淺談天成山隧道富水斷層花崗巖段施工方法

汪衛(wèi)東

（漳州廈蓉高速擴建工程有限公司）

淺談天成山隧道富水斷層花崗巖段施工方法

汪衛(wèi)東

（漳州廈蓉高速擴建工程有限公司）

本文通過廈成高速公路天成山隧道花崗巖段富水斷層的施工方案的介紹，為此類地質(zhì)情況異常復雜隧道施工提供參考和借鑒。

隧道；富水斷層；施工要點

1　工程概況

廈成高速公路漳州段天成山隧道位于漳州角美與廈門交界附近，是一座雙向六車道特長隧道，隧道左線全長3372m，右線全長3390m，主洞開挖斷面面積216.7m2。

2　水文地質(zhì)概況

隧址區(qū)巖層屬南園組凝灰?guī)r（J3n）及燕山期侵入花崗巖（γ53），表層覆蓋有殘坡積成因的粘性土，局部有花崗斑巖脈（λπ）侵入。實際施工揭露圍巖地質(zhì)、水文狀況異常復雜，以Ⅳ～Ⅴ級圍巖為主，多次穿越斷裂構(gòu)造帶或節(jié)理密集帶，斷裂構(gòu)造帶或節(jié)理密集帶導水性較好，且賦存于其中的構(gòu)造裂隙水水量大。該隧道在施工中多次發(fā)生突泥涌水等地質(zhì)災害，因此，該隧道穿越富水斷層段施工方法及注漿止水工藝，對于類似隧道施工，具有較好的指導意義。

3　施工總體方案概述

本隧道穿越富水斷層施工總體遵循“管超前，小斷面，短進尺，弱爆破，強支護，緊封閉，勤量測，預注漿”二十四字的施工方針。

4　降水排水

由于該段地下水較豐富，存在地表水補給條件，確定治水原則為“釋能降壓，排堵結(jié)合”，采用泄水孔結(jié)合井點降水方法降低斷層內(nèi)含水量。

（1）在距已施工仰拱部位設(shè)置40m深井點降水，在隧道兩側(cè)各設(shè)置4個水平的泄水孔。為防止泥沙流出，泄水孔應(yīng)采用土工布進行包裹。同時設(shè)置4個角度向下30°的降水孔，采用水泵進行抽水。泄水孔和降水孔深度均進入斷層帶，其中部分泄水孔采用跟管或分段前進式注漿方式穿過斷層，以排出斷層接觸帶地下水。開挖過程中，對圍巖滲水在初支背后設(shè)置彈簧盲管引入臨時排水溝內(nèi)，排水溝應(yīng)距拱腳1m，嚴禁拱腳被水浸泡。

（2）為防止掌子面積水侵泡拱腳，采用人工對中臺階及未施做仰拱段的下臺階的臨時排水溝及側(cè)溝中淤泥采用人工清理。待斷層通過后，各泄水孔均安裝彈簧盲管，在防水板背后增設(shè)環(huán)向盲管，將水引入隧道兩側(cè)排水管。

5　超前預注漿

由于斷層圍巖為飽水狀態(tài)下砂土狀全風化花崗巖，單靠強支護及降水措施難以保證掘進施工安全，必須對斷層上部洞身及開挖輪廓線5m范圍內(nèi)全風化花崗巖圍巖采用預注漿固結(jié)，進行堵水和加固圍巖。

注漿孔先采用φ130mm鉆頭進行鉆孔，鉆孔深度3m，鉆孔并清孔后安裝φ127×5mm孔口管，單根長度3m?？卓诠馨惭b時外露掌子面20～30cm。為防止后續(xù)續(xù)孔過程中泥沙涌出，孔口管前端焊接法蘭盤或抱箍式接頭?？卓诠馨惭b前先將孔口管插入端采用麻絲纏緊，并用速凝水泥漿進行包裹，然后采用鉆機將孔口管頂入鉆孔內(nèi)，麻絲和速凝水泥漿應(yīng)填滿孔口管壁與孔洞間間隙。為防止孔口管由于安裝不到位在注漿時發(fā)生意外，孔口管安裝完畢后應(yīng)采用不小于φ16的鋼筋與其他孔口管焊接成整體。

局部注漿施工采用分段前進式注漿平行推進方法進行施工。分段長度控制在1～3m，分段前進式注漿是從工作面鉆孔至含水層，每鉆進1～3m，注一段漿，反復交替進行，直至通過含水層。

鉆孔完畢并清孔后，采用水灰比為1：1雙液漿進行注漿。雙液漿中水泥漿與水玻璃體積比為1：0.5～1（以試驗為準，漿液凝結(jié)時間為15～20min）。水玻璃濃度為35波美度，模數(shù)2.4。

漿液配合比根據(jù)試驗及現(xiàn)場情況進行調(diào)整，注漿效果差時可適當調(diào)整為超細水泥——水玻璃雙液漿。

注漿壓力為3.0～4MPa。當注漿壓力達到4MPa并穩(wěn)定10min或進漿速度為開始進漿速度的1/4時可停止注漿。

注漿孔由外向內(nèi)分層施作。待所有注漿孔施工完畢后，按鉆孔數(shù)量10%施做檢查孔以便檢查注漿效果是否合格。檢查孔孔深與各續(xù)孔孔深相同，注漿合格條件為檢查孔鉆孔過程中無涌泥、涌砂及不塌孔現(xiàn)象。注漿不合格時應(yīng)補充注漿。檢查孔施工完畢后應(yīng)進行注漿填充。

