隧道下穿獅子巖水庫施工技術探討

管勝

摘要：大別山隧道出口段穿越獅子巖水庫圍巖破碎、裂隙水發(fā)育，施工中通過超前地質(zhì)預報對地質(zhì)情況進行預判，采用超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿止水加固、正臺階法開挖、開挖后全斷面徑向注漿止水加固的施工方案，取得了良好的工程效果。文章結(jié)合工程實踐介紹了這種方案的成功運用。

關鍵詞：超前地質(zhì)預報；超前小導管；全斷面徑向注漿；水泥-水玻璃雙液注漿

隧道穿越圍巖破碎、裂隙水發(fā)育的不良地質(zhì)帶，選擇正確的的施工方法至關重要。在大別山隧道出口段施工中，通過超前地質(zhì)預報對圍巖進行預判，采用超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿止水加固、正臺階法開挖、全斷面徑向注漿，結(jié)合架設I14工字鋼架、掛網(wǎng)、噴錨等措施，順利通過不良地質(zhì)帶，取得良好效果。

一、工程概況

大別山隧道為上下行分離的雙洞隧道，隧道呈東西向展布，進口位于麻城市木子店鎮(zhèn)槐樹店村細臺子溝，出口位于麻城市龜峰山鄉(xiāng)邊店村葉家河。左洞起止里程為：ZK18+275～ZK23+183，長4908m，右洞起止里程YK18+240～YK23+141，長4901m。屬特長隧道。隧道最大埋深482m。

隧道區(qū)在大地構(gòu)造上屬秦嶺-大別山造山帶核部，地質(zhì)構(gòu)造十分復雜，經(jīng)歷了多旋廻、多階段的發(fā)展演化。區(qū)域構(gòu)造上屬羅田褶皺束羅田穹隆的一部分，受白堊紀花崗巖的侵入影響，褶皺構(gòu)造被破壞，僅在太古代大別群（ArD）中殘留有露頭尺度的層內(nèi)褶皺，無根褶皺等。

在白堊紀花崗巖巖體中破碎帶發(fā)育，在樁號YK22+573～YK22+667處通過地質(zhì)勘探資料得知該段圍巖為強～弱風化花崗巖，埋深約55米。隧道所處圍巖為Ⅳ級圍巖地段，地形上為一深切“V”形沖溝，沿沖溝底部集中發(fā)育兩組裂隙，其一產(chǎn)狀15°-30°<85°間距1-3m，跡長大于10m；其二產(chǎn)狀340°<60°，間距0.3-0.5m，跡長大于5m。由于這兩組裂隙發(fā)育程度高，圍巖較為破碎，鉆孔壓水試驗表明該段巖體具有弱透水性。另外，路線右側(cè)有一中型水庫（獅子巖水庫），隧道施工可能引發(fā)水庫滲漏等環(huán)境地質(zhì)問題。

二、施工方案

經(jīng)過廣泛收集資料，聘請專家論證，結(jié)合工程實際情況，本著“管超前、預注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的原則，采用TSP203超前地質(zhì)預報對圍巖進行預判，施工中采用超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿止水加固、正臺階法開挖、開挖后全斷面徑向注漿、局部注漿及補注漿，I14鋼架配合錨噴支護的處理方案。施工方案包括圍巖超前地質(zhì)預報預判、形成防滲加固圈、上下臺階法開挖、全斷面徑向注漿、初期支護等。

1.超前地質(zhì)預報

雖然設計中通過鉆孔對圍巖情況進行了預判，可是實際施工圍巖較設計情況中往往出入較大。因此，在施工掌子面距離斷層破碎帶15米左右采用TSP-203系統(tǒng)進行長距離地質(zhì)預報（20米-200米），超前鉆孔進行中短距離地質(zhì)預報（20米以下），并認真作好地質(zhì)素描，形成地質(zhì)信息資料。然后將地質(zhì)信息上報給建設單位、根據(jù)監(jiān)測單位的預判結(jié)果，斷層破碎帶的圍巖等級判定為Ⅳ級圍巖，節(jié)理發(fā)育、巖體破碎、裂隙水較發(fā)育。

2.形成防滲加固圈

形成加固圈就是通過超前小導管配合水泥-水玻璃雙液注漿在拱部120°范圍的開挖輪廓線四周形成一定強度和厚度的水泥漿加固拱，以提高圍巖自承能力和穩(wěn)定性。超前小導管φ42、長4.5m，沿隧道拱部120°范圍的開挖輪廓線布置，環(huán)向間距40cm，向外傾斜10～15°?？紤]鋼架間距和搭接長度，按照3.2m每環(huán)布置，預留搭接長度1.3m。注漿使用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵，注水泥-水玻璃雙液漿。

