隧洞順利通過疏松砂巖段的施工經(jīng)驗

摘 要：隧洞施工過程中會遇到各種地層。但在中國西北地區(qū)施工隧洞，在施工過程中會常遇到含水量高的疏松砂巖段。此地層施工難度極大。文章將結(jié)合甘肅省引洮工程7#隧洞所遇疏松段闡述通過的施工經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：隧洞；凍結(jié)法；通過

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）6-0167-02

甘肅省引洮供水一期工程總干渠7#隧洞設(shè)計全長

17 286 m，工程區(qū)位于甘肅省渭源縣內(nèi)，7#隧洞出口距離蘭州市區(qū)184 km，距定西市約75 km，進口距離臨洮縣約32 km。原計劃采用一臺單護盾式全斷面巖石隧道掘進機（Single Shield TBM）施工，為在建項目。隧洞高程2 130.02～2 119.54 m，縱坡i=1/1 650，TBM開挖斷面為圓形直徑為5.75 m。7#隧洞工程于2007年9月開工建設(shè)，工程施工采用1臺單戶盾全斷面掘進機TBM施工，掘進過程中因受含水疏松砂巖地層不良地質(zhì)條件影響，目前TBM在57+835處被卡。7#隧洞所遇疏松砂巖段，含水量達10.8%～13.9%。這種地質(zhì)條件，圍巖巖性軟弱、成巖差、結(jié)構(gòu)疏松、遇水軟化崩解、成洞條件差屬于極不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖。開挖后不能自穩(wěn)，尤其飽和時，由于系顆粒較均勻的粉細砂，過分擾動或振動易產(chǎn)生液化，圍巖極易發(fā)生坍塌涌砂。此種地質(zhì)條件TBM機無法正常掘進施工。因此在施工此地層時必須考慮超前加固支護措施。

由于此隧洞的洞底標高為2 123.280 m，地表標高為

2 365.990 m，地表距隧洞洞底的實際深度為242.71 m。經(jīng)綜合考慮，采用地面垂直凍結(jié)法結(jié)合普通鉆爆法進行此段地層的隧洞施工。同時對卡機TBM采用“凍結(jié)法”實施解困。此施工方法科學(xué)合理、工藝簡單、對安全及質(zhì)量具有保證。但在實際施工過程中應(yīng)著重對以下幾個環(huán)節(jié)做到有效控制。

1 凍結(jié)鉆孔施工時注意事項

①由于鉆孔施工的施工深度必須穿過隧洞底板，終孔深度在280 m。所以在鉆孔的鉆進過程中肯定會穿過疏松砂巖段。此段地層對鉆機造孔施工也會有一定影響。因此在選擇鉆機及鉆塔上，一定要選擇具有提升能力強、鉆速高、大扭矩、速比寬等特點的鉆機，鉆塔要選擇具有足夠的承載力，以承擔鉆具提升負荷，又要有足夠的高度，以便縮短凍結(jié)管的下放時間，在承載力方面，應(yīng)不小于30 t，在高度上一般應(yīng)滿足下放單根凍結(jié)管20 m的需要。這樣能保證在施工鉆孔時不會輕易卡鉆。如一旦出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)無法鉆進情況，利用鉆孔進行注漿，直到將鉆孔區(qū)域內(nèi)地段注成穩(wěn)定地層后繼續(xù)鉆進。

②利用本種施工方法施工隧洞，在鉆孔施工過程中，要加強孔斜監(jiān)測工作，以保證鉆孔的垂直深度及孔間距符合要求。

測斜方法：采用陀螺儀測斜。測斜段距一般為20～30 m。當鉆孔糾偏后或處在易斜地層以及偏斜接近超限的臨界點時，應(yīng)縮短測斜段距，加密測斜。施工過程中要定期對使用的儀器進行檢查和校驗，以保證儀器的精度和測斜資料的可靠性。鉆孔終孔后要進行全孔系統(tǒng)測量。并根據(jù)測斜結(jié)果，繪制鉆孔偏斜平面圖用以指導(dǎo)下一孔的施工。

