分析高壓富水地層超深埋特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)

禹 平

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

分析高壓富水地層超深埋特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)

禹 平

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

結(jié)合隧道工程實(shí)際情況，針對(duì)穿越高壓富水地層的超深埋特長(zhǎng)隧道，在掌握隧道基本特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了隧道的施工方案、施工方法和機(jī)具設(shè)備選型，并對(duì)主要施工技術(shù)進(jìn)行了深入分析，內(nèi)容涵蓋超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、地下水處理、巖爆預(yù)防、隧道快速施工和施工安全監(jiān)測(cè)，其中地下水處理和巖爆預(yù)報(bào)是研究的重點(diǎn)，可為其他類似隧道提供技術(shù)參考的結(jié)論。

高壓富水地層；超深埋特長(zhǎng)隧道；技術(shù)

1 施工方案、施工方法

1.1 施工方案

本工程采取先探測(cè)后掘進(jìn)的整體方案，施工工藝選用鉆爆法，無(wú)軌道運(yùn)輸。

1.2 施工方法

(1)開挖施工。開挖采用鉆爆法，由三臂液壓臺(tái)車進(jìn)行鉆孔，非電微差起爆與直眼掏槽。

(2)開挖出渣。利用裝載機(jī)直接裝渣，由自卸車向洞外運(yùn)輸渣土。

(3)噴錨施工。由機(jī)械手進(jìn)行混凝土噴射施工，錨桿鉆孔運(yùn)用液壓臺(tái)車，砂漿灌注采用砂漿泵。

(4)襯砌施工。由液壓臺(tái)車泵送混凝土，振搗器振搗；利用小塊模板進(jìn)行水溝混凝土施工；人工攤鋪路面，振搗器振搗。

(5)地下水處理。嚴(yán)格遵循防堵結(jié)合與限量排放的基本原則，處理方法主要有超前預(yù)注漿和徑向封堵等。

(6)巖爆預(yù)防。巖爆預(yù)防主要采用超前支護(hù)與超前應(yīng)力接觸等方法。

2 主要施工技術(shù)

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

本隧道直接穿越大理巖地層，具有硬度大、富水和高壓等特征，有發(fā)生巖爆與突水的危險(xiǎn)，施工具有較大風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果編制相應(yīng)的方案，以保證施工安全。

開工前探究過(guò)程中，相繼使用多種物探方式進(jìn)行綜合對(duì)比，創(chuàng)建以雷達(dá)和TSP為核心，以地質(zhì)分析和鉆探為輔的地質(zhì)預(yù)報(bào)體系，統(tǒng)一了長(zhǎng)距離、中長(zhǎng)距離和短距離地質(zhì)預(yù)報(bào)，以實(shí)時(shí)跟蹤預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)提高預(yù)報(bào)真實(shí)性的目標(biāo)。

2.2 地下水處理

(1)隨時(shí)封堵

結(jié)合超前預(yù)報(bào)結(jié)果的綜合分析結(jié)論，在保證安全的基礎(chǔ)上，先對(duì)地下水進(jìn)行揭露，在掌子面開挖出水點(diǎn)一定的距離之后，立刻采取措施進(jìn)行處理。

(2)超前預(yù)注漿

在高壓富水條件中，其超前灌漿的工藝和材料與常規(guī)的帷幕灌漿沒(méi)有太大差別，僅僅是孔口管設(shè)計(jì)與壓力控制實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。如果靜水壓力在2 MPa以內(nèi)，則灌漿壓力可確定為壓力值的2～3倍；如果靜水壓力保持在2～5 MPa范圍內(nèi)，則可根據(jù)實(shí)際情況靈活確定灌漿壓力，但最大不能超出7 MPa；如果靜水壓力在5 MPa以上，則灌漿壓力應(yīng)比靜水壓力高2～3 MPa。

(3)徑向封堵灌漿

①局部灌漿。主要采用常規(guī)水泥砂漿，適量摻加惰性材料；灌漿壓力需保持動(dòng)水壓2～3倍范圍內(nèi)；灌漿孔的深度為4.8～8.0 m。

②高壓灌漿。主要采用水泥砂漿，不同段的灌漿壓力不同，第一段為滲水壓力2～3倍或在水壓力的基礎(chǔ)上提高1.5 MPa；以后各段取5～8 MPa。灌漿厚度根據(jù)外水壓力確定。

③灌漿設(shè)備。鉆孔采用電鉆或地質(zhì)鉆，由常規(guī)灌漿泵進(jìn)行灌漿。

④孔口管?？卓诠苡蔁o(wú)縫地質(zhì)鋼管加工制成，其長(zhǎng)度在1.0～3.0 m范圍內(nèi)；若灌漿孔的壓力與出水量較大，則需架設(shè)長(zhǎng)度為3～5 m的封水裝置。

