高速公路富水泥巖段隧道施工方法研究

邱能登

（中交第二航務(wù)工程局有限公司第六工程分公司 湖北武漢 430014）

在高速公路隧道工程中普遍存在富水和炭質(zhì)泥巖等不穩(wěn)定性因素，圍巖開挖與擾動后，極易使隧洞發(fā)生變形、塌方等事故。如何保證施工的安全和質(zhì)量意識是高速公路隧道施工的關(guān)鍵。因此，分析富水泥巖段隧道的施工方法，了解施工控制技術(shù)，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 高速公路富水泥巖隧道工程特點

隧道工程一般是在水下、地下或者山體中，富水泥巖隧道施工和其他施工工程相比而言，對大多數(shù)的隧道口設(shè)計要求更加嚴苛，且其特性是高水壓，所以，施工過程中就必須考慮滲透性以及侵害性。泥巖含有豐富的粘土礦物，會使這一巖類的強度大部分變低，它是一種很容易崩解軟弱和膨脹的沉積巖，泥巖的流變性與遇水膨脹是其主要的地質(zhì)特性，這是由于泥巖自身的強度較低，又富含水，造成其出現(xiàn)流變性[1]。在實際施工過程中，極易受地質(zhì)影響而產(chǎn)生突水等問題，尤其是在富水區(qū)域，施工很容易發(fā)生涌水、涌泥現(xiàn)象，進而使高速公路富水泥巖隧道施工進度嚴重受阻。

2 高速公路富水泥巖隧道施工質(zhì)量控制方法

2.1 隧道開挖施工方法

為大大減少高速公路富水泥巖隧道施工中對圍巖的擾動，控制好變形，在富水區(qū)，上部弧形導(dǎo)坑可通過人工風鎬開挖施工方法，如有必要也可輔之弱爆破。因洞徑較小，可采用小型的農(nóng)用三輪車進行運輸作業(yè)。施工過程中，根據(jù)高速公路隧洞的實際地質(zhì)情況，判斷其圍巖自穩(wěn)性，并及時采取有效開挖支護方法。具體支護方法如下：①鋼支撐支護方法，可采用鋼筋格柵拱架或者工字鋼，并根據(jù)施工進度和供應(yīng)情況有選擇性地進行施工。鋼支撐在施工現(xiàn)場進行彎制與焊接，并進行分節(jié)安裝，其間距通常在50～80cm范圍內(nèi)，可根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況予以適當調(diào)整，安裝鋼支撐后應(yīng)同步進行鎖腳錨桿施工，施工深度一般為0.8～1.5m之間，并將鎖腳錨桿和鋼支撐進行焊接固定，然后再進行全斷面的開挖施工。②插板支護施工方法，對富水泥巖段隧道施工來說，采用插板施工能有效保證圍巖的穩(wěn)定性，避免發(fā)生坍塌事故，插板是厚度為2～3cm的硬雜木板，在安裝并固定好鋼支撐后，可將成型的木板通過人工方式插入圍巖和鋼支撐的結(jié)合面之間，同時用木楔或片石將其楔緊，使其能牢牢固定。

2.2 地下水和施工用水的綜合治理方法

在富水泥巖隧道施工過程中，可通過超前管棚或者小導(dǎo)管進行注漿，將巖石的裂隙進行堵塞，從而形成一種止水帷幕，將起到隔絕地層的作用，能有效減小地下水的滲流。同時在開挖后應(yīng)馬上噴混凝土，將洞壁與掌子面進行封閉，從而將施工隧洞的透水層向膨脹性圍巖的通路進行封閉，進而防止泥巖和空氣中水分進行接觸[2]。施噴時，應(yīng)保證噴頭和受噴面是處于垂直狀態(tài)，其距離要保持在1m左右，完成噴射后，可采用錘敲擊對混凝土和巖面的粘接情況進行檢查，如果出現(xiàn)脫殼或空鼓等情況，及時鑿除，將其清理干凈后重新噴混凝土?；炷恋膰娚鋺?yīng)分層進行，先從墻角處開始，向上進行噴射，每層厚度約在5～10cm左右。另外，加強防排水施工。在掌子面附近通過設(shè)置鋼板集水池，將掌子面滲流水以及施工用水引入集水池，再利用抽水機將這些水排除洞外。同時安排專人負責掌子面和初期支護后的滴水、滲水集中在集水池內(nèi)，并及時將其排除洞外。