糾偏工作：對于深凍結(jié)孔施工來說，雖然防偏工作應(yīng)加強，但有效的糾偏手段和方法也是必要的。否則，要保證工程質(zhì)量和工程的順利施工是很困難的。在鉆孔測斜過程中，一旦發(fā)現(xiàn)孔斜有超限的趨勢就應(yīng)立即進行糾偏。我們常采用的糾偏方法有兩種：一是墊鉆塔糾偏；二是螺桿鉆具糾偏。一般在孔深不大于100 m時，采用第一種糾偏方法；孔深大于100 m后采用第二種糾偏方法。

2 普通鉆爆法掘進施工時注意事項

①在巖壁都被凍結(jié)之后，開始進行鉆爆法掘進施工。由于隧洞四周均有凍結(jié)管在進行維護凍結(jié)。所以在炮眼布置時首先要遵循多打眼、少裝藥原則，如圖1所示。

②鑿巖機械的選擇，由于此段隧洞巖性屬于疏松砂巖，普通風(fēng)動鑿巖機無法鉆孔，因鑿巖機工作原理為利用棘輪的旋轉(zhuǎn)沖擊巖石，通過沖擊活塞的上下運動排出的氣體進入釬桿中心孔內(nèi)，將沖擊巖石的粉末吹出孔外。由于鑿巖機釬頭在高速旋轉(zhuǎn)和沖擊時，會產(chǎn)生熱量將巖體融化為黃泥，巖石粉末排不出來，所以無法鉆孔。根據(jù)此實際地質(zhì)情況可選用風(fēng)動手持式鉆機進行鉆孔（俗稱：風(fēng)錨頭）。因為此鉆機適用于軟巖及煤層鉆進，它的工作原理主要是通過旋轉(zhuǎn)，同時它排除巖粉的方式是通過螺旋釬桿將其帶出孔外。所以可選擇大功率風(fēng)動手持鉆機進行鉆孔。

3 支護結(jié)構(gòu)的質(zhì)量保證

本段支護的結(jié)構(gòu)形式為兩次襯砌聯(lián)合受力。一次襯砌為400 mm厚C30現(xiàn)澆混凝土支護，二次襯砌為預(yù)制C45鋼筋混凝土拼裝管片，現(xiàn)主要針對一次襯砌進行闡述。

此段巖壁溫度為-20 ℃左右。所以在施工“一襯”結(jié)構(gòu)時一定要選擇經(jīng)過質(zhì)檢部門檢測合格后的建筑材料。由于巖壁溫度過低可在巖壁內(nèi)側(cè)鋪設(shè)一層50 mm厚度木板作為隔溫層，混凝土入模溫度需保證在20 ℃左右，并嚴格控制水灰比，控制好混凝土塌落度，如塌落度變化較大，應(yīng)及時找出原因并立即進行調(diào)整。在混凝土澆筑過程中應(yīng)按比例加入“防凍早強劑”。在混凝土養(yǎng)生期間，可采用洞內(nèi)均勻布置電暖器，來加快混凝土初凝。由于凍結(jié)壁會對混凝土產(chǎn)生一定影響。所以一定要認真執(zhí)行上述措施，來確保混凝土質(zhì)量。

4 結(jié) 語

此方法施工隧洞的特殊地層。具科學(xué)合理、安全可靠、可作為在今后的隧洞施工順利通過此類巖層的施工經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 楊平.原狀土和凍融土物理力學(xué)性能差異性研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，（2）.

[2] 楊平.凍結(jié)法用于深基坑坑壁維護的可行性研究[J].山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，1994，（4）.

[3] 陳禮儀，胥建華.巖土工程施工技術(shù)[M].成都：四川大學(xué)出版社，2008.