富水全風(fēng)化花崗巖隧道施工技術(shù)

南勇(中鐵十局集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南　250101)

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富水全風(fēng)化花崗巖隧道施工技術(shù)

南勇
(中鐵十局集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南250101)

摘要:(南)靖(龍)海高速湖山隧道進(jìn)口淺埋段為富水全風(fēng)化花崗巖，開挖變形大。本文對控制圍巖變形的方法進(jìn)行了研究。研究得出:富水全風(fēng)化花崗巖自身強(qiáng)度低，采用降排水措施可有效降低圍巖的含水率，提高全風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度;采用臺階法施工開挖寬度大，隧道極易塌方，改為CRD法施工縮小了開挖寬度，鋼拱架很快能封閉成環(huán)，可有效控制隧道拱頂下沉，減少圍巖變形。湖山隧道進(jìn)口富水淺埋段采用降排水和CRD法施工后每月平均開挖26 m，未發(fā)生塌方現(xiàn)象，隧道施工順利。

關(guān)鍵詞:富水全風(fēng)化花崗巖淺埋隧道降排水CRD法施工

1　工程概況

靖海高速湖山隧道位于福建省漳州市，全長2 090 m，為雙向四車道分離式大斷面隧道。湖山隧道進(jìn)口淺埋段較長，圍巖主要為全風(fēng)化花崗巖，結(jié)構(gòu)松散，且地下水位較高，圍巖含水率處于飽和狀態(tài)，掌子面大部分已呈流塑狀態(tài)，局部裂隙水呈股狀流出。其中隧道K22 + 505—K22 + 547段埋深43 m，洞身開挖揭示主要為全風(fēng)化花崗巖，圍巖含水量處于飽和狀態(tài)，遇水易軟化，圍巖的整體穩(wěn)定性差，變形較大。K22 + 505—K22 + 547段原設(shè)計為三臺階預(yù)留核心土法開挖，在開挖后圍巖遇水迅速軟化出現(xiàn)剝落、掉塊，拱腳處圍巖迅速液化，致使鋼架支立困難，拱架背后形成空腔。施工難度大，曾多次因突泥導(dǎo)致塌方。隧道斷面大，支護(hù)不能及時成環(huán)。隧道覆蓋層的自重大導(dǎo)致支護(hù)鋼架變形。

2　施工方案

針對湖山隧道前期存在的問題，要確保隧道安全開挖，關(guān)鍵要解決水的問題。應(yīng)使圍巖含水率降至可控范圍內(nèi)，圍巖含水率降低后采用較保守的CRD法，縮小開挖斷面寬度，使支護(hù)盡早封閉成環(huán)，以抵抗圍巖變形。

湖山隧道進(jìn)口采用CRD法施工。CRD法分3層共6部施工。先進(jìn)行隧道一側(cè)的上、中層開挖及支護(hù)，施作中隔壁;待噴射混凝土達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后(一般為設(shè)計強(qiáng)度等級的70%)，進(jìn)行另一側(cè)的上、中層開挖及支護(hù)，施作中隔壁;然后開挖左右側(cè)底部，完成初期支護(hù)和中隔壁，形成帶有豎向中隔壁和2層橫向中隔壁的網(wǎng)狀支護(hù)系統(tǒng)。最后，拆除中隔壁，施作仰拱、拱墻襯砌和填充混凝土。CRD法的每部開挖均形成環(huán)形封閉支護(hù)體系。

湖山隧道進(jìn)口淺埋全風(fēng)化段，圍巖富水成糊狀，為降低圍巖含水率，提高圍巖強(qiáng)度，采取降排水措施。具體方法:

①在洞頂采用管井降水，降水井每隔7 m布置一排，每排設(shè)置降水井4口。

②隧道進(jìn)口洞內(nèi)設(shè)置管井降水，降水井布置在洞內(nèi)兩側(cè)，降水井深15 m，間距10 m。

③相鄰洞采用鉆孔排水。從超前左洞的腰部打孔至右洞，鉆孔間距5 m，孔徑10 cm，鉆孔向上傾斜1°，采用潛孔鉆成孔。

④掌子面采用鉆孔排水，掌子面每部開挖前采用鉆孔排水，鉆孔向上傾斜1°，采用潛孔鉆成孔后打進(jìn)φ89鋼管。

3　施工降水

全風(fēng)化花崗巖的滲透系數(shù)較小，地表水受大氣降水和山間泉水補(bǔ)給，巖層處于軟塑狀態(tài)。富水巖層的降水主要采取地表降水結(jié)合洞內(nèi)降、排水的方法。洞內(nèi)管井抽水和鉆孔排水采用水管集中引排至洞內(nèi)水溝。地表降水和洞內(nèi)降水采用管井降水，降水井孔徑30 cm，采用無砂混凝土管，外包濾網(wǎng)，井壁外填充粒徑3～15 mm的砂礫石。地表降水井鉆至隧道仰拱填充層頂面標(biāo)高以下15 m處。洞內(nèi)降水井布置在洞內(nèi)兩側(cè)，采用沖擊鉆成孔，降水井深15 m。

