高速公路隧道下穿引水隧道施工經(jīng)驗總結

摘 要：綏正高速公路在施工鄭家灣隧道時因地理環(huán)境特殊性，必須下穿引水隧道進行高速公路隧道施工，在下穿影響段隧道施工時，造成已有引水隧道洞內(nèi)塌方，經(jīng)過各種不利因素分析，總結造成引水隧道洞內(nèi)塌方的真正原因，進行經(jīng)驗總結，希望能為同類工程施工提供參考。

關鍵詞：高速公路隧道;下穿;引水隧道;經(jīng)驗總結

1 工程概況

綏正高速公路是貴州省遵義至綏陽高速公路的延伸線，項目位于遵義市正安縣、綏陽縣境內(nèi)。路線起于正安縣南坪道真至甕安高速（K107+110），經(jīng)溫泉、旺草至綏陽縣城西側，終點順接正在運營的綏陽至遵義高速公路起點，起點里程K0+000，終點里程K46+472.886，路線全長46.727km，鄭家灣隧道為分離式中隧道，左幅隧道起止樁號為ZK1+405～ZK2+405，長1000m，最大埋深約156m，右幅隧道起止樁號為YK1+432～YK2+360，長928m，最大埋深約176.7m。隧道所處地理環(huán)境、地址水文環(huán)境的原因，鄭家灣隧道需要下穿已有白泥水電站引水隧道，該引水隧道斷面尺寸寬1.8m～2m，高3.5m。左幅隧道ZK2+235處與上方引水隧道交叉，左幅隧道開挖面距引水隧道底最短垂直距離3.7m，右幅隧道YK2+247處與上方引水隧道交叉，右幅隧道開挖面距引水隧道底最短垂直距離1.27m。由于引水隧道已經(jīng)投入使用，為白泥電站提供水能，在施工至交叉點前后40米范圍內(nèi)，要求引水隧道產(chǎn)權方停水，給予相應的經(jīng)濟補償，高速公路隧道在施工至交叉點前后10米范圍內(nèi)進行襯砌支護加固并采用冷開挖方式通過。

2 施工過程

根據(jù)鄭家灣隧道設計文件，施工單位制定了《鄭家灣鄭家灣隧道洞身開挖引水隧洞段安全專項施工方案》并組織專家進行論證，按程序進行了審批。方案明確鄭家灣隧道下穿引水隧道段前后10米段襯砌進行加固施工，采用SX-Vt襯砌結構形式：I20b型鋼拱架，間距50cm，28cm厚C20噴射混凝土，雙層φ6.5鋼筋網(wǎng)20X20cm，φ42X4環(huán)向注漿鋼花管。明確隧道施工至交叉點前后10米范圍內(nèi)開洞身開挖方式采用冷開挖，不得進行爆破開挖，避免對上方引水隧道造成擾動。

2018年1月份，鄭家灣隧道右幅順利完成下穿引水隧道施工，并順利完成二襯施工至交叉點前50m，由于上方引水隧道并沒有任何異動，鑒于右幅上下隧道之間垂直距離最小，未發(fā)生任何不利影響。2018年4月左幅施工至距離交叉點40米位置時，建設單位向引水隧道產(chǎn)權方提出停水要求，產(chǎn)權方積極相應按時停水，施工單位按照專家論證且審批的《鄭家灣鄭家灣隧道洞身開挖引水隧洞段安全專項施工方案》組織施工，初次襯砌下穿完成超出交叉點10米位置，施工單位采用爆破施工，此時引水隧道洞身出現(xiàn)垮塌。綏正高速公路建設單位積極組織施工單位、監(jiān)理單位、設計單位、地勘單位相關人員進行現(xiàn)場實勘確定引水隧道的支護加固方案。

3 引水隧道垮塌原因分析

3.1 地質分析

根據(jù)鄭家灣隧道地勘圖紙，ZK2+205～ZK2+405段地質情況為頂板埋深2.8～90.5m，隧道圍巖為強、中風化粉砂質泥巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈松散狀結構，Rc=12MPa、Kv=0.3、Kl=0.4，[BQ]=161，自穩(wěn)能力差，無支護時受震動易產(chǎn)生大規(guī)模的崩塌甚至冒頂。大氣降雨時，隧道開挖后洞內(nèi)可能產(chǎn)生潮濕狀、點滴狀出水。根據(jù)地勘描述，該段圍巖等級為V級，圍巖穩(wěn)定性差，上方引水隧道圍巖等級與鄭家灣隧道圍巖等級一致，甚至比鄭家灣隧道圍巖差，現(xiàn)場勘察引水隧道洞身施工完全沒有實質性的支撐與防護，大部分屬于無防護裸洞，局部也只是洞身噴射混凝土，通水時在水壓力作用下基本上保持洞身平衡，斷水時局部洞身開始掉塊、脫落、出現(xiàn)細小裂縫。裂隙也較發(fā)育，容易進入水分，導致巖石風化加速，特別是長期泡在水里的巖面，長期斷水經(jīng)裂隙風吹自然開始風化脫落，甚至失去平衡墻面穩(wěn)定的強度。由于較差的圍巖等級，加之下穿引水隧道，該段高速公路隧道襯砌采用SX-Vt加固型襯砌形式。

