隧道开挖的论文参考文献

深埋隧道工程的灾害地质问题论文

摘要 ：在进行深埋隧道工程施工过程中，由于洞程较长，洞深埋设较大，地质条件较复杂，在施工时，如果处理措施不当会出现高地温、岩爆、高压涌水等问题。鉴于此，以实际工程为例，对深埋隧道工程主要存在的灾害地质问题进行了分析和探讨，保证了施工的顺利进行，以期为类似工程提供参考与借鉴。

关键词 ：深埋隧道工程；灾害地质；高压涌水

1工程概况

太行山高速公路邯郸东坡隧道位于武安市岭底村南、七水岭村东、涉县东坡村东北处。隧道为分离式特长隧道，隧道工程总施工长度为3134m。左幅为ZK38+624~ZK41+740，长3116；右幅为K38+642~K41+776。最大埋深为176m。本文以此工程为例，对深埋隧道工程主要灾害地质问题进行分析和探讨。

2深埋隧道中的高地温难题

深埋地下隧道的工程中，地质问题是需要进行探索和研究的关键领域，最先要通过预测天然地温，一旦地温超过30℃一般将其称之为高地温。高地温不仅会恶化深埋隧道作业的环境，还会严重降低工人的劳动生产率，甚至会对现场施工人员的生命造成极大危害。此外，对深埋隧道施工材料选取的难度也相应增加[1]。然而，地温值是随着地下工程埋深在不断变化的，但地下工程的最大埋深和地温值的增加关系不是呈线性的，因为造成这种深埋隧道中的高地温问题的原因主要是地下水活动以及近期岩浆活动中放射性生热元素含量较高等。

3深埋隧道与岩爆的高地应力问题

在深埋地下隧道的工程中，其中一个突出的地质难题就是岩爆问题。地下隧道工程埋得越深，其地应力就会越高。深埋隧道工程和近地表工程的不同之处除了具有较高的水平构造应力外，最主要取决于围岩出现的高地应力。它不仅在硐侧壁引起高压应力，还导致硐顶部出现高拉应力，这样会导致硐室围岩不稳定，埋下隐患。由于高地应力的存在，一些黏性土含量较高，而硬岩含量较低的围岩就会产生被塑性挤出的可能。高地应力不断释放，地下隧洞就会发生变形，往往会出现隧洞短时间内突然变小的异常现象。就好比从掌子面距离正洞30m开始，洞身变形的长度有40m，起初的支架保护结构破坏就会非常严重，通过测量计算，隧洞拱顶的下沉在10~20cm之间，隧洞的拱脚和边墙也出现不同程度的挤压和移位，甚至还有混凝土开裂的情况[2]。这时就需设计一套科学有效、刚柔结合、综合治理的施工方案。为克制高地应力，考虑使用约1万根超长锚杆，要求总长超过11×104m，把地下隧洞中的断面改成环形成拱，做到先柔后刚、先放后抗的设计要求。岩爆受影响的原因有地震爆破，也有相邻岩爆或机械等外因动力的振动，但其中影响岩爆的最基本原因是岩石的结构特征。经过大量的数据分析发现，岩石颗粒排列呈定向排列还是随机排列，岩石是胶结连接还是结晶连接，是钙质胶结还是硅质胶结，这最终关系着岩爆烈度的强弱。例如：（1）随机排列的花岗岩、闪长岩等岩石的岩爆烈度，会比片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩等具有定向排列的围岩颗粒更强一些；（2）结晶连接的深层岩浆岩石中的岩爆烈度比胶结连接的沉积岩强；（3）具有硅质胶结岩石的天生桥二级水电站引水隧洞比关村坝的隧道中钙质胶结岩石的爆烈度强。

