談隧道花崗巖段富水斷層施工方法

耿 巒 峰

(中鐵隧道集團一處有限公司工程部，重慶 401123)

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談隧道花崗巖段富水斷層施工方法

耿 巒 峰

(中鐵隧道集團一處有限公司工程部，重慶 401123)

結合工程實例，從排水、超前預注漿、大管棚超前支護、雙側壁超前導洞開挖等方面，闡述了隧道花崗巖段富水斷層的施工方法，并介紹了施工中的監(jiān)測與應急措施，旨在確保隧道施工的安全性。

隧道，花崗巖，超前支護，應急措施

在某高速公路三車道大跨隧道花崗巖地層施工過程中，遇到一富水斷層，斷層厚度約9 m，與隧道軸線呈30°夾角，斷層內為全風化砂層，處于飽水狀態(tài)。如果施工方法選擇不正確、施工措施不到位極可能發(fā)生突泥涌水危險。

1 臨時排水及永久排水

為降低斷層內含水量，采用泄水孔結合井點降水方法。在距已施工仰拱部位設置40 m深井點降水，在隧道兩側各設置4個水平的泄水孔，為防止泥沙流出，泄水孔應采用土工布進行包裹，同時設置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置彈簧盲管引入臨時排水溝內，排水溝應距拱腳1 m，嚴禁拱腳被水浸泡。

為防止掌子面積水浸泡拱腳，對中臺階及未施作仰拱段的下臺階的臨時排水溝及側溝中淤泥采用人工進行清除。

待斷層通過后，各泄水孔均安裝彈簧盲管，在防水板背后增設環(huán)向盲管，將水引入隧道兩側排水管。

2 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，僅靠強支護及降水措施難以保證掘進施工安全，根據施工現場實際資源配置情況，對斷層上部洞身及開挖輪廓線5 m范圍內全風化花崗巖圍巖采用局部注漿固結以對其物理性能進行改良，確保后期掘進施工的安全。

注漿孔采用φ130 mm鉆頭組織鉆孔施工，孔口管鉆孔深度為3 m,鉆孔清孔后安裝孔口管，規(guī)格為φ127×5 mm、長度3 m?？卓诠馨惭b前先將孔口管前端采用麻絲纏緊加固，并用速凝水泥漿進行封閉。安裝時使用鉆機將孔口管頂入鉆孔內。麻絲和速凝水泥漿應確保填滿孔口壁與孔洞間隙部分。孔口管安裝時預留20 cm～30 cm外露掌子面，孔口管前端需焊接法蘭盤或抱箍式接頭防止續(xù)孔過程中泥沙涌出。為防止孔口管由于安裝原因造成注漿期間發(fā)生意外，孔口管安裝完畢后應采用不小于φ16的鋼筋與其他孔口管焊接成整體，確保施工安全。

因圍巖裂隙等原因，注漿期間可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 m～3 m。分段前進式注漿是從工作面鉆孔至含水層，每鉆進1 m～3 m，注一段漿，反復交替進行，直至孔底。

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，漿液凝結時間為15 min～20 min)。漿液配合比根據試驗及現場情況進行調整。注漿效果差時可適當調整為超細水泥—水玻璃雙液漿。水玻璃濃度為35Be′，模數2.4。注漿壓力為3.0 MPa～4 MPa。當注漿壓力達到4 MPa并穩(wěn)定10 min或進漿速度為開始進漿速度的1/4時可停止注漿。注漿結束時，應立即把吸漿龍頭移至清水桶內，同時關閉進漿閥門、打開泄壓閥門，洗泵直至泄壓閥排出清水為止，方可停泵。全部注漿結束完成后，拆開注漿泵閥室及上下閥蓋，拆下缸蓋及注漿缸，清理干凈水泥等污物，然后涂上防銹油，組裝好以備下次使用。

注漿孔由外向內分層施作，待所有注漿孔施工完畢后，按鉆孔數量10%施作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、涌砂及不塌孔現象。注漿不合格時應補充注漿。檢查孔施工完畢后應進行注漿填充。