3.2 施工季節(jié)分析

鄭家灣隧道地屬于熱帶溫和濕潤氣候區(qū)，平均氣溫15.0攝氏度，年平均降水量1158.2毫米，平均日照時數(shù)1113.6小時。每年降雨較為集中的季節(jié)為春夏交接季節(jié)，特別是4、5月份較為集中。鄭家灣隧道右幅與引水隧道交叉點施工時間段為2018年1月份，此時剛好為冬季，降水量較少，空氣中含水率較低，對洞身圍巖面影響也教小，鄭家灣隧道右幅施工時，引水隧道雖然停水，但由于降水量少，空氣濕度低，并未發(fā)生異樣。但當施工鄭家灣隧道左幅時，正值4月份雨季來臨，經(jīng)常降雨導致引水隧道洞內(nèi)空氣濕度較大，對巖面影響較大，這也是為什么左洞施工時，引水隧道停水后巖面塌方、脫落較為嚴重的原因之一。而且由于降雨量大，巖隙水出露量加大擠壓巖面，洞內(nèi)無水壓導致巖面破壞加劇，也是洞身塌方的重要原因之一。另一方面，強、中風化粉砂質泥巖遇水后容易失去強度，導致巖面更加容易破壞垮塌。

3.3 爆破施工分析

根據(jù)設計文件明確要求，對下穿引水隧道的高速公路隧道，設計采取特殊設計和開挖方式，隧道開挖采用非爆破開挖（冷開挖）（左右幅各20m）。除冷開挖外，在引水隧道前后各50m范圍隧道要采用爆破，爆破振動速度應控制不超過2cm/s，對引水隧道影響段采用工字鋼架進行臨時加固，加強監(jiān)控量測和超前地質預報工作。現(xiàn)場實際情況是由于施工場地限制，并不能在引隧道影響段采用工字鋼架進行臨時加固，并且在引水隧道前后各50m范圍進行爆破時，并沒有嚴格監(jiān)控振動速度，將振動速度很好的控制在2cm/s以內(nèi)。爆破控制的嚴格性和臨時加固重要性沒有得到落實，正是造成引水隧道垮塌的重要誘因。

4 下穿引水隧道段隧道施工的有效控制措施

4.1 施工過程中的控制

高速公路隧道下穿引水隧道段在施工過程中的控制主要體現(xiàn)在幾個方面：首先，嚴格按照設計文件采取相應的超前支護措施，控制開挖進尺，及時進行襯砌支護及加固，加強監(jiān)控量測和超前地質預報工作，發(fā)現(xiàn)異常及時采取設計有效措施處理。其次，合理組織下穿段隧道施工，縮短下穿段施工時間，從而縮短引水隧道斷水后洞身內(nèi)側處于無反壓力時間和洞身面暴露時間，最大程度降低安全風險。最后，提前做好引水隧道的洞身面防護，提前對引水隧道影響段進行噴射混凝土處理，防止影響段洞身進一步風化、脫落、坍塌，從而引起質量安全事故，造成不必要的經(jīng)濟損失。

4.2 施工季節(jié)的選擇

隧道防排水設計一般應遵循“防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理”，使隧道洞內(nèi)基本干燥，保證結構和設備的正常使用及行車安全。引水隧道的作用是引水，在通水期間，隧道內(nèi)墻壁內(nèi)側有流水，對墻壁有水壓與墻后壓力相互作用保持平衡狀態(tài)。當斷水季節(jié)選擇在雨季時，巖隙水從墻壁后向墻壁前有水壓力，此時洞內(nèi)無水，形成單向水壓力從而加速墻面破壞。所以我們選擇降雨量較小的季節(jié)進行斷水施工，引水隧道斷水以后墻后巖隙水和巖溶水逐步消失，墻面與墻后仍然保持平衡狀態(tài)，降水量小的季節(jié)空氣中含水量也較低，避免水分過重導致巖石風化加劇從而失去強度破壞。

4.3 隧道開挖方法的選擇

對現(xiàn)場段高速公路隧道洞身開挖，按設計文件要求進行開挖。在高速公路隧道與引水隧道交叉點前后各10m范圍內(nèi)，采用冷開挖方式進行施工，在引水隧道前后各50m范圍隧道采取爆破時，嚴格控制爆破振動速度不超過設計要求，并按要求對引水隧道影響段進行相應的臨時加固。

5 結語

在對綏正高速鄭家灣隧道下穿引水隧道影響段分析后，我們總結出造成引水隧道塌方，洞內(nèi)洞身脫落、開裂的主要因素是鄭家灣隧道該段地質較差，下穿段隧道施工季節(jié)的正確選擇，下穿段隧道洞身開挖方法的選擇。在處理鄭家灣隧道下穿引水隧道影響段加固過程是非常危險和艱難的，但經(jīng)過設計單位和地質勘察單位多次現(xiàn)場實際調研，以及施工單位的積極配合將損失最大化降低。

我們經(jīng)過認真分析總結，鄭家灣隧道引水隧道洞身出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象是可以避免的，在以后類似隧道下穿已有隧道或建筑物施工時，我們要認真分析地質情況，隧道的開挖方法，季節(jié)性對水的影響，分析出一系列不利因素，避免盲目施工造成的安全質量風險，從而避免不必要的經(jīng)濟損失。

參考文獻：

[1]公路隧道施工技術規(guī)范（JTG F60-2009）[S].

[2]公路隧道施工技術細則（JTG/T F60-2009）[S].

[3]貴州省遵義至綏陽高速公路延伸線兩階段施工設計圖鄭家灣隧道，貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司，2016年9月.

作者簡介：史開文（1986-），男，貴州黔西人，本科，工程師，研究方向：公路工程。