2.3 巖爆預(yù)防

(1)建立了聯(lián)合超前鉆孔、水脹式錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等方法的巖爆預(yù)防整治體系，從本質(zhì)上避免了巖爆災(zāi)害的發(fā)生。

(2)若掌子面開挖超前達(dá)到洞徑的兩倍，應(yīng)使支護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開挖同步跟進(jìn)；如果巖爆具有很高的強(qiáng)度，則要在臨時(shí)支護(hù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)。

(3)掌子面的正前方為巖爆最嚴(yán)重區(qū)域，對(duì)此除了要對(duì)掌子面正前方進(jìn)行加固與噴護(hù)，還要積極實(shí)行超前鉆孔工藝。

2.4 富水段與巖爆段施工

(1)當(dāng)噴射混凝土的水膠比保持在0.45～0.5范圍內(nèi)時(shí)，按照水泥量5%～10%的比例向混凝土中摻加超細(xì)沸石粉，同時(shí)對(duì)速凝劑摻量進(jìn)行嚴(yán)格控制，當(dāng)其摻量為水泥量6%-8%時(shí)，可發(fā)揮最佳噴射效果。

(2)對(duì)巖爆段而言，混凝土中的鋼纖維材料摻加量應(yīng)為40～60 kg/m3；則在富水段，其鋼纖維材料摻加量應(yīng)為0.9 kg/m3。

(3)巖爆段施工采用常規(guī)噴護(hù)工藝即可。富水段應(yīng)在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上聯(lián)合使用引排措施，按由下至上的順序在有較大出水量的位置開始施工。

(4)在將噴錨作為核心支護(hù)手段的富水段，充分借助錨桿和輔助排水措施，是確保支護(hù)結(jié)構(gòu)免遭水壓破壞的重要舉措。

2.5 快速施工方法

(1)利用小斷面中孔大直徑直眼分段掏槽爆破技術(shù)，專門針對(duì)爆破難度較大的大理巖，提高循環(huán)進(jìn)尺，其炮孔的平均利用率可達(dá)94%，效果顯著。

(2)在強(qiáng)富水段，利用特殊裝藥結(jié)構(gòu)與減壓分流實(shí)行分次爆破開挖，既保證了安全，又加快了施工效率。

(3)在設(shè)備選型方面，充分結(jié)合了國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口設(shè)備，滿足快速施工硬件要求。

2.6 施工安全監(jiān)測(cè)

本隧道主要運(yùn)用了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工的方法，將噴錨作為核心支護(hù)手段，對(duì)高壓富水地層及超深開挖巖爆等風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入研究，這是從根本上保證施工安全的重要前提。在工程研究過(guò)程中，采用離散單元法對(duì)數(shù)值進(jìn)行模擬分析，為隧道施工中要巖爆災(zāi)害的防治提供了可靠的理論支持。

對(duì)于圍巖變形，采用將收斂點(diǎn)作為核心的觀測(cè)方法，并在此基礎(chǔ)上合理應(yīng)用了多種觀測(cè)儀器。整合不同的方法對(duì)圍巖變形特征進(jìn)行分析，不同方法之間相互驗(yàn)證，有效保證了圍巖分析的客觀性與全面性。

3 總 結(jié)

(1)本隧道施工主要存在地下水處理、巖爆預(yù)防和快速施工等難題。

(2)根據(jù)綜合分析結(jié)果，決定采用隨時(shí)封堵、超前預(yù)注漿和徑向封堵灌漿等措施處理地下水，避免地下水對(duì)施工造成不利影響。

(3)對(duì)于巖爆災(zāi)害，建立了聯(lián)合超前鉆孔、水脹式錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等方法的巖爆預(yù)防整治體系。

(4)富水段與巖爆段根據(jù)各自的特點(diǎn)和要求采取不同的方式進(jìn)行施工、支護(hù)。

(5)采用隧道快速施工技術(shù)在保證質(zhì)量與安全的前提下，有效加快了施工效率，滿足了工期要求。同時(shí)借助隧道安全跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)及圍巖變形特征的全掌握，為施工控制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(6)本隧道順利完工，期間未發(fā)生安全事故，結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量合格，為我國(guó)隧道施工技術(shù)發(fā)展積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 陳卓平. 超深埋特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)在高壓富水地層的分析[J]. 價(jià)值工程，2016，(25):196-198.

[2] 盧永燦. 高壓富水地層超深埋特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)研究[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2017，(8):124.

[3] 鐘威，高劍鋒，陳建平. 超深埋特長(zhǎng)隧道穿越斷層破碎帶施工風(fēng)險(xiǎn)研究[J]. 鐵道建筑，2015，(5):72-77.

U455.49

C

1008-3383(2017)09-0170-02

2017-06-07

禹平(1980-)，男，貴州平壩人，工程師，研究方向：公路工程施工與管理。