3 大管棚超前支護

3.1 支護參數

大管棚布設范圍為隧道拱部及邊墻，管棚鋼管直徑133 mm，每根長度為L=30 m，沿隧道開挖輪廓環(huán)向布置，間距30 cm,共47根。

3.2 施工工藝

管棚采用液壓坑道鉆機成孔，鉆頭直徑與鋼管直徑相匹配。鉆桿與隧道開挖輪廓面縱向夾角為3°～5°，采用地質羅盤儀進行開孔時鉆桿的定位與控制。

鉆孔前，首先對每個孔按照一定規(guī)律進行編號，采用坐標法測設出孔口位置。

為保證管棚注漿時孔口不漏漿，并保證鉆進時的方向性，每個孔位首先施工孔口管?？卓诠芤?guī)格：φ150×5 mm鋼管，長3 m。采用φ150 mm鉆頭鉆進成孔，鉆孔深度3 m,清孔后安裝孔口鋼管。孔口管外露掌子面20 cm～30 cm，孔口管尾端焊接法蘭盤。安裝前先將孔口管前端采用麻絲纏緊，并用速凝水泥砂漿進行包裹。然后采用鉆機將鋼管頂入鉆孔內。檢查孔口鋼管的外插角滿足要求后，將孔口管壁與孔洞間的間隙采用麻絲和速凝水泥漿填滿。

管棚鉆孔時由高孔位向低孔位隔孔施鉆，開鉆時應低速低壓；當孔內出水量變大，或出現孔壁坍塌、縮徑等成孔困難時，立即停止鉆進，分析原因并進行注漿處理，圍巖固結、具有一定自穩(wěn)能力后再繼續(xù)鉆進，直至終孔。

鉆進過程需保證成孔角度、方向滿足設計要求，經常采用羅盤儀監(jiān)測鉆桿的偏斜度，發(fā)現誤差超過要求時應立即糾正。

當鉆至設計孔深時，須立即清孔、進行管棚安裝施工，管棚采用φ133×6 mm熱軋無縫鋼管，管節(jié)加工長度分兩種(即3 m，6 m)，以避免同一斷面接頭數量不超過50%；管棚前端錐形長為10 cm，管棚尾部焊φ10 mm加強箍，管節(jié)段之間采用15 cm長的絲扣連接；管棚鋼管采用鉆機逐節(jié)頂入孔內，絲扣連接后進行下一節(jié)管棚頂進。

每個孔的鋼管事先進行配管和編號，保證同一斷面相鄰管棚鋼管接頭前后錯開1 m以上。

管棚注漿采用水泥—水玻璃雙液漿注漿,水泥漿液與水玻璃體積比為1∶(0.5～1)。水泥漿水灰比為1∶1，水玻璃濃度為35Be′，模數2.4。雙液漿凝結時間15 min～20 min，初始注漿壓力為0.5 MPa～1.0 MPa，終壓2.0 MPa。當排氣孔流出的漿液與注入的漿液外觀一致后，關閉排氣孔，繼續(xù)向管棚內壓注漿液，注漿壓力達到2.0 MPa后穩(wěn)定2 min即可停止注漿。如注漿量超限，仍沒有達到設計的壓力要求，調整漿液濃度及凝結時間繼續(xù)注漿，持壓2 min后可停止注漿。施工過程中，為了防止相鄰的管棚之間出現串漿現象，每鉆完一個孔，隨即安設該孔的鋼管并注漿，然后施工下一個孔的管棚。

注漿過程中如采用雙液漿不能滿足注漿要求時，可采用超細水泥拌制的單液漿進行補充注漿。需控制超細水泥漿攪拌時間，一般不宜超過20 min；為避免漿液凝固堵塞注漿管路，攪拌好的超細水泥漿須在30 min內加注完成。需要特別注意的是，如使用硫鋁酸鹽水泥漿進行注漿時，則不能和水玻璃進行混合使用。

4 雙側壁超前導洞開挖

為確保施工安全，同時檢驗注漿質量及起到排水減壓作用，采用雙側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3 m寬，2 m高，每循環(huán)進尺不大于0.5 m。開挖前使用風鉆在掌子面鉆3個超前探孔，探孔深5 m，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5 cm。初噴后按設計進行拱架、網、噴支護。

