8]以实际工程为背景,借助有限差分软件 FLAC3D数值模拟并和实际监测数据对比分析,研究软弱围岩隧道在 CD 法和台阶法两种不同开挖方法施工过程中围岩变形、 应力变化和围岩塑性区分布规律。
2 岩溶及岩溶水处理
岩溶隧道施工时,根据设计文件有关资料和现场超前地质预报成果,首先应尽量查明岩溶类型、分布情况,岩层的稳定程度和地下水流情况,然后可按照岩溶对隧道的影响程度和现有的施工条件,制定出实际可行的工程治理措施。
2.1 岩溶水处理。对于岩溶水的处理,总的原则是宜疏不宜堵。疏就是在施工工程中要尽量维护岩溶水的径流和渗流路径,保持地下水的原始循环和储存状态。最佳的方案是摸清水流路径的情况下,在隧道轮廓线外的适当部位增设辅助过水通道将其管道连通,减少水流损失。
2.2 岩溶隧道基底处理。岩溶洞穴填充物的特点是松软、含水量高、下沉量大、强度低、稳定性差,大多由泥沙及其混合物组成。当隧道必须穿越时,隧道基底可采取换填、注浆加固、钢管桩、旋喷桩等方法处理。
3 项目研究的主要内容
1、对国内外复杂地层情况下大跨度隧道施工分部开挖方法进行总结分析,并对不良地质围岩隧道的施工全断面开挖方法进行分析和展望;
2、总结软弱围岩隧道的力学特性,分析软弱围岩隧道分步开挖法的力学机理,从理论上论证软弱围岩隧道分步开挖的合理性,提出相应的施工工艺;
3、利用有限元计算和数值模拟手段,对工程中的穿越不良地质地区的隧道施工方法进行施工开挖模拟,并分析围岩和结构的受力、变形状态,并综合评价各种工法的适用性、安全性和经济性,得出最优的开挖方案和评价各个分布施工工法的优越性;
4、针对穿越不良地质地区隧道的分部开挖法施工中存在的问题,并进行分析和探讨,依托新奥法理念,得出不良地质围岩隧道也可采用全断面开挖的可行性。
4 结语
岩溶在我国西南地区是一种较常见的地质现象,在我国的交通工程建设过程,隧道工程不可避免的穿越复杂的岩溶地区。岩溶对隧道工程的主要影响有:洞害、水空、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表塌陷等几个方面。为了尽可能的降低风险,根据实际工程中溶洞的位置和形态,选择适当的施工工法和溶洞处治措施就显得尤为重要。
【参考文献】
[1] 高红兵.大跨径铁路车站隧道施工力学特性研究[J]. 现代隧道技术,2010,47( 3) : 32-37.
[2] 易金舫,卢松柏,饶军应,等.贵阳地铁多溶腔隧道安全施工技术[J]. 施工技术, 2016, 45(13):101-104.
[3] 周超.徐州地铁1号线岩溶处理设计与施工[J]. 地下空间与工程学报, 2016, 12(s2):772-777..
[4] 罗琼. 岩溶隧道施工技术[J]. 铁道工程学报, 2005, 24(3):65-71.
[5] 汤劲松,刘松玉,童立元,等.破碎岩体浅埋大跨公路隧道开挖方案对比研究[J]. 岩土力学, 2007(s1):469-473. ..
[6] 薛继连.长梁山隧道软弱围岩施工方法[J]. 岩石力学与工程学报, 2000, 19(z1):1085-1094
[7] 段慧玲,张林.大跨度公路隧道合理开挖方法对比研究[J]. 土木工程学报, 2009(9):114-119.
[8] 贾晓旭, 赵玉成. 软弱围岩隧道CD法和台阶法施工力学行为分析[J]. 铁道标准设计, 2016, 60(7):121-125.