3.上下臺階法開挖

開挖本著“短進尺、強支護”的原則，采用正臺階法開挖的處理方案。上臺階開挖高度5.7m，開挖進尺結(jié)合鋼架間距控制在2～2.5m；下臺階開挖高度2.5m，左右交錯開挖，進尺結(jié)合鋼架間距控制在2～2.5m。兩個臺階縱向距離基本保持在15～20m，以利于及早落底。開挖后，盡量減少圍巖暴露時間，迅速完成初期支護。

4.開挖后防滲處理（全斷面徑向注漿施工）

全斷面徑向注漿又稱為后注漿，主要是對開挖后仍然出現(xiàn)較大出現(xiàn)較大的滲漏水進行再注漿，固結(jié)范圍為正洞開挖輪廓線外5m，啟到防滲補漏作用。

開挖后發(fā)育的裂隙有集中水流出，首先埋管將水流引出，然后用快凝砼將原有出水口封堵。在距離出水口一定距離處，對出水裂隙鉆注漿孔，安裝注漿管，采用水泥漿進行注漿。

注漿小導管采用φ42熱軋無縫鋼管加工制作而成、壁厚3.5mm，長5m，小導管前部鉆注漿孔，孔徑10mm，孔間距15cm，梅花型布置，小導管前端加工成錐形，尾部預留1.0m的止?jié){段不鉆孔，全斷面環(huán)向開挖輪廓線布置，環(huán)向間距100cm，縱向間距100cm。1#～29#鋼花管徑向布置，30#～38#垂直布置。仰拱范圍內(nèi)鋼花管預留30cm埋設于仰拱二次襯砌內(nèi)，以發(fā)揮鋼花管的樁基作用。注漿使用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵，注M30水泥凈漿。

5.進行初期支護施工

初期支護參數(shù)如下：①初噴封閉掌子面（4cm的C25噴射砼），施作鋼拱架（I14工字鋼鋼拱架，縱向間距100cm，φ22 縱向連接鋼筋，環(huán)向間距1m），施工鎖腳錨桿（φ22砂漿錨桿、長3.5m向下傾斜45°，端部與鋼拱架兩側(cè)拱腳焊接）；②施工徑向系統(tǒng)錨桿（φ25 帶排氣中空注漿錨桿，長4m，環(huán)向間距1.0m，縱向間距0.8m），噴射砼厚度至設計厚度（C25聚酯纖維砼，厚度28cm）。

三、施工要點

止水和加固是本方案的施工重點，而超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿和全斷面徑向注漿是進行止水加固的重點。

1.超前小導管施工

由于巖體為全～強風化片麻花崗巖，節(jié)理發(fā)育、基巖破碎、夾層多，成孔困難，容易卡鉆、坍孔，鉆孔操作比較困難。如何確保小導管的位置和角度滿足設計要求，是方案成敗的關鍵所在。

小導管施工采用鉆孔打入法。按照封閉巖面→鉆孔→清孔→鋼花管制、安→注漿的施工順序施工。

施工主要工序介紹如下：

（1）封閉巖面：為確保注漿效果，對開挖巖面采用厚度3～5cm的C25噴射砼封閉，作為止?jié){墻。在鋼花管安裝完畢后，用錨固劑對鋼管周圍進行封堵，確保在注漿過程中不漏漿。

（2）鉆孔：鉆孔前先檢查氣腿式風槍狀況是否正常。鉆孔速度應保持勻速，特別是鉆頭遇到孤石、夾層時，應控制鉆進速度，避免發(fā)生夾鉆現(xiàn)象。鉆進過程中經(jīng)常用測斜儀測定其位置，并根據(jù)鉆機鉆進的現(xiàn)象及時判斷成孔質(zhì)量，并及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的事故。

（3）清孔、驗孔：用高壓空氣從孔底向孔口清理鉆渣，用經(jīng)緯儀、測斜儀等檢測孔深，傾角，外插角。

（4）鋼花管制安：在鋼管上按照15cm的間距梅花布置鉆注漿孔，并在尾部留置不小于1m的止?jié){段。鋼花管安裝采用直接插入法，必要時通過在尾部加墊板用風槍送入。小導管構(gòu)造見下圖；

2.水泥-水玻璃雙液注漿施工

該段圍巖巖體破碎、裂隙發(fā)育、孔隙大、滲透性較好，為超前預注漿施工增加了難度。預防漿液流失和有效控制注漿量是注漿工作首要控制點，是能否形成穩(wěn)固、安全可靠的加固圈的關鍵。注漿操作主要包括以下幾個工序：

（1）注漿參數(shù)：水泥漿液水灰比為0.8～1.0左右，水玻璃濃度30～35波美度，水泥漿與水玻璃體積比1：0.3～1：0.8，注漿壓力0.5～2.0MPa。

（2）注漿順序：采取由低孔位向高孔位進行，即由拱腳至拱頂順序進行。

（3）注漿準備工作：注漿前先檢查注漿管路，確保管路暢通、不阻塞、不跑漿，機械性能良好。確認各項準備工作完成后，做現(xiàn)場注漿試驗，確定合理的注漿參數(shù)，據(jù)以施工。

