淺談全強風(fēng)化花崗巖地層隧道施工難點及防護

劉大偉

（中國鐵路昆明局集團有限公司滇西鐵路建設(shè)指揮部，云南大理 671000）

1 工程概況

勐麻1#隧道項目位于我國云貴高原西南部地區(qū)，隧道全長達到了2328m，隧道洞身最大埋深174m，最小埋深6m?？v向設(shè)計為人字坡，變坡點在DK202+200 處。在坡度方面，由+4‰增長到+16‰。具體施工期間，將隧道分為兩個施工區(qū)：進口區(qū)、出口區(qū)，隧道進口、出口均采用明洞門。其中，進口采用的是雙耳墻形式，出口采用的是單壓形式。進洞口與南令河大橋相連，出洞口與回龍河大橋相接。其中，圖1 為隧道工程施工現(xiàn)場圖。

圖1 隧道施工現(xiàn)場

2 工程地質(zhì)與水文狀況分析

勘測資料表明，該隧道的圍巖級別屬于Ⅴ級。由于工程現(xiàn)場位于歐亞板塊和印度板塊的相交位置處，在受到板塊碰撞作用的影響下，工程現(xiàn)場的構(gòu)造形跡相對復(fù)雜，并且存在著強烈的沉積作用以及巖漿活動、變質(zhì)作用，場地區(qū)域構(gòu)造主要是下南來斷裂、半坡橫斷裂。①半坡橫斷裂為逆斷層，向北東向延伸3.2km，斷裂傾向北西，傾角45°，斷裂帶的寬度達到了10m，有石英脈相伴產(chǎn)出。走向N45°E，傾向NW，該距離場地最小距離2.4km。②下南來斷層向北西向延伸3.2km，斷裂傾向向北東，傾角介于25°～66°之間?？睖y工作發(fā)現(xiàn)，隧道周圍巖體存在著明顯的壓碎、褪化現(xiàn)象，并且分布著平行裂面，填充物質(zhì)主要以石英脈和斷層泥壓碎巖為主，裂面呈現(xiàn)出舒緩的波狀，其走向為N28°W，傾向NE，裂面距離場地最小距離1.5km。線路主要經(jīng)過印支期侵入體（γm51）黑云混合花鋼巖、二長混合花崗巖。受構(gòu)造及風(fēng)化影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化嚴重。③在施工區(qū)域范圍內(nèi)，地表分布著南町河，屬怒江水系河流，受降雨控制，水位變化較大，由南向北流全長311km。分布于隧道進出口及洞身上主要河流有南令河、回龍河等，河流均由東往西流，并流入南淀河，勘測期間為雨季，水面寬為3～8m，水深介于0.1～1.5m，流量主要在0.2-1m3/s 之間。在受到大氣降水與基巖裂隙水的影響下，河流中常年有流水，但流量隨季節(jié)性變化明顯。地表水對混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕性。

3 施工難點分析

首先，在本隧道項目中，圍巖級別屬于V 級，隧道的進口、出口段主要以粉質(zhì)黏土層與全風(fēng)化層為主，土層的覆蓋深度較厚，邊坡容易出現(xiàn)失穩(wěn)問題。其次，由于圍巖的等級較低，因而施工期間的支護工作難度較大，施工區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境較為特殊，施工時存在著較大的安全風(fēng)險。此外，本工程施工的重難點主要體現(xiàn)在施工過程中可能發(fā)生圍巖失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害。另外，隧道在穿越斷層破碎帶期間，可能引發(fā)塌方問題。

3.1 邊坡失穩(wěn)

