隧道穿越富水破碎砂質(zhì)泥巖淺埋段施工技術(shù)

王友 ，湯文武 ，田海光 ，陳鵬

（1.中交二航局第六工程分公司，武漢430000；2.武漢神舟人力資源開發(fā)服務(wù)有限公司,武漢430000）

1 工程概況

隨著我國高速公路的發(fā)展，高速公路網(wǎng)越來越復(fù)雜，截至2017年3月，中國高速公路通車總里程數(shù)達(dá)到1.25×105km，超過美國居于世界第一。蘭州至?？趪腋咚俟罚℅75）為國家主干道“五縱七橫”規(guī)劃的重要組成部分，渭源至武都段施工土建WW04標(biāo)涵蓋路基、橋涵及隧道工程。大草灘隧道位于甘肅省定西市漳縣大草灘鄉(xiāng)大草灘村，隧道為雙向分離兩車道，右洞全長807m，里程為YK203+090~YK203+897。其中，富水破碎淺埋段長50m，里程為YK203+610~YK203+660，最小埋深約10m，圍巖等級為V級，圍巖類型為石炭系強(qiáng)-中風(fēng)化砂巖、泥巖，巖體結(jié)構(gòu)薄弱，發(fā)生輕微變形就會發(fā)生滑塌，施工地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。

1.1 富水破碎情況

通過現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，該淺埋段位于沖溝底部，沖溝中常年有流水，下游無出水口，雨季時兩側(cè)山體的降水在淺埋段洞頂附近匯集，地表水沿巖體裂隙通道下滲流入隧道內(nèi)，施工時掌子面巖體極為破碎，拱部有多處線狀水流，初支面有淋雨狀出水現(xiàn)象，經(jīng)測量隧道掌子面附件出水量約50m3/h。

1.2 圍巖情況

根據(jù)開挖掌子面揭示圍巖為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，屬于軟巖類，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)合程度差，薄中層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，多呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖體完整性較差，圍巖級別為V級，在遇水的情況下，迅速氧化膨脹，最后形成半液態(tài)軟泥狀，完全無自穩(wěn)能力。

1.3 埋深情況

隧道YK203+610~YK203+660段通過山體一處深切沖溝段，溝底沿線路方向兩側(cè)山坡較陡，隧道洞身位于沖溝下區(qū)，山體土層較薄，沖溝上區(qū)對隧道側(cè)壓較大，隧道洞身最小埋深約10m。

2 施工措施

現(xiàn)場針對大草灘隧道淺埋段山體圍巖富水、破碎、淺埋、易軟化的特點，制訂處理措施。

2.1 地表處理措施

2.1.1 地表防排水

洞頂防排水采用45cm厚M10漿砌片石+5cm厚M15水泥砂漿封層。復(fù)合防排水結(jié)構(gòu)層能夠?qū)⒔^大多數(shù)地表降水排入漳河。

2.1.2地表塌坑回填、封閉

開挖過程中洞內(nèi)拱頂出現(xiàn)較大下沉，導(dǎo)致地表出現(xiàn)塌陷、裂縫。對施工中出現(xiàn)的塌坑、裂縫，人工進(jìn)行修整，盡量修整成規(guī)則的基坑、溝槽，采用摻灰量8%的灰土回填，壓實度不小于90%。填至距原地面50cm時，鋪設(shè)一層防水板，填筑50cm黏土層進(jìn)行封閉，最后再施做50cm厚復(fù)合式防排水層。

2.1.3 采用地表井點降水

未降雨期間，洞內(nèi)施工時掌子面拱頂出現(xiàn)線狀流水，說明山體地下水十分豐富，為減少地下水對掌子面的影響，采用在地表洞身兩側(cè)設(shè)置井點降水井，對洞身附近地下水進(jìn)行抽排，進(jìn)而將隧道洞身地下水將至仰拱底。降水井設(shè)置在隧道洞身外3.3m，兩側(cè)各3個，縱向間距15m，孔徑600mm，深度為仰拱底以下20m，井壁管采用φ300×4mm鋼管，濾石為3~5cm碎石，抽水管采用120mm鋼管（見圖1）。

