高速公路隧道下穿引水隧道施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

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

關(guān)鍵詞：高速公路隧道;下穿;引水隧道;經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1 工程概況

綏正高速公路是貴州省遵義至綏陽(yáng)高速公路的延伸線，項(xiàng)目位于遵義市正安縣、綏陽(yáng)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(yáng)縣城西側(cè)，終點(diǎn)順接正在運(yùn)營(yíng)的綏陽(yáng)至遵義高速公路起點(diǎn)，起點(diǎn)里程K0+000，終點(diǎn)里程K46+472.886，路線全長(zhǎng)46.727km，鄭家灣隧道為分離式中隧道，左幅隧道起止樁號(hào)為ZK1+405～ZK2+405，長(zhǎng)1000m，最大埋深約156m，右幅隧道起止樁號(hào)為YK1+432～YK2+360，長(zhǎng)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(kāi)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(kāi)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(diǎn)前后40米范圍內(nèi)，要求引水隧道產(chǎn)權(quán)方停水，給予相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，高速公路隧道在施工至交叉點(diǎn)前后10米范圍內(nèi)進(jìn)行襯砌支護(hù)加固并采用冷開(kāi)挖方式通過(guò)。

2 施工過(guò)程

根據(jù)鄭家灣隧道設(shè)計(jì)文件，施工單位制定了《鄭家灣鄭家灣隧道洞身開(kāi)挖引水隧洞段安全專項(xiàng)施工方案》并組織專家進(jìn)行論證，按程序進(jìn)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(jìn)行加固施工，采用SX-Vt襯砌結(jié)構(gòu)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(diǎn)前后10米范圍內(nèi)開(kāi)洞身開(kāi)挖方式采用冷開(kāi)挖，不得進(jìn)行爆破開(kāi)挖，避免對(duì)上方引水隧道造成擾動(dòng)。

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(diǎn)前50m，由于上方引水隧道并沒(méi)有任何異動(dòng)，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(diǎn)40米位置時(shí)，建設(shè)單位向引水隧道產(chǎn)權(quán)方提出停水要求，產(chǎn)權(quán)方積極相應(yīng)按時(shí)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(kāi)挖引水隧洞段安全專項(xiàng)施工方案》組織施工，初次襯砌下穿完成超出交叉點(diǎn)10米位置，施工單位采用爆破施工，此時(shí)引水隧道洞身出現(xiàn)垮塌。綏正高速公路建設(shè)單位積極組織施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位、地勘單位相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘確定引水隧道的支護(hù)加固方案。

3 引水隧道垮塌原因分析

3.1 地質(zhì)分析

根據(jù)鄭家灣隧道地勘圖紙，ZK2+205～ZK2+405段地質(zhì)情況為頂板埋深2.8～90.5m，隧道圍巖為強(qiáng)、中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈松散狀結(jié)構(gòu)，Rc=12MPa、Kv=0.3、Kl=0.4，[BQ]=161，自穩(wěn)能力差，無(wú)支護(hù)時(shí)受震動(dòng)易產(chǎn)生大規(guī)模的崩塌甚至冒頂。大氣降雨時(shí)，隧道開(kāi)挖后洞內(nèi)可能產(chǎn)生潮濕狀、點(diǎn)滴狀出水。根據(jù)地勘描述，該段圍巖等級(jí)為V級(jí)，圍巖穩(wěn)定性差，上方引水隧道圍巖等級(jí)與鄭家灣隧道圍巖等級(jí)一致，甚至比鄭家灣隧道圍巖差，現(xiàn)場(chǎng)勘察引水隧道洞身施工完全沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的支撐與防護(hù)，大部分屬于無(wú)防護(hù)裸洞，局部也只是洞身噴射混凝土，通水時(shí)在水壓力作用下基本上保持洞身平衡，斷水時(shí)局部洞身開(kāi)始掉塊、脫落、出現(xiàn)細(xì)小裂縫。裂隙也較發(fā)育，容易進(jìn)入水分，導(dǎo)致巖石風(fēng)化加速，特別是長(zhǎng)期泡在水里的巖面，長(zhǎng)期斷水經(jīng)裂隙風(fēng)吹自然開(kāi)始風(fēng)化脫落，甚至失去平衡墻面穩(wěn)定的強(qiáng)度。由于較差的圍巖等級(jí)，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(rùn)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(shí)數(shù)1113.6小時(shí)。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(diǎn)施工時(shí)間段為2018年1月份，此時(shí)剛好為冬季，降水量較少，空氣中含水率較低，對(duì)洞身圍巖面影響也教小，鄭家灣隧道右幅施工時(shí)，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(dāng)施工鄭家灣隧道左幅時(shí)，正值4月份雨季來(lái)臨，經(jīng)常降雨導(dǎo)致引水隧道洞內(nèi)空氣濕度較大，對(duì)巖面影響較大，這也是為什么左洞施工時(shí)，引水隧道停水后巖面塌方、脫落較為嚴(yán)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(wú)水壓導(dǎo)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(qiáng)、中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖遇水后容易失去強(qiáng)度，導(dǎo)致巖面更加容易破壞垮塌。

