淺層穿越水庫隧道施工技術(shù)及圍巖穩(wěn)定性分析

【摘要】南龍鐵路資坑隧道下穿資坑水庫泄洪渠，為淺埋、富水、軟弱土層地段，施工困難，風(fēng)險極高，施工過程中，采用地表注漿加固地層止水，水平定向旋噴樁管棚植入結(jié)合Ⅱ型超前小導(dǎo)管超前支護(hù)，通過綜合加固圍巖、優(yōu)化施工工法、三分?jǐn)嗝嫘问?、調(diào)整施工設(shè)備等措施，順利穿越了復(fù)雜地層，有效提高了施工進(jìn)度。本文將從影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素以及評價其穩(wěn)定性的方法兩個角度分析淺層穿越水庫隧道的圍巖穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】淺層穿越水庫；隧道；施工技術(shù)；圍巖穩(wěn)定性

1、導(dǎo)言

現(xiàn)階段在我國修建的眾多地下工程當(dāng)中，最為普遍的一種就是水庫隧道，但在實際的施工過程中，由于圍巖條件往往存在較大的不穩(wěn)定性，極易發(fā)生變化，因此曾經(jīng)在修建過程中屢次發(fā)生事故，為國家和施工人員蒙受巨大損失。

2、工程概況

資坑隧道位于福建省永安市上坪鄉(xiāng)，設(shè)計為單洞雙線隧道，全長3847m，埋深最大處173.9m；線路于DK118+950前后下穿資坑水庫泄洪渠，距離水庫攔水壩約70m。下穿淺埋段，最小埋深6m，變質(zhì)砂巖，強風(fēng)化～弱風(fēng)化，強風(fēng)化，灰白色，巖體破碎；弱風(fēng)化，青灰色，巖體相對完整，局部節(jié)理發(fā)育。地下水主要為裂隙水，較發(fā)育，最大涌水量4901.1m3/d。溝谷地表水較發(fā)育，淤泥覆蓋層厚度大，地表水易下滲。

下穿淺埋段，地形高差大，溝谷發(fā)育，呈“V”型深切河谷，多發(fā)育小溪，縱坡較大，水流較急；旱季流量小，雨季流量增加數(shù)倍；淺埋段圍巖處于強弱風(fēng)化界面附近，淤泥覆蓋層厚、巖體較破碎，開挖時易發(fā)生突泥涌水、冒頂?shù)裙こ虨?zāi)害。

3、淺層穿越水庫隧道施工技術(shù)要求及圍巖穩(wěn)定性

3.1必須保護(hù)好環(huán)境

淺層穿越水庫隧道施工本身工程量比較浩大，而且在通常情況下也是整體隧道工程的重點工程，因此需要對其保持高度的注意。首先在水庫隧道施工當(dāng)中必須做好環(huán)境保護(hù)工作，包括保護(hù)內(nèi)部和外部環(huán)境。水庫隧道的施工空間往往比較狹小，并且為了保障能夠在工程期限內(nèi)順利完工，常常需要在施工環(huán)境當(dāng)中同時進(jìn)行多個工種施工，因此無可避免的會產(chǎn)生各種污染；另外水庫隧道施工必然會產(chǎn)生大量的施工污水以及施工噪音，對周邊居民的日常生活產(chǎn)生一定影響，因而在淺層穿越水庫隧道施工當(dāng)中必須保護(hù)好環(huán)境，堅持綠色施工、可持續(xù)施工。

3.2工程需內(nèi)實外美

圬工是新疆地區(qū)淺層穿越水庫隧道施工當(dāng)中的一項重要工程，主要有混凝土以及干砌等工程組合而成，因此在施工過程當(dāng)中需要堅持“內(nèi)實外美”的原則，所謂內(nèi)實指的就是需要通過密實搗固和噴涂混凝土，并且將其與圍巖進(jìn)行緊密結(jié)合，回填石料以及支護(hù)等也需要確保其密實程度。所謂的外美指的就是盡可能保證混凝土表面的美觀程度，進(jìn)而在提升工程密實程度保障工程質(zhì)量的基礎(chǔ)之上使其具有極佳的審美性。

4、淺層穿越水庫隧道施工技術(shù)分析

4.1地表注漿加固地層

注漿材料：采用雙漿液水灰比1∶0.8∶0.2水玻璃（濃度為30～45波美度為宜）摻入量20%。結(jié)合現(xiàn)場試驗，調(diào)整優(yōu)化注漿材料的摻配比例。注漿范圍：縱向50m，橫向30m。固結(jié)范圍：隧道拱頂開挖線外圍1.0m范圍進(jìn)行固結(jié)，其余地段注漿固結(jié)至內(nèi)軌頂面標(biāo)高以下2m，注漿范圍內(nèi)施作止?jié){盤。見圖1所示。

