吐庫(kù)二線中天山隧道富水段開(kāi)挖實(shí)施效果分析★

楊 凱

(烏魯木齊鐵路局南疆吐庫(kù)二線鐵路建設(shè)指揮部，新疆庫(kù)爾勒 841001)

1 概述

中天山特長(zhǎng)隧道位于托克遜、和碩間中天山東段的嶺脊地區(qū)，穿越中天山北支博爾托烏山中山山地，平均海拔1 100 m～2 950 m，最高海拔為2 951.6 m。山嶺南北兩側(cè)地形切割劇烈，山高坡陡，基巖裸露，溝壑縱橫，地形復(fù)雜，植被稀疏，相對(duì)高差800 m～1 200 m。隧道起訖里程為DK141+593～DK164+042(左線)、DyK141+573～DK164+040(右線)，左線全長(zhǎng)22 449 m，右線全長(zhǎng)22 467 m，全隧道為單面上坡，除出口308 m位于曲線上外，其余均位于直線上。左右線線間距36 m。中天山隧道進(jìn)口采用兩臺(tái)開(kāi)敞式TBM施工，出口采用鉆爆法施工。TBM施工段采用圓形斷面，直徑為8.8 m。

中天山隧道出口右線隧道施工至DyK154+901處，在超前探孔突遇高壓涌水，水柱噴射長(zhǎng)度達(dá)30 m，呈霧化狀，實(shí)測(cè)水壓高達(dá)6.3 MPa，單孔出水量約5 000 m3/d，由于涌水量大于反坡抽排水能力，導(dǎo)致隧道被淹，施工停止。水壓之高不僅給機(jī)器設(shè)備及人員心理造成極大的傷害，而且還嚴(yán)重影響隧道的正常掘進(jìn)，進(jìn)而導(dǎo)致工程施工成本增加、工期壓力劇增。

2 富水段施工方案確定

中天山隧道高壓富水段施工采用“注漿減排、排水降壓”的處理原則。通過(guò)超前注漿堵水減少了掌子面的涌水量，達(dá)到了開(kāi)挖施工條件，開(kāi)挖前施作泄壓孔以減小掌子面的水壓力。在開(kāi)挖、初期支護(hù)、防排水、襯砌等各工序施工，均在泄水降壓的狀態(tài)下進(jìn)行，防止高壓裂隙水擊穿注漿填充體，出現(xiàn)施工安全隱患(如圖1所示)。

圖1 泄水降壓情況下進(jìn)行各工序施工

3 富水段泄壓孔施工

2012年8月8日注漿完成后，對(duì)原左側(cè)泄水孔X2，X3進(jìn)行重新掃孔至設(shè)計(jì)深度，其中X2泄水量為95 m3/h，X3孔泄水量為25 m3/h，開(kāi)挖揭示掌子面涌水量為13 m3/h，泄壓孔達(dá)到泄水降壓目的。

4 富水段開(kāi)挖施工過(guò)程

2012年8月8日～8月21日，出口工區(qū)先后進(jìn)行注漿設(shè)備撤離、注漿平臺(tái)清除、止?jié){墻爆破等圍巖開(kāi)挖前準(zhǔn)備工作。

8月21日對(duì)掌子面圍巖進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖方式采用上、下臺(tái)階法施工。上臺(tái)階高度為4 m，施工中嚴(yán)格按“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，加強(qiáng)光面爆破成型控制，確保注漿巖盤(pán)抗水壓能力，保證施工安全。下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)為保證上臺(tái)階支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，左、右分部開(kāi)挖且分部支護(hù)，不得出現(xiàn)上臺(tái)階兩側(cè)拱腳同時(shí)懸空，帶來(lái)安全隱患。施工過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況及時(shí)對(duì)循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行調(diào)整，每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.0 m以內(nèi)。截至9月10日，已完成高壓富水段第一循環(huán)的圍巖上臺(tái)階開(kāi)挖，上臺(tái)階里程為DyK154+888。

4.1 開(kāi)挖效果

1)從開(kāi)挖后掌子面漿液擴(kuò)散情況看，圍巖揭露后顯示，圍巖內(nèi)的所有滲水通道都被漿液有效填充，掌子面涌水量比注漿前明顯減小，能夠保證順利開(kāi)挖。但掌子面存在局部裂隙水滲漏現(xiàn)象(見(jiàn)圖2)。

圖2 開(kāi)挖后涌水情況

分析其原因:

a.由于普通水泥的結(jié)石率不高，漿液凝結(jié)后，孔內(nèi)殘留的未結(jié)晶水體，產(chǎn)生新的滲水通道;b.漿液擴(kuò)散半徑取2.0 m，可能偏大，造成終孔間距太大，需要縮小;c.由于注漿的局限性，注漿盲區(qū)難以避免，加固體內(nèi)可能會(huì)有小的裂隙沒(méi)有被漿液填充，開(kāi)挖后出現(xiàn)淋水，此時(shí)需立即采取噴漿、徑向注漿等措施處理。

2)開(kāi)挖揭示的地質(zhì)情況與檢查孔預(yù)測(cè)的地質(zhì)情況基本吻合，說(shuō)明開(kāi)挖前的地質(zhì)預(yù)測(cè)工作有效地指導(dǎo)了開(kāi)挖施工。

3)在隧道開(kāi)挖至里程DyK154+898時(shí)，掌子面上半斷面左側(cè)遇到軟弱破碎帶，圍巖破碎、穩(wěn)定性較差，從里程DyK154+896破碎帶開(kāi)始向掌子面右側(cè)延伸，寬度約為3 m(見(jiàn)圖3)。

