試析高壓富水地層超深埋特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)

呂小華

【摘 要】在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的21世紀(jì)，對(duì)道路的需要越來(lái)越高，但是由于我國(guó)道路修建起步比較晚和很多發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在很大差距，尤其是在高壓富水地層超深埋特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)中出現(xiàn)了許多弊端。由于隧道在穿過(guò)高壓富水地層的過(guò)程中，突發(fā)涌水、突水的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，進(jìn)而使隧道出現(xiàn)塌方以及支護(hù)出現(xiàn)變形的情況。對(duì)隧道的施工造成了一定的影響，嚴(yán)重的還會(huì)危及到施工人員的自身安全、破壞施工施工設(shè)備。因此，為了保障高壓富水地層超深埋特長(zhǎng)隧道施工可以正常開(kāi)展，就要解決這些對(duì)人員和設(shè)備造成危害的因素。希望通過(guò)本文的分析對(duì)高壓富水地層超深埋特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)有一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】高壓富水地層；超深埋；特長(zhǎng)隧道；施工技術(shù)

引言：

在隧道施工過(guò)程中，高壓富水地層對(duì)正常施工有很大的影響，尤其是對(duì)隧道支護(hù)的影響，高壓富水地層受到巖層裂隙的影響，造成涌水、突水、滲水的現(xiàn)象，給隧道施工帶來(lái)很大的難度，減緩了施工進(jìn)度同時(shí)，還在無(wú)形中使隧道施工加大了成本。這種情況下建造出來(lái)的隧道非常容易出現(xiàn)塌方，甚至?xí)斐扇藛T傷亡。為了解決這種滲水的情況，施工人員會(huì)利用小導(dǎo)管超前注漿來(lái)隔斷滲水的路徑。但是隧道施工中巖層的分化程度不同，同時(shí)還摻雜著很多其他種類(lèi)的巖層，

在進(jìn)行判斷涌水、突水的詳細(xì)位置的時(shí)候就加大了難度，運(yùn)用注漿堵水的效果也就不是很明顯。因此，在進(jìn)行隧道施工的時(shí)候，一旦約到非常復(fù)雜的地質(zhì)情況，就要在施工之前做好地質(zhì)調(diào)查，找出科學(xué)合理的方法來(lái)進(jìn)行處理，以便于更好的進(jìn)行施工。

1.工程概況

某隧道全長(zhǎng)20km，由單車(chē)洞構(gòu)成，而每?jī)蓚€(gè)單車(chē)洞之間的距離都在40米左右，隧道的縱斷面也采取人字坡形，縱坡的范圍在0.5%到30%之間。這條隧道的凈空斷面的面積在35-60平方米之間，同時(shí)還在距離600-800米的位置建造一個(gè)橫通道。隧道在進(jìn)行施工的時(shí)候，是由東西方向向中間開(kāi)展施工的。其中東端8500m由中鐵九局承建，西端11500m由中鐵十四局承建。隧道的縱斷面示意圖見(jiàn)圖1：

圖1 某隧道縱斷面示意圖

從圖1中可以看出，此隧道的地質(zhì)情況比較復(fù)雜，隧道的埋深超過(guò)1500m，占據(jù)整個(gè)隧道全長(zhǎng)的75%。最大的埋深為2400m。此隧道的洞深受到西北、東南方向的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈影響。此隧道中部的巖石主要是大理巖，在東西兩端的巖石大多是砂板巖、綠泥石片巖。此隧道施工過(guò)程中主要的難題是怎樣解決高壓富水、施工通風(fēng)、巖爆防治等問(wèn)題。

2.施工方案的設(shè)計(jì)

由于此隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜而且還有豐富的高壓富水。大大增加了施工難度，在施工過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生突水和用水的現(xiàn)象，使得支護(hù)嚴(yán)重變形，出現(xiàn)大面塌方的問(wèn)題。所以在設(shè)計(jì)施工方案中要重視水害的治理，在水害治理的過(guò)程中采用防水、堵水、排水結(jié)合的方式。此隧道處于巖石風(fēng)化程度不同摻雜其他巖石的巖層中，使得隧道在施工過(guò)程中很難掌握涌水、突水的準(zhǔn)確位置，增加了水害治理的難度。

2.1地質(zhì)預(yù)報(bào)

2.1.1施工前預(yù)報(bào)

由于此隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜而且還有豐富的高壓富水，因此在進(jìn)行施工之前要對(duì)建設(shè)隧道的山體的地質(zhì)做一個(gè)詳細(xì)的調(diào)查與分析，通常采用的調(diào)查方法有：高密度電阻成像法以及可控音頻大地電磁探測(cè)法等兩種。在測(cè)量以后，要整理出數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)地質(zhì)情況作出分析。為下一步施工方案的制定做準(zhǔn)備。

2.1.2施工中預(yù)報(bào)

在隧道施工過(guò)程中通過(guò)TSP-203地質(zhì)預(yù)報(bào)和水平地質(zhì)鉆取芯預(yù)報(bào)的方式，對(duì)隧道施工前方地質(zhì)情況和高壓富水區(qū)域進(jìn)準(zhǔn)確的分析和測(cè)量。TSP-203地質(zhì)預(yù)報(bào)主要是為了掌握隧道前方土質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文情況，對(duì)巖石的強(qiáng)度、裂隙發(fā)育情況以及巖含水性進(jìn)行充分的分析。水平地質(zhì)鉆取芯的應(yīng)用為了掌握巖石層中的具體情況和資料以便繪制地質(zhì)結(jié)構(gòu)柱狀圖。為接下來(lái)的施工提供技術(shù)指標(biāo)【1】。