2.1.4 地表預(yù)注漿

隧道淺埋段施工前，從地表沿隧道縱向打設(shè)豎向注漿小導(dǎo)管進(jìn)行巖體預(yù)加固。注漿管縱向按1.2m每排，橫向按洞頂向兩側(cè)間隔1.2m每排，主要加強(qiáng)開挖輪廓線至向外5m范圍的巖體結(jié)構(gòu)。洞身部分注漿管打設(shè)深度至開挖輪廓線；洞身外側(cè)部分注漿管打設(shè)深度至仰拱底標(biāo)高。注漿采用φ48mm注漿鋼花管，管口段1m不開孔，其余部分按15cm間距交錯設(shè)置注漿孔，孔徑12mm。注漿為水泥漿加5%水玻璃漿液，水灰比1∶1（具體濃度可以根據(jù)圍巖破碎情況調(diào)整），注漿終壓為1.0MPa。

2.2 洞內(nèi)處理措施

2.2.1 采用短三臺階七步預(yù)留核心土法

開挖方式由兩臺階法調(diào)整為短三臺階七步預(yù)留核心土法，短臺階可以保證初期支護(hù)迅速連續(xù)成環(huán)，從而盡早形成封閉的環(huán)狀受力結(jié)構(gòu)?？s短二襯、仰拱距掌子面的距離，確保仰拱距掌子面不超過30m，二襯距掌子面不超過45m。開挖過程中掌子面每次只能開挖1榀，中下臺階錯開3m每次開挖不超過3榀，仰拱每次開挖不超過3m，每循環(huán)仰拱不超過6m。掌子面開挖完成后及時噴護(hù)4cm初噴層混凝土封閉掌子面。

2.2.2 施做洞內(nèi)超前管棚

為順利渡過軟弱段，在洞內(nèi)施做超前大管棚。采用4榀間距50cm，I22b鋼拱架搭設(shè)2m套拱，套拱拱部120°范圍內(nèi)埋設(shè)φ105mm的導(dǎo)向管，大管棚采用長25m，φ98mm的自進(jìn)式管棚。采用潛孔鉆機(jī)打設(shè)，注漿材料為水泥漿加5%水玻璃漿液，水泥漿水灰比1∶1（具體濃度可以根據(jù)圍巖破碎情況進(jìn)行調(diào)整），注漿終壓為1.0MPa，管棚注漿完成后，管內(nèi)采用M30水泥沙漿填充。

2.2.3 增設(shè)超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管對控制隧道拱頂?shù)魤K超挖具有良好的效果，施工開挖過程中，超前支護(hù)環(huán)向間距為0.4m/根，拱部若仍然有掉塊超挖現(xiàn)場時，小導(dǎo)管應(yīng)加密至0.2~0.25m時，掉塊超挖即可以有效控制。超前小導(dǎo)管采用φ42mm無縫鋼管，L=3m，前端呈尖錐狀，尾部焊上φ6mm加勁箍，管壁四周按15cm間距梅花形、鉆設(shè)8mm壓漿孔，管端預(yù)留1m不設(shè)壓漿孔，鋼管與襯砌中線平行以10°～15°仰角打入拱部圍巖，小導(dǎo)管口裝上孔口閥，連接注漿管路，注漿為水泥漿，水灰比1∶1（具體濃度可以根據(jù)圍巖破碎情況調(diào)整），注漿終壓為1.0MPa。

2.2.4 增設(shè)鎖腳錨管

鎖腳錨管是保證初期支護(hù)安全的重要措施，為控制鋼拱架下沉，每處鋼拱架拱腳采用雙層4根長3.5m，φ42mm鎖腳錨管進(jìn)行加固，每2根鎖腳錨管采用U形鋼筋進(jìn)行加固。

2.3 增強(qiáng)隧道后期防排水

為減少地下水對后期二襯的破壞，需要進(jìn)一步加大增強(qiáng)永久防排水措施，增加隧道環(huán)向排水管數(shù)量，加大排除盲管尺寸，設(shè)置雙層防水板，增設(shè)止水帶等。