相比于其他巖層結(jié)構(gòu)而言，全強風(fēng)化花崗巖中含有較多的云母，使得土體結(jié)構(gòu)的松散性大大提高。同時，全強風(fēng)化花崗巖的水穩(wěn)性相對較差，因而極容易引發(fā)邊坡失穩(wěn)問題。此外，邊坡巖土體主要處于受壓狀態(tài)，不存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。在受到開挖施工的影響下，巖體將受到不同程度的擾動，隨著擾動區(qū)域的不斷增大，邊坡巖土體無法繼續(xù)維持原來的穩(wěn)定狀態(tài)，因而容易引發(fā)滑坡等問題。鑒于此，隧道施工過程中要盡可能降低開挖擾動效應(yīng)，并及時做好支護工作。

3.2 坍塌、冒頂問題

大量工程實踐表明，在開展隧道項目施工期間，如果施工現(xiàn)場的花崗巖處于全強風(fēng)化的狀態(tài)，那么將對隧道施工產(chǎn)生極為不利的影響。受全強風(fēng)化作用的影響，圍巖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出砂土狀，其穩(wěn)定性大大降低。如果圍巖中的含水量較少，那么在圍巖開挖期間容易引發(fā)滑塌問題。但是，隨著施工現(xiàn)場的含水量的不斷增大，在受到圍巖蠕變特性的影響下，變形控制難度將大大增加，并且會給施工環(huán)節(jié)帶來極大的風(fēng)險。另外，由于花崗巖較為致密，滲透系數(shù)相對較，因而還會對注漿加固工作帶來一定的不便。在進行勐麻1#隧道施工時，掌子面出現(xiàn)了大范圍的坍塌，變形問題。

4 全強風(fēng)化花崗巖地層隧道施工防護措施分析

4.1 采用光面爆破，加強對超欠挖問題的控制

①爆破期間通過對隧道巖性結(jié)構(gòu)以及圍巖級別做出分析之后，最終決定采用光面爆破技術(shù)進行施工。每一循環(huán)爆破工作之后，對本次的爆破效果做出深入的分析，并結(jié)合爆破效果對爆破參數(shù)做出合理的調(diào)整。需要注意的是，爆破過程中應(yīng)確保輪廓的圓順效果，防止超挖、欠挖等問題的發(fā)生。②為避免施工期間出現(xiàn)超欠挖問題，主要采取了以下措施：首先，嚴格落實定人、定崗、定責(zé)機制，將各項施工責(zé)任嚴格落實到個人。同時，建立了相應(yīng)的獎罰機制，提高爆破作業(yè)的管理質(zhì)量。其次，在每一循環(huán)爆破開始之前，要嚴格做好掌子面的測量放線工作，對于開挖的輪廓線進行明確的標注，并對炮眼位置進行嚴格把控。

4.2 加強襯砌施工質(zhì)量管控

在本隧道工程中，二次襯砌的仰拱、邊墻以及拱頂位置處，主要采用防水耐腐混凝土進行施工。具體施工期間，用到了12m 襯砌臺車，并對其進行整體澆筑。工程中所使用的混凝土主要來自拌合站的集中拌合，并根據(jù)施工需求輸送到相應(yīng)的澆筑地點。之后，再利用泵送裝置將混凝土泵入到襯砌臺車模板內(nèi)。測量發(fā)現(xiàn)，本工程中襯砌結(jié)構(gòu)的變形量達到了預(yù)計總量的80%以上，變形速率也存在逐步減緩的發(fā)展趨勢。通過做好襯砌施工質(zhì)量的管控，能夠有效防止坍塌、突泥突水等問題的發(fā)生。施工環(huán)節(jié)中，應(yīng)重點注意以下問題：首先，施工之前要對襯砌臺車進行準確的定位，確保隧道中線位置和襯砌臺車的中線位置保持一致。之后，要做好拱墻模板的固定工作。此外，還要對基底存在的雜物、積水以及浮碴等物質(zhì)進行清理?；炷翝仓陂g，要嚴格遵循“自下而上、先墻后拱”的原則進行澆筑，并且要提高澆筑過程的對稱效果。為避免混凝土發(fā)生離析等問題，施工時要將混凝土的傾落高度控制在2m 以內(nèi)。如果傾落高度超過了2m，要使用專門的滑槽、串筒等工具，使混凝土順利的被輸送到預(yù)留的孔口處。另外，為提高混凝土澆筑環(huán)節(jié)的密實效果，使用了高頻振搗器對混凝土進行振搗。當混凝土的強度達到2.5MPa，就可以著手開展脫模工作。脫模之后，要利用噴霧灑水的養(yǎng)護方式對混凝土養(yǎng)護14d。其中，圖2 為襯砌結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 襯砌結(jié)構(gòu)