4深埋隧道中的高压涌水难题

深埋地下隧道的施工过程中，除了高地温以外，涌水问题也成为隧道运营中亟待解决的又一难题。由于地质条件复杂，隧道通过的地段会挖掘出很多水流量大的地质单元，一般就会出现涌水量大或水头压力高的情况。地下水水压在深部岩体中极高时，就会导致岩体水力劈裂。这就说明在高水头压力的作用下，在岩体的突水点附近，岩体断续裂隙、裂缝是朝着某个方向的，受网状交织的构造裂隙影响，经过融合后发生扩展的裂隙、空隙最终张裂开来。随着隧道深部岩体涌水量越来越大，地下水水压越来越高，会导致深埋隧道工程围岩水力劈裂。一旦出现水力劈裂的情况，就会迅速连通裂隙，空隙的张裂程度就会越来越大，涌水的渗透力会越来越强。再加上动水压力的影响，裂隙会再扩展，而使在裂隙面上的充填物发生剪切变形和位移。不论是在深埋隧道工程中还是在浅埋隧道中，容易发生的地质灾害主要表现为断层破碎带，岩体不整合接触面和结构不利组合段造成的塌方、地震，还有瓦斯爆炸、有害气体以及溶岩塌陷、泥屑流等[3]。其中，瓦斯爆炸主要指甲烷CH4在相对封闭的煤系构造地层中，由冲击波的产生、剧烈的氧化作用而导致的爆破，其灾害性极强。

5基岩裂隙水

基岩裂隙水的含义

只有储存在坚硬岩石裂隙中的非可溶性地下水，才被统一归纳在基岩裂隙水的`传统范畴中，根据含水介质的基础特征，可以将地下水分为空隙、裂隙、岩溶3种，但并非在地下水、岩石以及岩石中的空隙这3者之中产生对应关系。贮水空隙系统具有双重空隙介质，在地下水勘探中，关于贮水空隙类型还探索到了新的领域。基岩裂隙水主要存在于受符合地质构造条件的属坚硬或半坚硬的岩石所控制的以裂隙为主的贮水空间，是具有运动、富集规律的地下水。不管是溶蚀裂隙地下水在可溶性岩石中的部分，还是孔隙裂隙水中的半坚硬岩石，都属于基岩裂隙水，而它与其他类型地下水的基本区别，关键在于是不是受地质构造因素的严格控制。岩石含水的裂隙有成岩裂、构造裂和风化裂，主要是依照它的成因来划分的。如果非要与风化裂隙水和成岩裂隙水作比较，那么水源集中、水量较大的必定是构造裂隙。

基岩裂隙水的特点

由于主控因素作用，不同的蓄水构造中分布、富集基岩裂隙水的基本规律和决定主控的因素也基本相同，具有独特的分布和运动规律。我国基岩裂隙水富集的基本特色理论就是蓄水构造系统，其主要特点如下。（1）基岩裂隙水具有复杂多样的埋藏和分布形态。将储存、运移基岩裂隙水的空间和通道，叫做岩石裂隙。基岩裂隙的大小和基岩裂隙的形状，以及控制埋藏和分布裂隙发育带的产状，都是受地质构造、地层岩性、地貌条件等影响的。埋藏、分布不均匀的基岩裂隙水，大多具有不规则的含水层、多种多样形态、分布呈带状的特点[4]。比如用脆性和塑性这两种地层做比较，会产生较强的赋水性。若裂隙发育在褶皱构造中，像褶皱轴、转折、背斜倾伏等处，富水段的形成就会比较容易，而压性断裂破碎带中的赋水性是比较差的。（2）复杂的基岩裂隙水中，由于储存空间中不均匀的介质，埋深程度不同的同一含水层，其地下水的运动状态也各有不同。对于岩石中所要形成和分布的空隙，最基础的因素是地质构造，主要表现在：岩石裂隙的发育和裂隙水的储存都是受地质构造和地层岩性所影响，其中，基岩裂隙水的运动规律也被地质构造所牵制。由于地下水面的不同，即便是在基岩相同的裂缝水中，也是有时而出现无压水，时而出现承压水的情况[5]。层流、管道流、紊流、明渠流水是在岩石裂隙、溶洞的特殊形态作用下形成水运动的不同状态，因此，基岩裂隙水的不均一性以及强烈的方向感，是导致裂隙岩体的透水复杂多样、不具有规律性的根本原因。

6结论

在深埋地下隧道的工程中，比较突出的几大地质难题包括高地应力及岩爆问题、高压涌水突水问题、高地温问题等。此外，还有像地震震害、瓦斯有害气体爆炸以及涌水突泥、围岩塌方、岩溶塌陷、泥屑流等。于是，在这个复杂的、系统的深埋隧道工程中，关于灾害地质的研究，对隧道工程能否顺利开展是关键的一步，在隧道工程施工前应按照隧道工程的各方面具体情况，采取有效、有针对性的防御措施。