公路隧道在穿越山岭、丘陵等不良地质区时,由于地形跌宕起伏,褶皱断层及围岩裂隙水极为发育,软弱围岩、破碎地层比重大,同时可能存在岩溶等问题,给隧道施工带来极大的不便。软弱围岩是隧道工程施工中最为常见的不良地质,也是影响隧道围岩稳定性的重要因素通常情况下软弱围岩处于稳定状态,当受到爆破、 开挖等外力影响,软弱围
岩的稳定性将会被破坏,出现塌方、冒顶等事故,所以选择合理的施工方法及开挖方法,减少对围岩的扰动,确保围岩和支护结构稳定,就显得极为重要。
1国内外研究现状
1.1 隧道穿越岩溶地层的施工方法研究。岩溶在我国西南地区是一种较常见的地质现象,在我国的交通工程建设过程,隧道工程不可避免的穿越复杂的岩溶地区。由于岩溶发育的随机性和复杂性以及隧道施工过程的空间效应影响较大等原因[1],针对不同的隧道又会出现不同设计和施工方面的问题。因此根据实际工程中溶洞的位置和形态,选择适当的施工工法和溶洞处治措施就显得尤为重要。我国不少学者对其进行了深入的研究。
易金舫等[2]通过隧道开挖中的多溶腔的治理得出隧道开挖前准备充分, 辅以及时准确的超前地质预报,严控岩溶治理,并在開挖时严格控制进尺及时支护,可有效保障贵阳地铁多溶腔隧道的施工安全。周超[3]依托徐州地铁1号线试验段工程,对地铁矿山法隧道岩溶处理设计与施工进行了归纳和总结,并针对徐州地区溶洞的特点研究出相适应的施工方法。罗 琼[4]结合新建渝怀铁路圆梁山隧道施工实践 ,探索了隧道岩溶及岩溶水的处理途径和高压富水岩溶隧道的施工技术。
1.2 含软弱围岩隧道的施工方法研究。根据目前国内隧道工程施工技术水平和现场实际情况,对于交通类暗挖隧道,常用的施工方法主要有全断面法、台阶法以及分部施工方法等,而随着国内软弱围岩隧道日益增多,与台阶法施工的软弱围岩隧道的相关研究,已有诸多报道。
汤劲松等[5]通过对分离式大跨扁平公路隧道开挖方案的三维数值模拟,理论分析和监控量测结果表明:对于Ⅳ级围岩条件下的浅埋大跨公路隧道来说,分部台阶法是合理的施工方法。薛继连[6]以长梁山隧道为工程背景,对含大量地下水的断层破碎带等各类较差地层和极为不利的地质构造条件,采取了各种不同的施工措施及一些先进技术,有效地保证了在地质条件极为不利情况下的特长隧道顺利施工。段慧玲等[7]就已修建的大跨度公路隧道为例, 详细介绍了各种围岩等级条件下双向六车道大跨度隧道的施工方法,总结出不同围岩等级条件下开挖双向六车道大跨度隧道合理的开挖方法。贾晓旭等[8]以实际工程为背景,借助有限差分软件 FLAC3D数值模拟并和实际监测数据对比分析,研究软弱围岩隧道在 CD 法和台阶法两种不同开挖方法施工过程中围岩变形、 应力变化和围岩塑性区分布规律。
2 岩溶及岩溶水处理
岩溶隧道施工时,根据设计文件有关资料和现场超前地质预报成果,首先应尽量查明岩溶类型、分布情况,岩层的稳定程度和地下水流情况,然后可按照岩溶对隧道的影响程度和现有的施工条件,制定出实际可行的工程治理措施。
2.1 岩溶水处理。对于岩溶水的处理,总的原则是宜疏不宜堵。疏就是在施工工程中要尽量维护岩溶水的径流和渗流路径,保持地下水的原始循环和储存状态。最佳的方案是摸清水流路径的情况下,在隧道轮廓线外的适当部位增设辅助过水通道将其管道连通,减少水流损失。
2.2 岩溶隧道基底处理。岩溶洞穴填充物的特点是松软、含水量高、下沉量大、强度低、稳定性差,大多由泥沙及其混合物组成。当隧道必须穿越时,隧道基底可采取换填、注浆加固、钢管桩、旋喷桩等方法处理。
3 项目研究的主要内容
1、对国内外复杂地层情况下大跨度隧道施工分部开挖方法进行总结分析,并对不良地质围岩隧道的施工全断面开挖方法进行分析和展望;
2、总结软弱围岩隧道的力学特性,分析软弱围岩隧道分步开挖法的力学机理,从理论上论证软弱围岩隧道分步开挖的合理性,提出相应的施工工艺;
3、利用有限元计算和数值模拟手段,对工程中的穿越不良地质地区的隧道施工方法进行施工开挖模拟,并分析围岩和结构的受力、变形状态,并综合评价各种工法的适用性、安全性和经济性,得出最优的开挖方案和评价各个分布施工工法的优越性;
4、针对穿越不良地质地区隧道的分部开挖法施工中存在的问题,并进行分析和探讨,依托新奥法理念,得出不良地质围岩隧道也可采用全断面开挖的可行性。
4 结语
岩溶在我国西南地区是一种较常见的地质现象,在我国的交通工程建设过程,隧道工程不可避免的穿越复杂的岩溶地区。岩溶对隧道工程的主要影响有:洞害、水空、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表塌陷等几个方面。为了尽可能的降低风险,根据实际工程中溶洞的位置和形态,选择适当的施工工法和溶洞处治措施就显得尤为重要。
【参考文献】
[1] 高红兵.大跨径铁路车站隧道施工力学特性研究[J]. 现代隧道技术,2010,47( 3) : 32-37.
[2] 易金舫,卢松柏,饶军应,等.贵阳地铁多溶腔隧道安全施工技术[J]. 施工技术, 2016, 45(13):101-104.
[3] 周超.徐州地铁1号线岩溶处理设计与施工[J]. 地下空间与工程学报, 2016, 12(s2):772-777..
[4] 罗琼. 岩溶隧道施工技术[J]. 铁道工程学报, 2005, 24(3):65-71.
[5] 汤劲松,刘松玉,童立元,等.破碎岩体浅埋大跨公路隧道开挖方案对比研究[J]. 岩土力学, 2007(s1):469-473. ..
[6] 薛继连.长梁山隧道软弱围岩施工方法[J]. 岩石力学与工程学报, 2000, 19(z1):1085-1094
[7] 段慧玲,张林.大跨度公路隧道合理开挖方法对比研究[J]. 土木工程学报, 2009(9):114-119.
[8] 贾晓旭, 赵玉成. 软弱围岩隧道CD法和台阶法施工力学行为分析[J]. 铁道标准设计, 2016, 60(7):121-125.