2.2地下水治理方案

此隧道工程中高壓富水量比較大，涌水、突水的地段比較多。怎樣有效的防止地下水，加快治理速度的同時(shí)還能使施工安全與進(jìn)度得到保障，是非常重要的問(wèn)題。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，此隧道工程的地下水治理采用以堵為主，適當(dāng)排放的原則，通過(guò)相關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)分析選擇超前預(yù)注漿、擇機(jī)封堵等相關(guān)技術(shù)，是治理地下水的有效措施。

2.2.1超前預(yù)注漿

目前在隧道施工中選擇的超前于注漿是在原有的灌漿技術(shù)上，把壓力控制加大的同時(shí)孔口管也要加大。當(dāng)富水的壓力在2MPa以下，那些超前預(yù)注漿的壓力就控制在4～6MPa。也就是要保證灌漿壓力是富水壓力的2～3倍。如果富水壓力在2～5MPa之間，灌漿壓力就需要按照實(shí)際狀況來(lái)確定，一般情況下選擇的灌漿壓力不要超過(guò)7MPa。如果遇到的富水壓力超過(guò)5MPa，選擇的灌漿壓力高于富水壓力的2～3MPa即可。

2.2.2擇機(jī)封堵技術(shù)

在進(jìn)行擇機(jī)封堵施工的時(shí)候，首先要保證施工的安全，然后在地下水露出表面，設(shè)備進(jìn)入超前出水點(diǎn)的一定范圍后，再對(duì)地下水進(jìn)行治理。能有效提高治理地下水的效率。

2.3巖爆防治技術(shù)

此隧道工程中平均深埋超過(guò)1500m的隧道占據(jù)隧道總長(zhǎng)的75%左右，實(shí)測(cè)埋深1 350 m處最大主應(yīng)力44. 2MPa，最大埋深2 375m處最大主應(yīng)力70. 1MP，圍巖強(qiáng)度和水平應(yīng)力，達(dá)到巖爆的條件。通過(guò)技術(shù)分析，弱巖爆占據(jù)總巖爆洞段的20%、中等巖爆占據(jù)總巖爆洞段的60%、強(qiáng)巖爆占據(jù)總巖爆洞段的15%、極強(qiáng)巖爆占據(jù)總巖爆洞段的5%。因?yàn)樵谒淼乐?，?qiáng)巖爆以及極強(qiáng)巖爆所占的比例非常大。 所以在巖爆防治技術(shù)中采用一些幾種方式：

2.3.1建立超前應(yīng)力解除、掛網(wǎng)、噴超細(xì)沸石粉添加劑、混凝土支護(hù)定一下巖爆防護(hù)體系，能有效控制巖爆對(duì)隧道造成的傷害。如果巖爆強(qiáng)度比較高，在建立臨時(shí)支護(hù)以后立刻完善住戶(hù)系統(tǒng)。

2.3.2在隧道中，發(fā)生巖爆以及遭受災(zāi)害最嚴(yán)重的位置就是掌子面的正前方，在選擇錨桿和噴護(hù)的加固方法以外，還會(huì)采取了9孔和14孔超前應(yīng)力解除爆破法，取得的效果也很好【2】。

2.4 富水洞段混凝土噴射技術(shù)

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此隧道中高壓富水洞段占據(jù)整體隧道的40%左右，隧道的支護(hù)方式主要是錨噴支護(hù)技術(shù)，因?yàn)闀r(shí)間的限制，高壓富水的全部位置不能都采取防護(hù)措施，所以在噴射過(guò)程中采用線狀或者滴狀噴射混凝土的方式，對(duì)富水洞段混凝土進(jìn)行噴射，既能保證隧道施工的進(jìn)度，還能提高隧道的質(zhì)量。

2.5特長(zhǎng)隧道快速施工技術(shù)

此隧道施工的工期是50個(gè)月，這就要求每個(gè)月的施工進(jìn)度將近200多米。在施工過(guò)程中既要治理地下水，又要進(jìn)行巖爆防治、還要進(jìn)行通風(fēng)處理。同時(shí)還要調(diào)配相關(guān)的機(jī)械設(shè)備，這些問(wèn)題每一個(gè)都會(huì)影響施工的工期。所以在此隧道的施工過(guò)程中，會(huì)采用下面幾點(diǎn)措施來(lái)解決后部工序間存在的矛盾【3】。

2.5.1面對(duì)難度較大的巖石的爆破，可以利用小斷面中孔大直徑直眼分段掏槽爆破技術(shù)來(lái)解決，炮孔的利用率可以高達(dá)93%，甚至更高。

2.5.2在高壓富水區(qū)域，通過(guò)減壓分流，分次爆破的方式進(jìn)行施工。在保證施工安全的前提下，保證施工進(jìn)度

2.5.3使用進(jìn)口設(shè)備與國(guó)產(chǎn)設(shè)備相結(jié)的設(shè)備配套模式，解決了隧道的快速施工。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行高壓富水地層超深埋特長(zhǎng)隧道施工的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)施工中碰到的問(wèn)題進(jìn)行分析與解決，提高了施工技術(shù)水平，還保證了隧道的質(zhì)量希望通過(guò)本文的分析，對(duì)高壓富水地層超深埋特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]李錚，汪波，何川，王均勇，程天健. 城市淺埋隧道穿越飽和砂土復(fù)合地層時(shí)適宜的施工工法[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué)，2015，01：75-82.

[2]馬建，孫守增，趙文義，王磊，馬勇，劉輝，張偉偉，陳紅燕，陳磊，魏雅雯，葉飛. 中國(guó)隧道工程學(xué)術(shù)研究綜述·2015[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2015，05：1-65.

[3]常志軍. 廣昆鐵路秀寧隧道不良地質(zhì)段綜合施工技術(shù)[J]. 鐵道建筑技術(shù)，2014，10：44-47+121.