特長隧道施工過程中的技術(shù)難題及解決措施

蔡 欣

中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710016

某特長隧道施工長度為8300m，埋深在20～930m，隧道所處地質(zhì)條件復(fù)雜，影響因素較多，施工難度較大。在該特長隧道的施工中，存在長距離通風(fēng)等重難點問題，并且該隧道存在周邊圍巖巖層穩(wěn)定性差、地質(zhì)斷層現(xiàn)象明顯、節(jié)理裂隙密集發(fā)育等不良地質(zhì)現(xiàn)象，屬高風(fēng)險的特長隧道施工，經(jīng)綜合評估，判定該隧道的施工風(fēng)險等級為5級。

1 特長隧道施工過程中的技術(shù)難題

（1）巖層滑移變形。在該隧道的施工過程中，隧道周圍地質(zhì)土層中的巖石性質(zhì)為泥灰?guī)r，巖體風(fēng)化現(xiàn)象嚴重，同時因巖層性質(zhì)較軟，在擠壓的過程中變形現(xiàn)象嚴重，巖體易破碎。由于隧道的開挖施工，引起隧道周圍的圍巖中應(yīng)力重分布，在開挖的持續(xù)施工過程中，形成若干組剪切滑移面，并開始向洞內(nèi)不斷滑移，導(dǎo)致在隧道施工的早期出現(xiàn)初期支護破壞嚴重、二次襯砌開裂變形等嚴重施工技術(shù)問題。

（2）隧道內(nèi)涌水。在該隧道的施工過程中，受到施工區(qū)域周圍地質(zhì)構(gòu)造的影響，隧洞周邊圍巖穩(wěn)定性差。隧址區(qū)存在著地下水豐富，在施工過程中滲水現(xiàn)象嚴重，特別是在巖層的交界位置，花崗巖中因存在著大量的承壓水，一旦該巖層開挖，或者被擊穿，都將造成大量涌水現(xiàn)象發(fā)生。在施工過程中，最大的涌水量達1500m3/h[1]。同時，由于該隧道距離周圍的村莊較近，在發(fā)生隧道內(nèi)涌水現(xiàn)象的同時，直接影響了附近村莊中群眾的用水問題，也影響施工質(zhì)量、施工效益。

（3）長距離抽排水。在該隧道的施工過程中，因為地質(zhì)條件復(fù)雜、斷層廣泛分布、地下水系發(fā)育分布集中，存在涌水現(xiàn)象，所以需要同時加強對隧道施工開展抽排水的作業(yè)。其中，在斜井和主洞的施工中，大多數(shù)的里程為下坡洞現(xiàn)象，施工距離約為3000m。長距離的隧道內(nèi)施工，以及涌水、滲水等現(xiàn)象的發(fā)生，很容易引起圍巖的坍塌、洞內(nèi)水淹等問題，需要及時開展抽排水操作。但在抽排水的操作過程中，存在反坡抽排的技術(shù)難題。

（4）長距離通風(fēng)。長距離的隧道施工存在通風(fēng)困難等施工難點。根據(jù)施工方案，該隧道的長距離施工被分成三個區(qū)段，采取從兩端向中間的施工方式同時掘進施工。為了解決長距離通風(fēng)的問題，設(shè)置了2條通風(fēng)斜井，其中1號斜井在進入主洞之后，設(shè)置4個工作面，開展大小兩個里程的同時施工任務(wù)。其中，受到施工方法、施工設(shè)備等因素的綜合影響，在該隧道施工的過程中，斜井內(nèi)的通風(fēng)問題相對較大，存在不暢通的現(xiàn)象。

2 針對巖層變形問題的施工關(guān)鍵技術(shù)

對于施工中存在的巖層變形問題，結(jié)合隧道工程的施工特點，通過四個方面的施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，確保了施工質(zhì)量。

（1）在施工的過程中注重對各種數(shù)據(jù)的監(jiān)測，通過使用現(xiàn)代化的監(jiān)控量測技術(shù)，獲得準確的監(jiān)控數(shù)據(jù)，對圍巖結(jié)構(gòu)、支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行校核計算，根據(jù)數(shù)據(jù)計算的結(jié)果，不斷調(diào)整圍巖的級別、支護的級別，有效應(yīng)對變形問題帶來的不良影響。

（2）在施工的初期階段，在支護施工的過程中，要求對使用的支護鋼拱架形成封閉的施工狀態(tài)，在各種不穩(wěn)定的地質(zhì)影響中，盡快形成完整、封閉的支護結(jié)構(gòu)，承載施工過程中的各種負荷，確保受力均勻。

（3）施工時結(jié)合地質(zhì)情況調(diào)研數(shù)據(jù)分析，綜合運用超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)、超前支護技術(shù)、超前加固技術(shù)等施工技術(shù)，不斷提高預(yù)測的準確性[2]。例如，在應(yīng)用超前支護技術(shù)時對支護的鋼拱架間距進行調(diào)密處理，增加工字鋼型號的應(yīng)用，進行錨管加粗設(shè)置等，通過多種方式結(jié)合，切實發(fā)揮初期支護的效果。

（4）在施工的過程中重點控制施工方法的選擇、支護措施的選擇、襯砌施工質(zhì)量的控制等環(huán)節(jié)。使用分部開挖方法，每完成一次開挖之后，要立即形成封閉環(huán)后再開展后續(xù)開挖，確保開挖過程的支護安全、襯砌質(zhì)量，有效應(yīng)對變形問題。