由于凈空斷面小，設計系統錨桿暫時無法施工，在拱架安裝及噴混凝土完畢后先用風鉆鉆孔安裝0.5 m～1 m長的鋼花管，間距按100 cm×50 cm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錨桿施工。

5 監(jiān)控量測

開挖過程中須加強洞內監(jiān)控量測。監(jiān)控量測樁按5 m一個斷面進行布樁。雙側壁導洞上臺階應在導洞拱頂及兩側邊墻分別布設量測點，下臺階施工后在同一斷面再在兩側增設量測點。量測點須在同一斷面里程范圍內。洞內監(jiān)控量測頻率每天3次。及時規(guī)范監(jiān)控量測內業(yè)資料并整理上報，實行分級管理(見表1)。

表1 變形管理等級 mm

根據位移變化速率判斷(見表2)。

表2 速率判斷等級 mm/d

若發(fā)現量測管理等級為Ⅱ級時應及時向現場值班領導匯報，進行加強支護，當管理等級為Ⅰ級時，立即向現場值班領導匯報，并由值班安全人員或值班領導組織人員及機械撤離到安全區(qū)域。

對初支進行觀察，查看是否有裂縫、噴混凝土掉塊等現象，當發(fā)現裂縫及噴混凝土掉塊時應采取相應的措施進行加強。

6 應急措施

1)開挖前現場應準備好稻草、碎石袋、砂袋、方木等應急物資，砂袋及碎石袋各200袋，存放地點應距開挖面不大于20 m且不影響通道方便取用的地方；開挖前應做好噴漿準備工作(噴漿人員到位、噴漿料到位、噴漿機到位且已連接等)，隨時可以進行噴漿作業(yè)。單個工作面開挖前應準備不少于2 m3噴漿料。

2)施工現場需制定突發(fā)事故應急預案，所涉及到的搶險物資機具設備如下：裝載機、搶險車輛、拱架、醫(yī)用藥品、擔架、碎石袋、砂袋、噴漿料、大型鋼模板、成品工字鋼、超前小導管、注漿設備、注漿材料、抽水機、水鞋、雨具、強光手電等。

3)現場應放置逃生管，逃生管口距開挖面不超過5 m并緊跟掌子面推進。逃生管內應設緊急物資包以備應急使用。

4)在雙側壁導坑開挖過程中，若工作面臨時暴露圍巖出現涌砂現象時，噴混凝土封閉及回填反壓效果不明顯時，或通過監(jiān)控量測顯示，洞身量測數據突變時，現場相關人員應立即組織作業(yè)班組施工人員及施工機械設備及時撤離到安全區(qū)域外。如機械設備無法撤離時應不予考慮，確保人員安全為重中之重。

5)嚴格控制進入工作面施工人數，待工作面穩(wěn)定后采用石質洞渣對工作面進行回填反壓并施作止?jié){墻進行帷幕注漿施工。施工過程中由安全員進行旁站巡視施工中是否存在安全風險，若有安全風險時應立即組織搶險人員及設備撤離到安全區(qū)域外，并在安全區(qū)域外拉設警戒線設專人看守。

7 結語

花崗巖富水斷層施工，一是要重視對水的處理，采取多種措施降低斷層內含水量，開挖范圍內采取堵水措施，二是對斷層內地質進行改良，使其有一定的自穩(wěn)能力，三是開挖支護方法得當，監(jiān)控、應急等措施落實到位。通過以上方法可以順利通過斷層。

On construction methods for rich water faults at granite section along tunnels

Geng Luanfeng

(EngineeringDepartment,No.1DivisionofChinaRailwayTunnelGroup,Chongqing401123,China)

Combining with the engineering cases, the paper illustrates the construction methods for the rich water fault of granite section of tunnels from the drainage, advanced pre-grouting, advanced support of large pipe sheds, and two-wall advanced pilot cave excavation, and introduces the monitoring and emergency measures in the construction so as to ensure the safty of the tunnel construction.

tunnel, granite, advanced support, emergency measure

1009-6825(2017)06-0197-02

2016-12-16

耿巒峰(1981- )，男，工程師

U455

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