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深孔注浆技术在地铁隧道施工中的应用论文

近年来，由于我国交通事业取得了较大的进步，进而推动了城市地铁的发展。地铁作为城市现代化发展的新标志、新形象，在一定程度上不仅缓解了交通的拥挤，还为城市的发展奠下了有效的基础。地铁工程建设数量的不断增加，就需要对地铁隧道的施工安全进行主要的控制，因所施工的地质条件以及周围的环境等都较为复杂，对地铁隧道的施工具有重要的影响，为了使地面的沉降量得到减少，就必须要对周围环境进行全面的了解和分析。为了提高地铁隧道施工的安全性以及稳定性，采取深孔注浆技术已经成为了地铁施工的重要方式。

1 注浆加固的原理

就注浆加固而言，则是对周围的岩层以及土体进行水泥浆液的渗透、充填以及压密作业，这样一来就可以形成浆脉现象。对于地层中岩层中存在的不均匀现象，则可以对钻孔的岩层注入适量的水灰浆液，灌浆孔经过向外扩张的作用后，就会致使圆柱状浆体的形成，然后钻孔周围存在的岩层就会被挤压以及充填。另外，在灌浆施工过程中，由于岩层裂缝以及浆液渗透的作用，在地层中浆液的方向就会有所不同，并且纵模相互交错，浆脉的片状、条状以及团块状的厚薄也不一样，然后浆脉通过凝结就会形成硬化现象，就可以较少沉降量的发生，还可以确保其承载能力。

2 注浆质量的控制要点

第一，在进行注浆施工的过程中，注浆的材料以及浆液的配合比必须要符合施工方案的标准。对浆液的搅拌还应该要求均匀地进行，若不经过搅拌浆液就会产生沉淀，就需要禁止使用。

第二，在进行注浆施工前，还必须要检查注浆泵、注浆管线以及灰浆搅拌机是否能具备完好状态。若其中一台注浆泵出现问题，就会对整体的注浆施工产生重要的影响，所以就需要及时的修复，使注浆尽快地恢复，为确保对注浆的质量提供有利的根据。

第三，对于双液注浆作业来说，则浆液混合器的使用必须是单向阀的形式，要求禁止使用其他仪器来取代，这样一来就可以避免管路、注浆泵堵塞问题的出现。在进行注浆的过程中，必须要确保注浆管路的畅通，避免因注浆管路堵塞因素对注浆结束标准的判断产生影响。

第四，在双液注浆过程中，还要对浆液的吸入比例进行经常性的检查，对浆液凝胶的时间进行测试，这样就能够提高注浆加固的效果，并且还可以确保浆液强度。另外，注浆量以及注浆压力还要按照施工前方案的标准进行合理的控制，还要对注浆的压力、注浆的时间等做好记录，以便及时地发现问题，并且能够及时地进行处理。

3 地铁工程深孔注浆的具体施工

地铁工程的地质以及水文地质的概况

地铁施工工程的地质。对于整个地铁区间来说，由于地质条件十分复杂，有些地铁工程的原河床底部位置属于上软下硬地层，并且存在拱顶在富水砾砂层、中砂层中进行穿越。还有些注浆的掌子面大多属于富水砂层，并且某些地铁部分的全断面一般都是砂层，区间还多次较近距离地在重要建构筑物及较为重要的管线中穿越。

有些地铁工程施工的中砂层以及砾砂层成分主要是以石英石为主，并且含有大量的黏粒。有时还可以看见卵石，通过饱和，就可以达到稍密至中密的效果，这样一来级配就会较好，但是分选性较差。因此，要是在动水的作用下，就会很容易使流塑状得到软化，进而导致坍塌的出现，并且不具有稳定性。

