卵礫石地層淺埋段隧道建設(shè)的若干思考及建議

李志帥 薛慎驍

摘 要：大力加山特長(zhǎng)隧道是青海省大循高速公路重點(diǎn)工程，其循化端洞口地層為沖積成因卵石、漂石及砂礫土，該段落約有400多米長(zhǎng)，工程建設(shè)難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。本文基于工程實(shí)際案例，就卵礫石地層淺埋段隧道建設(shè)提出幾點(diǎn)思考與建議，可為今后類似隧道工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道工程;卵礫石;跟管法;管井降水;雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)

1.引言

近年來，我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)已經(jīng)步入飛速發(fā)展階段，且正在向中西部山區(qū)逐步延伸，公路隧道建設(shè)過程中穿越的地質(zhì)環(huán)境也越來越復(fù)雜，針對(duì)各種特殊地質(zhì)的隧道設(shè)計(jì)工作也愈顯重要。卵礫石地層的各種性質(zhì)介于軟巖與土之間，是一種復(fù)雜的特殊地質(zhì)。本文結(jié)合青海省大循高速公路工程大力加山隧道案例，就卵礫石地層淺埋段隧道建設(shè)提出幾點(diǎn)思考與建議，可為今后類似工程提供參考和借鑒。

2.工程概況

大力加山隧道位于青海省循化縣境內(nèi)，是一座上、下行分離的四車道高速公路特長(zhǎng)隧道。隧道左線起訖樁號(hào)為ZK13+310～ZK18+771，全長(zhǎng)5461m。隧道區(qū)屬構(gòu)造剝蝕高山地貌區(qū)隧道范圍內(nèi)中線高程2955m～3605m，地形起伏大。

大力加山隧道循化端洞口段（ZK18+320-ZK18+771）最大埋深約67m，圍巖主要為第四系上更新統(tǒng)卵石，稍濕，級(jí)配不良、密實(shí)、亞圓形，一般粒徑50-200mm，含量約60%，最大粒徑500mm，充填物主要為砂及粉質(zhì)黏土，圍巖自穩(wěn)能力差，隧道開挖極易坍塌，地下水主要為第四系孔隙潛水，隧道開挖以淋雨?duì)?、涌流狀出水，圍巖級(jí)別綜合判定為V級(jí)。

隧址區(qū)主要地表水體為春夏季節(jié)冰雪融化水及雨季沖溝內(nèi)短暫性流水，水量受季節(jié)降雨控制，急漲急落。

3.跟管鉆進(jìn)法施作超前大管棚

在隧道地質(zhì)條件較差的洞口段及坍塌后可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果的洞身地段，宜采用超前長(zhǎng)管棚[1]。大管棚支護(hù)成功的技術(shù)關(guān)鍵是管棚鉆孔的施工，難點(diǎn)則是管棚的成孔。不僅需要管棚成孔的傾斜角和方位角左右、上下偏差滿足要求，而且還要保證鉆孔成孔后孔內(nèi)干凈，能夠順利地將Ф108管棚鋼管下到位[2]。

3.1.設(shè)計(jì)方案

大力加山隧道距洞口30m范圍的淺埋段采用Ф108超前大管棚預(yù)支護(hù)，環(huán)向距離40cm。管棚鋼管采用節(jié)長(zhǎng)4～6m、Ф108×6熱軋無縫鋼管，以長(zhǎng)15cm的絲扣連接，打設(shè)外插角為1°～2°，相鄰接頭應(yīng)錯(cuò)開。鋼管上按梅花形間距10cm鉆φ10～12mm的小孔，打設(shè)完成后在鋼管中壓注水泥漿，注漿初壓0.5～1MPa，終壓2～2.5MPa，注漿結(jié)束后在鋼管內(nèi)放入由三根Ф22鋼筋制成的鋼筋籠，然后用M30號(hào)水泥砂漿充填，以增強(qiáng)鋼管的強(qiáng)度和剛度。注漿實(shí)際采用配比根據(jù)施工工藝水平現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

3.2.跟管鉆進(jìn)法施工

傳統(tǒng)大管棚施工通常采用地質(zhì)鉆孔法，該施工方法需帶水作業(yè)，鉆孔后安裝管棚，鉆孔過程中擾動(dòng)土體，遇到礫石極易卡鉆，成孔困難，施工工藝難以實(shí)施。土層應(yīng)力重新分布后固結(jié)沉降，一般情況下土體沉降不少于8～10mm。

將偏心擴(kuò)孔鉆頭跟管鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于管棚施工，可有效解決管棚在卵礫石地層施工中鉆進(jìn)效率低、成孔困難的難題，是一種有效的成孔方法并能確保管棚支護(hù)技術(shù)在隧道工程施工中的成功應(yīng)用。具體施工工序?yàn)椋涸O(shè)混凝土套拱（內(nèi)含3榀鋼拱架）→搭設(shè)鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)→鉆機(jī)安裝就位→跟管成孔→清孔→頂管作業(yè)→拔出跟管→注漿。