地表和洞內(nèi)降水10 d后掌子面開挖，洞內(nèi)管井降水緊跟，掌子面鉆孔排水和相鄰洞鉆孔排水隨開挖進(jìn)度實施。試驗人員每天進(jìn)行含水率檢測;全風(fēng)化花崗巖含水率降至20%以下且現(xiàn)場用手抓圍巖易碎不出水時才能進(jìn)行掌子面開挖。

降水期間對圍巖含水率數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)地表和洞內(nèi)管井降水能明顯降低圍巖含水率，見圖1。但掌子面鉆孔排水因受鉆孔深度限制且易堵管，故只對孔周圍的圍巖有明顯效果，對整個掌子面降水效果不大。

圖1　圍巖含水率隨時間變化曲線

掌子面開挖、初期支護(hù)和二次襯砌施工時，地表和洞內(nèi)管井降水不停。二次襯砌施工完成后停止降水，回填降水井，降水井下部回填碎石，仰拱部分采用同強(qiáng)度等級混凝土回填。

4　其他措施

4.1地質(zhì)預(yù)報

施工中采用地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水、超前鉆孔和地質(zhì)素描的預(yù)報方法，探測前方圍巖的含水率、圍巖等級，分析前方巖層的產(chǎn)狀，為確定支護(hù)設(shè)計方案提供依據(jù)。

4.2監(jiān)控量測

針對富水圍巖承載力低、易沉降變形的特點，采取洞內(nèi)外觀察和地質(zhì)素描、拱頂下沉及周邊位移量測、地表沉降量測。CRD法洞身開挖時在每個開挖洞室布設(shè)獨(dú)立的測點，不同洞室的測點布設(shè)在同一斷面相同部位上，以利數(shù)據(jù)相互驗證。當(dāng)周邊位移速率＞5.0 mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù);當(dāng)周邊位移速率＜0.2 mm/d，拱頂下沉速率＜0.15 mm/d，圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定。

4.3縮短仰拱、二次襯砌的步距

為避免因圍巖變形過大引起掌子面后方初期支護(hù)塌方，在初期支護(hù)及時封閉成環(huán)的基礎(chǔ)上，縮短仰拱和二次襯砌的步距，仰拱至掌子面距離控制在15 m以內(nèi)，二次襯砌至掌子面距離控制在30 m以內(nèi)。

5　結(jié)論

本文通過對湖山隧道施工技術(shù)的研究，得出以下結(jié)論:

1)富水全風(fēng)化花崗巖自身強(qiáng)度低，采用降排水措施可有效降低圍巖的含水率，提高全風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度。

2)采用臺階法開挖時，開挖跨度大，隧道極易塌方。改為CRD法施工縮小了開挖跨度，鋼拱架能很快封閉成環(huán)，可有效控制隧道拱頂下沉，減少隧道變形，確保安全施工。

湖山隧道進(jìn)口富水淺埋段采用降排水和CRD法施工，每月平均開挖26 m，未發(fā)生塌方現(xiàn)象，確保了此段隧道的順利施工。因此，大斷面富水全風(fēng)化花崗巖淺埋隧道采用該法施工可滿足隧道安全施工要求。

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(責(zé)任審編葛全紅)

Construction Technology of Tunnel in Water-rich and Full-weathered Granite

NAN Yong

(China Railway No.10 Engineering Group Co.，Ltd.，Jinan Shandong 250101，China)

Abstract:T he shallow-buried section of Hushan tunnel on the Nanjing－Longhai expressway，embedded in waterrich and fully-weathered granites，is prone to encounter immense deformation amid excavation.In the search of countermeasures to curb the trend，the paper concludes that given the poor strength of the granite，drainage approach can be adopted to lower the water ratio of the surround rocks and to improve the overall strength of the rock mass.Considering that the bench-cut approach results in excessive excavation width and consequential collapse，the paper suggests CRD approach to narrow the excavation width.Since the steel arch ring can be formed timely，the approach helps avoid the occurrence of crown settlement and minimize any deformation.T he integration of drainage and CRD ensures smooth construction with a monthly excavation of 26 m and no collapse incidence.

Key words:Fully-weathered granite;Shallow-buried tunnel;Drainage approach;CRD(Center Cross Diaphragm)construction method

作者簡介:南勇(1975—)，男，高級工程師。

收稿日期:2015-12-10;修回日期:2015-12-25

文章編號:1003-1995(2016)03-0090-03

中圖分類號:U455.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.22