2.3.1 初支背后圍巖注漿封堵地下水

施工時初支表面出現(xiàn)線狀水流流出，局部以噴流的形式排出，初支背后水壓力較大。施工采用“堵”“排”相結(jié)合方法進(jìn)行處理。采用長4~6m注漿管對初支背后圍巖采用雙液漿進(jìn)行注漿加固，注漿材料為水泥漿加5%水玻璃漿液，水泥漿水灰比1∶1（具體濃度可以根據(jù)圍巖破碎情況進(jìn)行調(diào)整），注漿終壓為1.0MPa。

2.3.2 加密排水管

加密初支面環(huán)向排水管，2~3m設(shè)置1環(huán)，滲入初支面的地下水通過環(huán)向盲管排入縱向排水溝，在仰拱施工縫頂部沿橫向增加埋設(shè)φ150mm HDPE排水管，確保將通過仰拱底部滲入的地下水通過橫向盲管及時排入縱向排水溝。

2.3.3雙層防水

為進(jìn)一步控制地下水對二襯耐久性造成影響，采用雙層防水板進(jìn)行加強(qiáng)處理。雙層防水層是在原有厚1.5mm防水板的基礎(chǔ)上增加1層厚1.2mm防水板。

2.4 加強(qiáng)監(jiān)控量測

施工過程中，對洞內(nèi)和洞外地表進(jìn)行監(jiān)控量測，主要監(jiān)控量測內(nèi)容包括洞外觀察、洞內(nèi)地質(zhì)素描、拱頂下沉、水平收斂及地表下沉監(jiān)測等。通過監(jiān)控量測及時取得實測數(shù)據(jù)，分析反饋數(shù)據(jù)用以修正設(shè)計參數(shù)和及時調(diào)整施工作業(yè)方法。當(dāng)位移－時間曲線趨于平穩(wěn)時，實時把握數(shù)據(jù)變化，通過數(shù)據(jù)處理或回歸分析，推算位移和位移變化規(guī)律，指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)；當(dāng)位移－時間曲線出現(xiàn)反彎點、非工序變化所引起的位移急劇增長時，則表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，必須停止開挖，加強(qiáng)圍巖支護(hù)強(qiáng)度，密切監(jiān)視圍巖動態(tài)，采取補(bǔ)救措施妥善處理，避免位移進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 實施效果

大草灘隧道施工至YK203+610附近時掌子面發(fā)生涌水、涌泥及塌方現(xiàn)象，初支下沉、收斂較大，洞頂?shù)撞砍霈F(xiàn)塌陷、裂縫等現(xiàn)場，掌子面基本無法施工，嚴(yán)重威脅隧道施工安全，對施工質(zhì)量和進(jìn)度也有較大影響。通過上述措施，各項風(fēng)險得到了有效控制，初支裂縫、塌方、掉塊、涌水涌泥現(xiàn)場未再次出現(xiàn)，施工進(jìn)度也得到了有效保障，最終該隧道也在確保安全、質(zhì)量、進(jìn)度的情況下順利渡過了該淺埋段，為隧道順利貫通奠定了堅實的基礎(chǔ)，目前隧道已經(jīng)貫通，二襯也未受到任何破壞，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益。

4 結(jié)語

大草灘隧道YK203+610~YK203+660在穿越淺埋段施工中，在隧道圍巖富水破碎、砂質(zhì)泥巖的情況，地表采用加強(qiáng)防排水、地表井點降水、地表預(yù)加固；洞內(nèi)采用超前大管棚結(jié)合超前小導(dǎo)管、初支背后注漿加固技術(shù)，通過優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，調(diào)整三臺階七步開挖法，縮短工序時長等技術(shù)對策，利用先進(jìn)的監(jiān)控量測技術(shù)對隧道洞內(nèi)洞外變形數(shù)據(jù)分析反饋，并及時采取相應(yīng)措施，順利完成了大草灘隧道淺埋段的施工，表面本工程施工是成功的，為今后類似施工條件隧道順利實施提供施工經(jīng)驗和參考依據(jù)。