4.管井法降水

地下水是否及時(shí)引排對(duì)隧道開挖施工安全至關(guān)重要。隧道防排水應(yīng)遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則[3]。

4.1.施工降水方案制定

大力加山隧道卵礫石地層淺埋段最初的設(shè)計(jì)并未采取大范圍的降水措施，而是采用以雙排小導(dǎo)管注漿作為超前支護(hù)的基本輔助工法。隧址區(qū)主要地表水體為春夏季節(jié)冰雪融化水及雨季沖溝內(nèi)短暫性流水，由于卵礫石地層透水性強(qiáng)，隧道開挖面出水量較大，在施工過程中，隧道掌子面常出現(xiàn)拱部坍塌、涌泥涌砂險(xiǎn)情，難以保證施工安全，延緩工程進(jìn)度。為此，建設(shè)各方根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況開展技術(shù)方案論證，提出了“地面降水、洞內(nèi)引排水相結(jié)合，確保隧道開挖支護(hù)在基本無水狀態(tài)下施工”的思路。設(shè)計(jì)方案中增加了地表管井降水，隧道開挖后掌子面涌水顯著減少，工程實(shí)踐證明，這是確保隧道施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度的有效措施。

4.2.管井降水設(shè)計(jì)

大力加山隧道卵礫石地層井點(diǎn)降水段落：ZK18+478-ZK18+630。具體布置見圖1。

掌子面前方2個(gè)斷面同時(shí)降水（8個(gè)深井同時(shí)抽排水），每井抽水周期按20天計(jì)，每天水泵24小時(shí)不停抽水，洞內(nèi)施工至深井位置前1m處時(shí)，停止該處深井抽水作業(yè)，并用M7.5水泥砂漿填充該降水井，以防隧道運(yùn)營(yíng)期間地表水下滲。降水井深度根據(jù)各井位置隧道埋深而定，原則上井深到達(dá)仰拱以下2m。具體施工工序：確定井位→確定井深→鉆機(jī)安裝就位→跟管成孔→安裝井管（Φ110*6mm鍍鋅鋼管）→拔出跟管→機(jī)械洗井→下入水泵抽排降水。

5.雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)

隧道施工時(shí)，如果掌子面不穩(wěn)定，施工的安全性無法保障，則不能進(jìn)行開挖。雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)是一種有效的預(yù)加固技術(shù)，通過將水泥或水玻璃等膠凝材料壓注入軟弱松散地層或破碎圍巖裂隙中，使原有的松散土顆?；蛄严赌z結(jié)成一個(gè)整體，形成強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)新、防水性能良好的固結(jié)體，從而提高掌子面和拱頂?shù)姆€(wěn)定性，使施工的效率和安全性都能得到大大的提升。

5.1.設(shè)計(jì)方案

超前小導(dǎo)管采用壁厚4mm，外徑Ф42mm的熱軋無縫鋼管加工制成，鋼管前端加工成錐形，管壁四周鉆四排6mm壓漿孔，尾部焊接φ8鋼筋加勁箍。小導(dǎo)管在拱部按180°布設(shè)，外層小導(dǎo)管長(zhǎng)6m，排距3m，鋼管沿隧道周邊以30°外插角打入圍巖;內(nèi)層小導(dǎo)管長(zhǎng)3.5m，排距1.8m，鋼管沿隧道周邊以6°～10°外插角打入圍巖。預(yù)注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿。

5.2.施工工藝

施工工藝流程：準(zhǔn)備（小導(dǎo)管加工成型、漿液配制）→定位放樣→鉆孔→安裝小導(dǎo)管→封閉孔→注漿→掌子面開挖。

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，大力加山隧道的洞口段的拱頂變形、周邊位移及地表沉降等均滿足規(guī)范要求，實(shí)踐表明在卵礫石地層中采用雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)方案是成功的。與大管棚超前支護(hù)法相比，該方法造價(jià)更低、技術(shù)更易掌握、施工更便捷、工期更短，且有效保證了進(jìn)洞安全。

6.結(jié)語

卵礫石地層隧道開挖時(shí)極易造成坍塌，工程建設(shè)難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。本文基于工程實(shí)際案例，就卵礫石地層淺埋段隧道建設(shè)提出三點(diǎn)建議：跟管鉆進(jìn)法施作超前大管棚、管井法降水、雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)。實(shí)踐證明，這幾項(xiàng)措施可有效保證卵礫石地層隧道建設(shè)的順利進(jìn)行，可為今后類似隧道工程提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]JTG/T D70-2010，公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[2]周新莉.跟管鉆進(jìn)在高速公路隧道管棚支護(hù)工程中的應(yīng)用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，（4）：78—79.

[3]JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].