地铁施工水文地质。就有些地铁区间范围地下水而言，若地下水的水位是21～米，就需要以孔隙潜水为主，区间局部的地段具有较小的承压能力，主要因素是通过大气的降水作用给予的，并且水量极其丰富，水质很容易产生污染现象。由于岩层裂隙水的发育较快，主要分布在花岗岩的构造节理裂隙密集带以及强风带中。由于富水性的基岩裂隙的'发育程度以及贯通度会随着地表水源连通性的变化而变化，主要是通过大气降水以及孔隙潜水补给的形式进行，并且局部地段具有一定的承压能力。

深孔注浆之前技术的准备

要对该工程施工的对象以及特点进行了解和分析。主要内容有：工程的地质特征，这对工程所使用的材料以及工艺具有影响。水文地质特征，对材料、设备以及工艺有着影响。周边环境特点影响着材料、工艺。造价以及工期要求影响着设备以及劳动力的组织。

要对浆液注入地层的方法进行了解。主要内容有：对于中粗砂层来说，就需要通过超细水泥水玻璃双液浆注浆固结来完成渗透扩散。动水粉细砂层溶洞需要通过六种混材料来完成注浆固结的劈裂扩散。另外，对于断层破碎带来说，需要通过普通水泥水玻璃双液浆进行注浆加固裂隙的填充。对于粉细砂层中局部空洞而言，就需要通过普通水泥单液浆来进行挤压填充作业。

浆液注入地层的方式

渗透扩散产生在中粗砂层，就需要采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆固结。

劈裂扩散产生在动水粉细砂层溶洞，就需要采用六种共混材料注浆固结。

裂隙填充产生在断层破碎带，就需要采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆加固。

挤压填充产生在粉细砂层中局部空洞，就需要采用普通水泥单液浆挤压填充。

深孔注浆参数

浆液凝胶时间：双液浆凝胶时间为30sec～3min，单液浆不宜超过8h。

单孔单段注浆量：根据公式计算。

注浆分段长度：前进式分段注浆每环15m。

注浆终压：～。

注浆速度：砂层、粉质黏性土为20～40L/min，砂砾石为40～60L/min，断层破碎带为60～120L/min。因此，注浆参数则是按照地层的实际情况进行检验确认的，并且还需要在施工现场进行不断地完善以及调整工作。另外，在注浆的施工过程中，还根据注浆压力的变化对注浆参数进行调整。所以，本次施工工程要根据砂层和粉质黏土特性进行施工，注浆参数的设定如下：TGRM深孔注浆扩散半径为～;注浆终压为～;注浆速度为10～100L/min;前进式分段注浆长度为2～3m;TGRM浆液水灰比W∶C=∶1～1∶1。

深孔注浆工艺

对于TGRM前进式分段深孔注浆工艺而言，则具体注浆过程是：对水平地质需要采取钻机进行成孔作业，然后还要对孔口进行孔口管的安装，再对孔口管内进行钻注施工。另外，要对各个循环进尺严格控制在2～3m之间。等到成孔完成后还要将钻杆退出，然后通过法兰盘、注浆管的安装来进行注浆施工，法兰盘的拆除要等到浆液凝固完成后进行，再次实施钻孔，不断进行循环，直到钻孔的深度符合施工标准的要求才可以停止。

注浆孔间排距

控制好注浆孔间的排距，可以实现浆液扩散范围的相互重叠，不易产生漏注区现象。在本工程应用过程中，需要根据现场施工的实际情况对钻孔进行设置，则注浆孔的设置是从工作面向开挖的方向进行的，就会呈现辐射状。另外，钻孔的设置还要均匀地进行，成圆圈形式，这样就可以确保注浆量的充分使用。

深孔注浆效果的检验

在深孔注浆完成之后，进行地铁隧道开挖之前，就必须要对钻芯取样的抗压强度进行检测，土体在注浆加固后强度就需要保持在以上。若没有达到要求值，还需要再次进行注浆加固。另外，等到注浆加固完成后，其掌子面就可以通过检测看到有没有渗漏水问题的出现，这样就可以增加土体的强度。

4 结语

目前，随着城市地铁的快速发展，深孔注浆技术在地铁隧道的应用越来越广泛，对隧道存在的安全问题进行有力的解决。由于深孔注浆施工技术具有较多的优点，通过采取此措施，不仅可以提高地表的沉降量，还能够降低环境的污染。与此同时，还确保了地铁施工的安全性，降低了地铁施工的成本，使地铁更好地为社会服务。

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