浅谈石膏\瓦斯\岩溶隧道施工技术

摘要：在当前的交通建设工程中，隧道所占的比例越来越大，而且地质条件也越来越复杂，本文主要对石膏、瓦斯、岩溶等地质条件下的隧道施工技术进行了初步探讨。

关键词：石膏 瓦斯 岩溶 隧道 施工 技术

Abstract: in the current traffic construction engineering, the proportion of tunnel is more and more big, and also more and more complex geological conditions, this paper focuses on the plaster, gas, karst geological conditions such as the tunnel construction technology is also discussed.

Keywords: gypsum karst tunnel construction technology of gas

中图分类号：P619.26+1文献标识码：A 文章编号：

一、前言

近年来，随着国家公路、铁路及城市地下空间的快速发展，各种复杂地层条件下的隧道工程越来越多。在复杂的地质条件下，隧道的施工技术难度和安全风险大大增加，如果不采取合理的施工技术方案，必然会造成工程进度迟缓，建设成本增加，甚至会导致重大安全事故。因此加强对复杂地质条件下隧道施工技术的研究，能够实现安全、优质、快速、经济的工程建设目标。

二、石膏地层的隧道施工技术

石膏地层中，基岩的矿物成份以膏盐（CaSO4、CaSO4・2H2O）为主，在地下水的长期作用下，硬石膏遇水发生化学反应，吸水转变为石膏（CaSO4+2H2O= CaSO4・2H2O），体积膨胀增加30～60%，膨胀过程围岩的塑性变形产生强大的膨胀压力，这种膨胀压力如果在施工中不妥善处理，通常会导致隧道的支护结构被挤压变形，最终失去平衡而破坏，出现底板隆起、衬砌开裂、渗漏水等严重病害，影响隧道的运营安全和使用寿命。

针对石膏地层的特点，在此类隧道的设计施工中，应重点考虑围岩膨胀压力对隧道的施工和运营产生的不良影响。在施工中，通常可采用一些特殊的支护形式来适应围岩变形的特征，又能适当的约束围岩膨胀，最大限度的减小支护结构所承受的膨胀压力，达到经济、安全的目的，具体可采取以下措施：

2.1超短台阶法开挖

石膏地层围岩的整体稳定性较差，开挖临空后，岩层风化变形加速，极易出现拱顶掉块、坍塌等危情。为提高开挖前方围岩的整体承载能力，超前支护可采用φ50×5小导管，布设在拱顶1200范围，外插角5～100，每根长5.0m，环向间距40cm，纵向搭接长度不小于1.2m。

开挖采用超短台阶法，台阶长度控制在3～5m内，以机械配开挖为主，配合人工风镐，若围岩的整体性有所改善，可以逐步采用松动爆破配合机械开挖，尽量减小对围岩的扰动，开挖循环进尺控制在1m以内。

2.2刚柔并济的初期支护

膨胀围岩的初期支护应该按照“以抗为主、抗让结合、限制放压”的原则设置，因此初期支护拱架可以做成“柔性结构”来适应围岩变形，并且适当的约束变形，起到维护支护结构及衬砌的稳定作用。

2.3降低围岩的含水量

水是石膏地层膨胀变形的最直接因素，因此在施工过程中，要严格控制施工用水并密切监测围岩中含水量的变化。施工用水严禁流入或喷洒到的岩面上，避免人为的造成围岩活化；隧道开挖后立即对围岩的含水量进行测定，发现含水量增大或岩面有明显的潮湿、水流渗出时，立即喷射混凝土封闭洞壁和掌子面，并在透水层与膨胀岩的交界处实施注浆，形成止水帷幕，阻断地下水流向膨胀岩的通道，必要时可辅助设置排水孔引流岩层中的积水。

三、瓦斯地层的隧道施工技术

当隧道穿过煤层、油页岩或含沥青的岩层时，通常会遇到瓦斯（甲烷CH4）。根据瓦斯逸出量的多少和瓦斯压力的高低，可把瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道三种，无论哪种类型，即使是低瓦斯隧道也存在安全隐患，如不加以重视、防范，一样会出大事故甚至特大事故。瓦斯隧道在施工中应该严格遵循“先探后掘，缩短进尺，超前支护，及时封闭，加强量测，加强通风，随时检测”的原则。

3.1瓦斯探测与排放

首先利用地质调查与地质素描手段，确定瓦斯地层的大致里程，再通过TSP203进一步确定不良地质段的临界位置，然后结合掌子面素描、单孔超前水平钻孔等方法更加准确地预报掌子面前方30m范围内围岩地质情况，水平钻孔采用水循环回转钻，防止引起火花。当探测到掌子面前方确有瓦斯气囊或岩层内高压瓦斯，应立即在掌子面上下左右四个方向施作φ90mm超前卸压孔，提前释放部分岩层瓦斯，卸压孔超前距（超前钻孔长度与允许掘进长度之差）不小于5m，使每次掘进时至少保留不小于5m的瓦斯排放和应力释放的安全距离。在瓦斯排放过程中加强掌子面瓦斯浓度和孔内瓦斯浓度监测，通过对浓度变化的分析，制定下一步通风和开挖瓦方案。