6　超前管棚施工

管棚鉆孔采用φ150鉆頭進行鉆孔。鉆桿縱向方向與隧道縱向軸線平行，鉆孔仰角3～5°，仰角定位采用坡度儀或地質(zhì)羅盤儀進行定位控制。環(huán)向間距30cm，管棚鉆孔深度30m，鉆孔范圍為拱部及邊墻。

鉆孔前，按測量定好鉆孔的范圍、平面位置，并對每個孔進行編號。鉆孔嚴格按照設(shè)計的鉆孔方向、角度、孔徑進行鉆進，按鉆機的操作規(guī)程操作，鉆孔內(nèi)出水量大或成孔困難時應(yīng)立即停止鉆進并進行注漿處理，注漿固結(jié)后再續(xù)孔，直至終孔。

為防止管棚注漿時孔口漏漿，在管棚施工前，應(yīng)先安裝孔口管，采用φ150mm鉆頭進行鉆孔，鉆孔深度3m，鉆孔并清孔后安裝φ150×5mm孔口管，單根長度3m。孔口管安裝時外露掌子面20～30cm，孔口管前端焊接法蘭盤?？卓诠馨惭b前先將孔口管插入端采用麻絲纏緊，并用速凝水泥漿進行包裹。然后采用鉆機將孔口管頂入鉆孔內(nèi)。麻絲和速凝水泥漿應(yīng)填滿孔口管壁與孔洞間間隙。為防止孔口管由于安裝不到位在注漿時發(fā)生意外，孔口管安裝完畢后應(yīng)采用不小于φ16的鋼筋與其他孔口管焊接成整體。

管棚注漿采用水灰比為1：1雙液漿進行注漿。水玻璃濃度35波美度，模數(shù)2.4。水泥漿液與水玻璃體積比為1：0.5～1（按試驗確定，凝結(jié)時間15～20min），初始注漿壓力為0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa。當排氣孔流出漿液后，關(guān)閉排氣孔，繼續(xù)注漿，達到注漿終壓2.0MPa并穩(wěn)定2min后即可停止注漿。如注漿量超限，還沒有達到壓力要求，應(yīng)該調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，持壓2min后可停止注漿。施工過程中，為了防止串漿現(xiàn)象出現(xiàn)，每鉆完一個孔，隨即安設(shè)該孔的鋼管并注漿，然后再進行下一孔的施工。

注漿過程中如采用雙液漿進行注漿不能滿足注漿要求時可采用超細水泥單液漿進行補充注漿。超細水泥漿攪拌時間不易超過20min，漿液攪拌好后須在30min內(nèi)注完以免漿液凝固堵塞注漿管路。如使用硫鋁酸鹽水泥漿進行注漿時不能和水玻璃進行混合使用。

7　雙側(cè)壁超前導洞開挖

為確保施工安全，同時檢驗注漿質(zhì)量及起到排水減壓作用，采用雙側(cè)壁導洞上臺階導洞先行。上臺階導洞通過斷層后再進行中、下臺階及中間土體的開挖。先行導洞斷面控制在3m寬，2m高，每循環(huán)進尺不大于0.5m。開挖前使用風鉆在掌子面鉆三個超前探孔，探孔深5m，呈三角形布置。開挖盡量采用風鎬、洋鎬、鐵鍬等工具無爆破開挖，當有孤石或局部圍巖較硬時，采用松動爆破開挖，開挖時可采用自下而上環(huán)形開挖，觀察圍巖穩(wěn)定情況，當不穩(wěn)定時立即噴混凝土封閉，當圍巖暫時穩(wěn)定時可待全環(huán)開挖完成后再進行初噴封閉，初噴厚度不小于5cm。初噴后按設(shè)計進行拱架、網(wǎng)、噴支護。

由于凈空斷面小，設(shè)計系統(tǒng)錨桿暫時無法施工，在拱架安裝及噴混凝土完畢后先用風鉆鉆孔安裝0.5～1m長的鋼花管，間距按100mm×50cm梅花形布置，對噴混凝土背后進行填充和淺層注漿加固，待下臺階施工后再進行系統(tǒng)錨桿施工。

8　監(jiān)控量測

開挖過程中須加強洞內(nèi)監(jiān)控量測。監(jiān)控量測樁按5m一個斷面進行布樁。雙側(cè)壁導洞上臺階應(yīng)在導洞拱頂及兩側(cè)邊墻分別布設(shè)量測點，下臺階施工后在同一斷面再在兩側(cè)增設(shè)量測點。量測點須在同一斷面里程范圍內(nèi)。洞內(nèi)監(jiān)控量測頻率每天3次。根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果指導施工。

表1　按位移控制的變形管理等級

表2　按位移變化速率控制的管理等級

9　結(jié)束語

（1）工程實踐表明，強風化構(gòu)造帶富水是隧道突泥涌水產(chǎn)生的直接誘因。要重視對水的處理，堅持釋能降壓、排水為主的原則，通過設(shè)置泄水孔、井點降水等措施降低水頭壓力；對斷層內(nèi)地質(zhì)進行改良，使其有一定的自穩(wěn)能力；開挖支護方法要得當，監(jiān)控、應(yīng)急等措施落實到位。

（2）水泥-水玻璃雙液注漿，工期短，費用低，工藝簡單，容易掌握，注漿壓力小，施工安全，作為富水斷層花崗巖段堵水效果好，宜優(yōu)先選用，但應(yīng)注意漿液配合比應(yīng)根據(jù)試驗及現(xiàn)場情況進行調(diào)整。

[1]《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTGD70-2004）[S].

[2]《公路隧道施工技術(shù)細則》（JTG/TF60-2009）[S].

U455.49

A

1673-0038（2015）32-0307-02

2015-7-26

汪衛(wèi)東（1973-），男，工程師，本科，從事高速公路施工管理工作。