4.3 超前地質(zhì)預(yù)報

通過做好超前地質(zhì)預(yù)報，可以為施工方案與相關(guān)防治措施的制定提供重要依據(jù)。在本隧道項目的施工期間，對重點地段進行了超前地質(zhì)預(yù)報，主要采用的方法為超前鉆探、地質(zhì)素描。具體實施過程中，首先對設(shè)計工作反映出的不良地質(zhì)地段，提前做好前方50m 的探測。探測時用到了TSP203 型號的地震波探測儀。一方面，在開展超前水平鉆孔工作時，在每個斷面布置了五個孔，并從其中的一個鉆孔中鉆取巖芯。超前水平鉆孔每30m 循環(huán)一次，每次循環(huán)搭接的長度控制為5m。另一方面，每掘進循環(huán)一次，就進行一次地質(zhì)素描。這一過程中，主要用到的設(shè)備是地質(zhì)雷達。此外，通過對幾種不同的探測手段進行綜合應(yīng)用，并對探測結(jié)果做出綜合性的分析與驗證，進而為施工工作提供相應(yīng)的建議。合理開展超前地質(zhì)預(yù)報，對于坍塌、冒頂?shù)葐栴}的預(yù)防和治理發(fā)揮了重要的作用。

4.4 防水施工技術(shù)措施

隧道襯砌結(jié)構(gòu)存在著不同程度的滲漏水問題，這主要是由于地下水的處理方法不合理，并且襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量不達標。施工時按照要求采取了一級防水標準，具體的應(yīng)對措施如下：①積極做好洞口、洞頂排水。根據(jù)設(shè)計要求，施工期間在洞口、洞頂?shù)乇砦恢锰幮藿伺艑?dǎo)水溝，進而確保排水環(huán)節(jié)的暢通性。為有效解決地表水的下滲問題，施工時對地表洞穴進行了封堵。②在襯砌結(jié)構(gòu)的后面修筑了排導(dǎo)系統(tǒng)。在襯砌結(jié)構(gòu)的后面設(shè)置環(huán)向、縱向排水盲管，并對排水盲管的間距進行了嚴格把控。③提高防水層的施工質(zhì)量。施工環(huán)節(jié)中所選用的專業(yè)防水材料均滿足質(zhì)量要求。防水板施工期間使用了無釘鋪設(shè)施工工藝，鋪設(shè)之前對錨桿頭等相關(guān)雜物進行了全面的清理。對于防水板接頭位置的處理，采用的是雙縫焊接的方式。

4.5 變形控制技術(shù)措施

首先，施工期間對開挖循環(huán)進尺進行了嚴格的管理，進尺長度不能超過2m。同時，縮短了臺階的長度，施工時臺階長度不能大于洞徑。其次，加強施工測量工作，對二襯混凝土的施工時間進行嚴格控制，防止圍巖變形所引發(fā)的開挖斷面變小的問題。此外，斷面開挖過程中要適當增大斷面的尺寸，預(yù)留相應(yīng)的變形量。

5 結(jié)束語

在進行全強風(fēng)化花崗巖地段的隧道工程施工工作時，圍巖主要呈現(xiàn)砂土狀，其穩(wěn)定性較差、強度較低，因而圍巖變形控制有著一定的難度，施工風(fēng)險相對較高。具體施工環(huán)節(jié)中，要加強對各項防護措施的應(yīng)用，避免出現(xiàn)坍塌、邊坡失穩(wěn)等問題。