圖1 地表注漿橫斷面圖

注漿方式：采用分段后退式注漿，以保證注漿壓力和注漿效果。注漿順序：注漿時，兩排最外側(cè)注漿管先施作，然后向里按順序注漿；單排注漿孔為先兩端后中間，交錯間隔施作。注漿結(jié)束指標(biāo)：各段土層注漿量低于20～30L/min，或設(shè)計注漿量與已完成量基本相等，并達(dá)到設(shè)計終壓后穩(wěn)定10min及檢查吸水量小于1L/min，注漿后固結(jié)體抗壓強度≥0.3MPa。注意事項：注漿時鉆孔應(yīng)嚴(yán)格按照孔位開孔，鉆機立桿方向需要精準(zhǔn)控制，以保證導(dǎo)向管的方向垂直，偏斜率不大于1%。采用分段注漿施工，注漿中應(yīng)采取措施，盡量減少漿液串入套孔外，增加上提套管的困難，貽誤工期；注漿參數(shù)通過試驗完善、調(diào)整；施工前，代表地段進(jìn)行壓水試驗，驗證巖層單位體積的吸水性、孔隙度、滲透率等值，為確定漿液摻配、擴散范圍等值提供依據(jù)，過程中遇到異常情況及時分析原因并處理，避免留下施工隱患。

4.2鉆孔排水法

在新疆地區(qū)由于常年缺乏降水，同時日照充足因此導(dǎo)致部分地區(qū)的巖體非常堅硬，而干燥的氣候使得該類巖體容易產(chǎn)生裂縫，部分砂土以及水流將會從裂縫中流瀉出來，特別是開挖前方存有排水或滯水層，因此需要使用鉆孔排水法處理涌水，從而加大圍巖的穩(wěn)定性，保障工程實現(xiàn)高質(zhì)量。鉆孔排水法主要通過超前排水孔，目的是能夠使得滯水自行流出，為避免大量砂土從裂縫中流瀉或噴射而出，可以將鉆孔向下傾斜十到二十度左右。

4.3正洞不平均三分法開挖

開挖過程中，一旦出現(xiàn)過量下沉，地表注漿、單排帷幕水平旋噴、管棚等超前支護(hù)加固的止水效果將大大縮減，造成洞內(nèi)出水量加大，水又會給開挖作業(yè)帶來極大的困難，加大坍塌的可能，施工安全風(fēng)險也隨之變大。現(xiàn)場通過地質(zhì)雷達(dá)掃描、超前探孔證實，隧道開挖輪廓線范圍，拱頂3m范圍內(nèi)為全～強風(fēng)化，3m以下大部分為中～弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙不發(fā)育。文獻(xiàn)8、9中指出，傳統(tǒng)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法存在施工工序多、施工速度慢、閉合時間長，拱架成環(huán)質(zhì)量差，施工過程中，因施工多次落底，造成的施工沉降量相對較多，光面爆破施工困難，“上軟下硬”的圍巖爆破作業(yè)更加困難，由于淺埋、富水拱頂部分施工過程中“片幫”現(xiàn)象時有發(fā)生，狹小空間不利于作業(yè)安全。

通過實踐證明，一種更適合“上軟下硬”的圍巖開挖方法，更符合圍巖穩(wěn)定性的“時空效應(yīng)”特點的施工工藝，解決以上問題，上臺階左右不等分開挖，大大減小了拱頂坍塌的可能，封閉及時，更利于施工安全，一次性將拱架落底到巖石上，臨時仰拱快速成環(huán)，有效地控制了沉降和收斂，優(yōu)化了作業(yè)空間，更有利于光面爆破和小型開挖機械的作業(yè)，縮短了循環(huán)時間，更有利于圍巖自穩(wěn)。

結(jié)語：

綜上所述，水庫隧道附近分布著大面積的圍巖，同時圍巖的條件常常發(fā)生變化且具有極強的復(fù)雜性，因此在施工過程中稍不注意便會導(dǎo)致圍巖失去穩(wěn)定性，進(jìn)而誘發(fā)一系列事故，不僅嚴(yán)重影響了淺層穿越水庫隧道的正常施工，希望通過文章的論述，保證安全和質(zhì)量的同時提高經(jīng)濟(jì)效益，保證隧道施工進(jìn)度，為相似地質(zhì)條件下的隧道掘進(jìn)和地下開挖施工提供參考經(jīng)驗。

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