3 針對涌水問題的施工關(guān)鍵技術(shù)

針對該隧道施工過程中存在的涌水問題，采用止?jié){墻承壓的方式，對涌水嚴重的施工段進行全斷面雙漿液注漿堵水。

（1）掌子面涌水段的處理。掌子面水涌現(xiàn)象發(fā)生時水壓較大，為了保證止?jié){墻的穩(wěn)定性，需要將止?jié){墻設(shè)置成階梯的形狀，上下兩個部分的厚度不同，并使用混凝土進行澆筑處理，確保止?jié){墻的穩(wěn)定應(yīng)用。另外，在掌子面和沿邊墻的周圍設(shè)置鋼筋錨桿，并將該錨桿和止?jié){墻的鋼筋網(wǎng)片進行連接，形成整體性的效果，在錨桿拉力、漿液握裹力的共同作用中，減少止?jié){墻的后移現(xiàn)象，確保一次性注漿成功。同時，需對止?jié){墻、邊墻等位置進行灌漿處理，避免出現(xiàn)漏漿的現(xiàn)象[3]。

（2）堵水設(shè)施的預(yù)埋設(shè)。在該項施工技術(shù)的應(yīng)用中，需要提前設(shè)置各種堵水設(shè)施，如在止?jié){墻中焊接法蘭盤，在預(yù)埋孔的鉆孔中使用大小相適宜的鉆頭。在造孔開始之前，要提前設(shè)置防噴設(shè)施，對涌水過程中的水壓問題進行處理，以確保鉆機造孔施工的順利開展。

（3）雙漿液的選擇應(yīng)用。根據(jù)該隧道施工中涌水現(xiàn)象的實際情況，選擇使用水泥、水玻璃漿液組合的雙漿液開展堵水作業(yè)。在具體堵水灌漿的過程中，采用孔口封閉的一次性灌漿方法，根據(jù)具體的涌水情況，調(diào)整灌漿的順序，確保灌漿、堵水作業(yè)成功[4]。通過該項技術(shù)的應(yīng)用，有效地解決了隧道施工中的涌水問題，并且有效防止了地下水資源的過度浪費，確保了周圍群眾的生活用水安全。

4 針對長距離抽排水問題的施工關(guān)鍵技術(shù)

在該隧道的施工過程中，抽排水問題主要發(fā)生在1號斜井的操作過程中。為此，采取分段排水的方案，將整個抽排水分為3個階段：第一階段對斜井的施工過程進行抽排水；第二階段對順坡的施工過程進行抽排水；第三階段對反坡的施工過程進行抽排水。

（1）針對斜井施工段的抽排水操作，通過設(shè)置泵站，以最大的抽排水任務(wù)量進行計算，安設(shè)6臺離心泵確保抽排水作業(yè)的效率。

（2）針對順坡施工過程中的抽排水作業(yè)，將集水坑集中的水轉(zhuǎn)到1號泵站中進行抽排，確保順坡段的抽排水順利進行。

（3）針對反坡施工過程中的抽排水作業(yè)，要使用分級泵站、接力排水的方法，在2號、3號、4號泵站的接力應(yīng)用過程中確保抽排水作業(yè)的順利進行。其中，在不同泵站的排水操作過程中，要根據(jù)整體隧道的施工方案，提前設(shè)置排水的線路，對各個不同的泵站選擇搭配使用不同的泵機，確保對施工中存在的不同涌水進行及時抽排。通過這種分段抽排水的方法，有效地實現(xiàn)了快速抽排水，有效改善了施工中存在的涌水、滲水問題。

5 針對長距離通風(fēng)問題的施工關(guān)鍵技術(shù)

針對該隧道施工中長距離通風(fēng)的技術(shù)難點，從加強風(fēng)機選型、通風(fēng)設(shè)計、風(fēng)倉設(shè)計等方面著手[5]。在該隧道的施工過程中，隧道的斜井在進入主洞之后，呈現(xiàn)出“土”字形的施工特點，在上坡施工時平均掘進的長度為2.5km；在下坡施工的過程中，平均掘進的長度為3.0km。其中，在下坡施工的過程中斜井和主洞之間存在夾角問題，不能很好地實現(xiàn)通風(fēng)、排煙的效果。針對這種特點，運用上下兩種通風(fēng)組合的方式，確保風(fēng)倉的正常運行。在風(fēng)倉的作用下，整個通風(fēng)系統(tǒng)得到了調(diào)節(jié)、平衡，對不同的掌子面進行平均風(fēng)量的分配。在風(fēng)倉的運行過程中，通過使用數(shù)值模擬的方法，對風(fēng)倉的斷面、長度、高度等數(shù)據(jù)進行計算。通過這種有效的方法，解決了該隧道施工過程中存在的通風(fēng)排煙問題。另外，對現(xiàn)場的風(fēng)量進行檢測發(fā)現(xiàn)，透過可調(diào)壓風(fēng)倉的設(shè)計，能夠充分保障整個施工過程中對風(fēng)量的需求，改善施工過程中的空氣質(zhì)量。

6 結(jié)束語

在特長隧道的施工過程中，因地質(zhì)條件等限制因素的影響，會出現(xiàn)不同的施工技術(shù)難點，影響施工的進度、質(zhì)量。因此，加強對施工關(guān)鍵技術(shù)的研究，是保障施工順利進行的基礎(chǔ)，也是特長隧道安全施工的主要內(nèi)容。隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的特長隧道施工質(zhì)量將得到更好的保障，進而促進我國交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。