3.2上下导坑长台阶法

在瓦斯地层一般多采用上下导坑长台阶法开挖，利用上部台阶排放下部台阶的部分瓦斯，台阶长度根据通风需要和隧道结构的安全、围岩稳定性综合考虑确定；下台阶瓦斯排放可在上台阶底部打俯角孔排放，孔距、排距均以1.0m为宜；开挖后及时施作喷射混凝土初期支护，阻隔部分瓦斯溢出。

3.3煤系地层防突揭煤

在煤系地层中，当瓦斯压力达到0.5～1.0MPa时，一般采用“石门揭煤法”来揭穿突出的危险煤层。揭煤采用震动性放炮诱导突出，其目的在于一次性揭开2m厚的岩柱，使之全部见煤，并使煤体应力和瓦斯得到释放，以避免在露出部分煤体的情况下，人员在工作面进行打眼放炮等作业时发生延期突出。

3.4矿井采空区地段施工

当遇到矿井采空区时，应重点作好气密性和排水系统的防护措施。采空区域可采用土石回填，边墙两侧的回填宜选用洞渣中的块石码砌，仰拱以下回填后应夯实，并在回填土下方横向设置1~2根φ600mm混凝土圆管，与原采空区原有排水通道顺接；在边墙及拱圈衬砌外侧需设置缓冲层和排水暗沟，缓冲层起到过滤瓦斯和防止蠕动落石砸伤衬砌的作用；衬砌外满铺防水层全封闭衬砌，以隔绝瓦斯渗入隧道，必要时防水层可按双层设置；沉降缝和施工缝采用止水带和膨胀水泥砂浆封堵严密，以加强衬砌混凝土的气密性。

四、岩溶地层隧道施工技术

当隧道穿越可溶性岩层时，常遇到大小不等，部位不同、充填物及充填程度不同和含水量不等的溶洞。给施工带来一定困难，有的甚至是灾难性的。如隧道底部充填深且充填物松软，隧道基底难于处理；有的溶洞岩质破碎，易坍；有时遇到大水囊或暗河，岩溶水或泥沙水大量涌入隧道，形成突水突泥，造成重大伤亡事故；有时遇到填满饱含水分的充填物的溶槽，掘进至边缘时，含水充填物不断涌入隧道，难以遏止，以至地表下沉，山体压力聚增，造成洞内大量涌水；有的溶洞、暗河迂回交错，分支错综复杂，范围宽广，处理十分困难，甚至被迫改线等。

4.1廊道式水平溶洞

溶洞底一般会有3～4m（最厚处达7～12m）软弱的砂粘土，溶洞内部潮湿，并且有大量滴水，洞壁有大量水平和竖向的溶沟、溶槽，为保证施工作业安全，防止溶洞坍塌，需在溶洞内部施作临时支护，支护采用全断面锚喷，施工时先清理洞内危石，喷4cm厚喷射混凝土，再打设锚杆，敷设钢筋网，复喷至设计厚度；锚杆采用Φ22，长3～3.5m，梅花型设置，间距为1.2m，锚杆打设角度根据围岩的节理方向调整，以达到最佳的锚固效果。为防止发生底板沉降，对溶洞底部的软弱层，需进行注浆固结，注浆采用φ42花管，压浆深度要达到溶洞底板处，然后再回填土方至隧道底板，回填土分层夯实；在回填体上溶洞壁相交处还需设置铸铁排水管，引流溶洞内积水导入侧沟。

4.2下卧式水平溶洞

下卧式水平溶洞通常分布在隧道底部，根据其形状和跨越的长度可采用以下2种处理方式，①跨越范围较小时，可在线路的两侧设立浆砌片石止浆墙，回填洞穴，并进行注浆固结，回填体顶部设置现浇行车梁跨越，这种梁跨结构需要溶洞两端的基岩有足够的承载力，方能保证梁跨结构的安全性；②当溶洞的影响范围大，梁跨结构无法实施时，可以采用路基填筑的形式通过，并将二次衬砌改为减薄悬挂型复合衬砌，这种方式施工简便，能快速通过岩溶地层，并且减薄悬挂型复合衬砌有利于加固围岩，还可将路床和初砌分离，有利于路床的沉降。

五、结束语

复杂地质条件下的隧道施工，除了加强技术攻关和对围岩的量测外，还应该充分重视对工程地质情况的勘察与分析，详尽的工程地质资料是指导施工和制定合理、科学、经济的施工技术方案的一个重要前提。随着现代隧道施工技术的不断探索与创新，挪威法、掘进机法、盾构法、沉管法等在复杂地质条件下施工应用，对于隧道建设的施工安全、缩短建设工期、降低工程成本及提高工程质量具有显著的作用和意义。

参考资料：

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【2】卿三惠,黄润秋.乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究[J].现代隧道技术,2005

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