2.3 仰拱和二次襯砌施工方法

富水泥巖段隧道施工在仰拱封閉前，由于圍巖收斂變形大，速度較快，難以穩(wěn)定，在進行仰拱封閉成環(huán)之后，其變形很快就趨向穩(wěn)定。由此可見，仰拱施工是富水泥巖段淺埋軟巖段隧道施工的關(guān)鍵。在仰拱開挖時，為不影響前面掘進和支護，在掌子面鉆孔時進行開挖作業(yè)，通過振動錘和挖掘機進行跳槽開挖，可每3～4m為一組，再上鋪約1m左右寬的2道行車鋼便橋，保證正常通車，并嚴格控制開挖的標高和掘進尺，防止出現(xiàn)超欠挖情況。最后，將底部虛渣清理干凈，排干積水，再立模灌注仰拱混凝土，并嚴格按照設(shè)計要求做好相應(yīng)的防水措施。二次襯砌施工是在圍巖與初期支護變形基本穩(wěn)定之后方可進行，也就是說，當拱頂相對下沉速度＜0.15mm/d，拱腳的水平相對凈空變化速度＜0.2mm/d，就可進行二次襯砌施工。二次襯砌施工可采用整體式鋼模板臺車進行，每次施工長度一般為12m，而混凝土可采用拌合站進行集中攪拌。通過合理的施工方法，為隧洞圍巖提供有力支撐，從而使變形減緩，甚至使其處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 富水泥巖施工技術(shù)控制方法

3.1 涌水施工處理技術(shù)

對施工中出現(xiàn)的涌水問題，可通過加強地質(zhì)預(yù)報和預(yù)防來解決這一問題。通過液壓鉆孔臺車和地質(zhì)預(yù)報相結(jié)合進行綜合的分析判斷。利用超前探明前方的水文以及地質(zhì)情況。也可通過注漿堵水方法解決涌水問題，在掌子面中部間鉆孔，形成縱向平行排列的探水孔，鉆孔的深度≥30m，當施工區(qū)域的涌水量＞5m3/h時，應(yīng)及時進行注漿堵水。注漿采用水泥漿，如有必要也可使用雙液漿，注漿的實際配比應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況進行確定。注漿開孔的直徑需≥140mm，注漿的終孔直徑≥120mm，鉆注漿孔前，需利用混凝土在掌子面進行全斷面封堵。注漿鉆孔和注漿作業(yè)的順序一般為：先外圈再內(nèi)圈，同一圈孔需間隔進行施工，如果鉆孔達到設(shè)計位置，然后可采用后退式注漿，最后再安裝孔口管進行補注漿操作。

3.2 施工監(jiān)控量測技術(shù)

在富水泥巖段隧道施工全過程中，應(yīng)采用施工監(jiān)控量測技術(shù)，利用有效的技術(shù)手段來獲取準確可靠的變形數(shù)據(jù)，從而正確判斷初期支護安全狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可及時進行設(shè)計參數(shù)修正。同時還可為隧道施工的二次襯砌支護的合理時間提供參考依據(jù)，并對一些險情進行預(yù)測，以便及時調(diào)整支護參數(shù)，確保施工的質(zhì)量和安全，控制施工成本。通過信息化監(jiān)測管理平臺，針對隧道洞口、破碎帶、圍巖段等極可能發(fā)生變形或大變形的地段，進行監(jiān)測。具體措施如下：①加強和超前地質(zhì)預(yù)報的信息傳遞和共享，重點關(guān)注隧道工程施工段巖層的產(chǎn)狀和地下水的分布情況，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，分析隧道的穩(wěn)定性，同時密切關(guān)注掌子面的水對泥巖的軟化作用，避免發(fā)生大變形；②將必測內(nèi)容和選測內(nèi)容相結(jié)合，做到有的放矢，并加強斷面的監(jiān)測頻率，以便及時分析和處理收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)，了解圍巖的變化情況，同時，建立分級預(yù)警機制，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時預(yù)警，及時反饋，及時解決，實現(xiàn)動態(tài)管理，保證隧道工程施工順利進行；③穿越施工時，對可能會引發(fā)大變形的區(qū)域，可適當加密必測內(nèi)容，以全面、有效掌握圍巖的變形情況，以科學地、合理地預(yù)留出變形量。通過科學化、信息化的技術(shù)手段，進行信息化施工，更加準確的預(yù)防事故的發(fā)生，有效保證隧道施工的質(zhì)量和安全。

4 結(jié)束語

綜上所述，在高速公路富水泥巖段隧道的施工過程中，很容易出現(xiàn)涌水突泥情況，所以，為有效控制隧道變形，確保圍巖處于穩(wěn)定的狀態(tài)，需通過隧道開挖施工方法、地下水和施工用水的綜合治理方法、仰拱和二次襯砌施工方法等施工方法，同時通過涌水施工處理技術(shù)和施工監(jiān)控量測技術(shù)，及時、準確了解圍巖的變形情況，制定出對富水泥巖段隧道施工更加安全、合理和科學的施工方法，保證施工能順利、高效、高質(zhì)量完成。

[1]周超月.富水巖溶地層大斷面公路隧道開挖穩(wěn)定性及失穩(wěn)特征研究[D].成都：西南交通大學，2016.

[2]任文峰.高水壓隧道應(yīng)力場——位移場——滲流場耦合理論及注漿防水研究[D].長沙：中南大學，2013.