4.2 初期支護(hù)參數(shù)及設(shè)置方法

每循環(huán)開(kāi)挖前拱部施作φ42超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)，間距40 cm。初期支護(hù)嚴(yán)格按照Ⅵ級(jí)圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，各支護(hù)參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。初期支護(hù)采用C25噴混凝土，厚30 cm，在噴混凝土?xí)r安設(shè)盲管，將滲漏水集中引排，全斷面鋪設(shè) φ8鋼筋，拱部120°范圍設(shè)φ25中空錨桿，邊墻設(shè)φ22砂漿錨桿，隧道全環(huán)安設(shè)Ⅰ22b型鋼架加強(qiáng)支護(hù)，鋼架間距為0.5 m(見(jiàn)圖4)。

圖3 開(kāi)挖后掌子面圍巖情況

圖4 掌子面架設(shè)Ⅰ 22b鋼拱架

4.3 施工安全性及進(jìn)度預(yù)測(cè)

在注漿效果達(dá)到開(kāi)挖施工條件，泄水降壓的狀態(tài)下進(jìn)行高壓富水段施工是安全可靠，沒(méi)出現(xiàn)坍塌及突涌水事故。

開(kāi)挖支護(hù)按Ⅵ級(jí)圍巖采用上、下臺(tái)階施工，為減少對(duì)加固圍巖體的擾動(dòng)，采用短進(jìn)尺，弱爆破，循環(huán)進(jìn)尺1 m，架立鋼拱架2榀。根據(jù)循環(huán)時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析，上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)尺1 m需12.3 h，一循環(huán)上臺(tái)階開(kāi)挖按17 m計(jì)，需用時(shí)9 d，止?jié){墻開(kāi)挖用時(shí)2 d，考慮施工干擾高壓富水段每循環(huán)開(kāi)挖支護(hù)需用時(shí)13 d，下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)在上臺(tái)階施工中同時(shí)進(jìn)行(見(jiàn)表1)。

表1 隧道上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)循環(huán)作業(yè)時(shí)間分析

5 結(jié)果分析

1)開(kāi)挖后揭露圍巖存在3 m厚軟弱夾層，掌子面存在淋水現(xiàn)象，與前期超前探孔情況基本一致，說(shuō)明超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作能有效的指導(dǎo)施工生產(chǎn)，確保施工安全。

2)由于注漿堵水的局限性，注漿盲區(qū)難以避免，因此在開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)做到:超前探測(cè)，小導(dǎo)管超前支護(hù)，短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)。開(kāi)挖時(shí)應(yīng)注意觀察開(kāi)挖出水情況，若出水量較大，必要時(shí)應(yīng)封閉掌子面，進(jìn)行小導(dǎo)管補(bǔ)充注漿，開(kāi)挖后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù);應(yīng)做好應(yīng)急和搶險(xiǎn)準(zhǔn)備，保證排水和通訊系統(tǒng)暢通，防止突涌水，確保開(kāi)挖安全。

3)超前小導(dǎo)管、鋼拱架、錨桿、鋼筋網(wǎng)等嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件和規(guī)范要求施作，保證了施工安全。但錨桿的角度與巖面垂直較難做到，過(guò)程中通過(guò)調(diào)整鉆釬的長(zhǎng)度，支架的位置最大程度的滿足錨桿垂直度。錨桿原材料規(guī)格、長(zhǎng)度、直徑符合設(shè)計(jì)要求，錨桿孔位、孔深及布置形式均符合設(shè)計(jì)要求，錨桿角度大部分符合規(guī)范要求。

4)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)計(jì)劃，本段每5 m設(shè)一個(gè)量測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)拱頂下沉、周邊收斂量測(cè)點(diǎn)。并進(jìn)行地質(zhì)素描觀測(cè)，從量測(cè)的結(jié)果反饋顯示，本段支護(hù)按Ⅵ級(jí)圍巖進(jìn)行施工，拱頂下沉和周邊收斂速率均小于5 mm/d。將量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與回歸分析后，繪出位移—時(shí)間曲線，配合地質(zhì)、施工各方面的信息，再與由經(jīng)驗(yàn)和理論所建立的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，對(duì)于設(shè)計(jì)所確定的結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)、施工方法和工藝及各工序施作時(shí)間等進(jìn)行檢驗(yàn)，若與原設(shè)計(jì)指標(biāo)基本相符，則可繼續(xù)施工，若差別過(guò)大，應(yīng)立即加強(qiáng)支護(hù)，改變施工方法，調(diào)整作業(yè)時(shí)間，以求安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，所以監(jiān)控量測(cè)能較好的指導(dǎo)施工。

5)在帶水作業(yè)條件下，噴射混凝土厚度能滿足設(shè)計(jì)要求，但噴混凝土回彈十分嚴(yán)重，工序作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，已施工段噴混凝土設(shè)計(jì)量為48.75 m3，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際噴射混凝土用量為199.8 m3。噴混凝土過(guò)程已安設(shè)盲管將滲漏水及時(shí)集中引排，待初支完成后必須及時(shí)進(jìn)行初支后回填注漿或徑向注漿。

6)在帶水作業(yè)條件下開(kāi)挖及初支的工序循環(huán)時(shí)間增長(zhǎng)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在帶水作業(yè)條件下平均開(kāi)挖每循環(huán)時(shí)間為6 h，架設(shè)鋼架、錨桿及小導(dǎo)管施工時(shí)間為8 h，噴混凝土?xí)r間為12 h，施工中需加強(qiáng)工序銜接，提高工作效率。

7)開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，加強(qiáng)光面爆破成型控制，確保注漿巖盤(pán)抗水壓能力，保證施工安全。

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