（4）注漿施工：注漿采用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵將漿液注入小導管內(nèi)，注漿采用兩次間歇進行。首次注漿可適當減少水灰比，增加水玻璃摻量，注漿壓力控制在0.5～ 1.2MPa，當相鄰孔眼有漿液流出時即結(jié)束首次注漿。間歇3～5 個小時后，進行第二次高壓注漿，注漿壓力1.2～2.0MPa，當進漿量小于20L/10min 時可結(jié)束注漿工作。若注漿量超限，未達到壓力要求，應調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標準，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均被漿液充填，方可終止注漿。

（5）注漿過程派專人值班，填寫《注漿記錄表》，記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力等數(shù)據(jù)，觀察壓力表值，監(jiān)控連通裝置，避免因壓力猛增而發(fā)生異常情況。

3.全斷面徑向注漿（后注漿）

全斷面徑向注漿主要是對開挖后仍存在漏水現(xiàn)象進行補充注漿止水加固，主要包含兩個重要施工工序：小導管施工和水泥凈漿注漿施工。

3.1小導管施工

小導管施工采用鉆孔打入法。其施工工序同超前小導管施工工序：初噴砼封閉巖面→鉆孔→清孔→鋼花管制、安→注漿施工。在此不再贅述。

3.2徑向注漿施工要點

注漿操作主要包括以下幾個工序：（見工藝流程圖）

（1）注漿參數(shù)：水泥漿液水灰比為0.6～1.0左右，注漿壓力0.5～3.0MPa。

（2）注漿順序：按兩序孔進行，即跳孔跳排注單序孔，然后注剩下的二序孔，這樣，通過實施約束型注漿模式，實現(xiàn)擠壓密實的注漿目的。

（3）注漿準備工作：注漿前先檢查注漿管路，確保管路暢通、不阻塞、不跑漿，機械性能良好。確認各項準備工作完成后，做現(xiàn)場注漿試驗，確定合理的注漿參數(shù)，據(jù)以施工。

（4）注漿方式：注漿采用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵將漿液注入小導管內(nèi)，全孔一次性注漿方式進行施工，注漿終壓2～3.0MPa，注漿速度5～100 L/min。

（5）注漿結(jié)束標準控制：終壓到達2～3.0Mpa，當進漿量小于20L/10min 時可結(jié)束注漿工作，若注漿量超限，未達到壓力要求，應調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標準，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均被漿液充填，方可終止注漿。

（6）注漿效果檢查評定：徑向注漿結(jié)束后圍巖滲水量不超過3m3/m.d。

3.3監(jiān)控量測

因該段地處斷層破碎帶地段，施工中重點對拱頂下沉及周邊收斂進行監(jiān)控。拱頂下沉、兩組周邊收斂點正臺階法施工順序在施工中布置。在開挖完成后，迅速進行埋設，并進行初始讀數(shù)。通過對量測數(shù)據(jù)的分析處理，掌握地層穩(wěn)定性變化規(guī)律，預見事故和險情，作為調(diào)整和修正支護設計參數(shù)及施工方法的依據(jù)，提供圍巖和支護襯砌最終穩(wěn)定的依據(jù)。

四、施工注意事項

1.鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角，并對每個孔進行編號。鉆進過程中應運用測斜儀，進行鉆孔偏斜度測量，嚴格控制小導管打設方向，并作好每個鉆孔記錄。發(fā)現(xiàn)誤差超限及時糾正，至終孔仍超限者應注漿封孔，待強度達到要求后，原位重鉆。

2.注漿過程中，要隨時注意泵壓及流量變化，若吸漿量很大或壓力突然下降，注漿壓力長時間上不去，應查明原因。如工作面漏漿，可采取封堵措施；如跑漿可通過調(diào)換漿液種類、調(diào)整漿液配合比、采用間歇注漿等措施，已達到注漿目的。

3.對注漿過程中發(fā)現(xiàn)有大的空洞等，可首次先注水泥砂漿或砼，后進行注漿。

五、結(jié)束語

本段隧道下穿獅子巖水庫，圍巖為全～強風化片麻花崗巖，較破碎、裂隙水受地表水補給豐富，隧道內(nèi)水量集中且易與地表上獅子巖水庫水路連通。因此在施工處理中，抓住巖層漏水、破碎主因，采取超前小導管雙液注漿和全斷面徑向注漿進行止水加固，取得了止水加固顯著效果，整個過程安全、順利。尤其根據(jù)開挖過程中揭示的情況，更加驗證了超前小導管雙液注漿配合開挖后徑向注漿聯(lián)合作用形成的防滲圈是保證隧道下穿水庫等富水區(qū)到達止水目的的重要手段。