3.3 爆破施工分析

根據(jù)設(shè)計(jì)文件明確要求，對(duì)下穿引水隧道的高速公路隧道，設(shè)計(jì)采取特殊設(shè)計(jì)和開(kāi)挖方式，隧道開(kāi)挖采用非爆破開(kāi)挖（冷開(kāi)挖）（左右幅各20m）。除冷開(kāi)挖外，在引水隧道前后各50m范圍隧道要采用爆破，爆破振動(dòng)速度應(yīng)控制不超過(guò)2cm/s，對(duì)引水隧道影響段采用工字鋼架進(jìn)行臨時(shí)加固，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況是由于施工場(chǎng)地限制，并不能在引隧道影響段采用工字鋼架進(jìn)行臨時(shí)加固，并且在引水隧道前后各50m范圍進(jìn)行爆破時(shí)，并沒(méi)有嚴(yán)格監(jiān)控振動(dòng)速度，將振動(dòng)速度很好的控制在2cm/s以內(nèi)。爆破控制的嚴(yán)格性和臨時(shí)加固重要性沒(méi)有得到落實(shí)，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(guò)程中的控制

高速公路隧道下穿引水隧道段在施工過(guò)程中的控制主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面：首先，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件采取相應(yīng)的超前支護(hù)措施，控制開(kāi)挖進(jìn)尺，及時(shí)進(jìn)行襯砌支護(hù)及加固，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取設(shè)計(jì)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(shí)間，從而縮短引水隧道斷水后洞身內(nèi)側(cè)處于無(wú)反壓力時(shí)間和洞身面暴露時(shí)間，最大程度降低安全風(fēng)險(xiǎn)。最后，提前做好引水隧道的洞身面防護(hù)，提前對(duì)引水隧道影響段進(jìn)行噴射混凝土處理，防止影響段洞身進(jìn)一步風(fēng)化、脫落、坍塌，從而引起質(zhì)量安全事故，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 施工季節(jié)的選擇

隧道防排水設(shè)計(jì)一般應(yīng)遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”，使隧道洞內(nèi)基本干燥，保證結(jié)構(gòu)和設(shè)備的正常使用及行車(chē)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(cè)有流水，對(duì)墻壁有水壓與墻后壓力相互作用保持平衡狀態(tài)。當(dāng)斷水季節(jié)選擇在雨季時(shí)，巖隙水從墻壁后向墻壁前有水壓力，此時(shí)洞內(nèi)無(wú)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(jìn)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(guò)重導(dǎo)致巖石風(fēng)化加劇從而失去強(qiáng)度破壞。

4.3 隧道開(kāi)挖方法的選擇

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)段高速公路隧道洞身開(kāi)挖，按設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行開(kāi)挖。在高速公路隧道與引水隧道交叉點(diǎn)前后各10m范圍內(nèi)，采用冷開(kāi)挖方式進(jìn)行施工，在引水隧道前后各50m范圍隧道采取爆破時(shí)，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)速度不超過(guò)設(shè)計(jì)要求，并按要求對(duì)引水隧道影響段進(jìn)行相應(yīng)的臨時(shí)加固。

5 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)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(jié)出造成引水隧道塌方，洞內(nèi)洞身脫落、開(kāi)裂的主要因素是鄭家灣隧道該段地質(zhì)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(kāi)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(guò)程是非常危險(xiǎn)和艱難的，但經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位和地質(zhì)勘察單位多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)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(guò)認(rèn)真分析總結(jié)，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(shí)，我們要認(rèn)真分析地質(zhì)情況，隧道的開(kāi)挖方法，季節(jié)性對(duì)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(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，從而避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

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

作者簡(jiǎn)介：史開(kāi)文（1986-），男，貴州黔西人，本科，工程師，研究方向：公路工程。