淺埋富水全風化花崗巖大斷面隧道施工安全技術(shù)控制

黎金

摘 要：隧道是重要的控制性工程，其對施工安全技術(shù)有很高的要求。特別是當隧道工程遇到超淺埋富水全風化花崗巖大斷面時，由于巖層風化嚴重且土體含水率較高，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，在開挖過程中極易發(fā)生位移變形等問題，對施工人員及現(xiàn)場機械的安全構(gòu)成了嚴重的威脅。因此施工單位應(yīng)充分了解隧道工程區(qū)域的地質(zhì)水文條件，制定合理且符合現(xiàn)場實際情況的安全措施，以保證施工順利進行。

關(guān)鍵詞：超淺埋富水;全風化花崗巖;大斷面;隧道工程;施工技術(shù)

以大嶺隧道為例，結(jié)合相關(guān)文獻記載內(nèi)容我認為淺埋富水全風化花崗巖大斷面施工時，應(yīng)從以下幾個方面著手安全控制。

1 大嶺隧道基本概況

1.1 工程概況

大嶺隧道位于揭陽市境內(nèi)，設(shè)計里程DK81+200～DK82+372，全長1 172 m。隧址區(qū)出露的地層巖性主要為第四系殘坡積土層（Qel+dl）。粉質(zhì)黏土，紅褐、黃褐色，硬塑，土質(zhì)不均，黏性較差，厚度2.0 m～12.9 m。主要分布于山體斜坡表層，隧道山頂處分布較薄，隧道進出口及淺埋段較厚。下伏基巖為燕山晚期第二次侵入黑云母花崗巖（γy2）。下伏基巖為燕山晚期第二次侵入黑云母花崗巖，全風化，褐黃色，黑云母花崗巖原巖為中粗粒結(jié)構(gòu)，風化后呈砂土狀，層厚約12.4 m～42.0 m;其下強風化，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎塊狀、塊狀，厚約2.0 m～18.0 m，其下為弱風化，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為石英、長石及黑云母等，巖質(zhì)堅硬，物探揭示弱風化基巖縱波波速為4 100 m/s～5 450 m/s。

1.2 大嶺隧道施工難點

從2018年5月持續(xù)到2018年8月，初期支護的沉降、變形較大，并多次發(fā)生小規(guī)模坍塌，長時間的沉降、溜坍累積導(dǎo)致地表出現(xiàn)下陷開裂，同時增加了透水通道，這段時間正是該地區(qū)的雨季，降雨非常集中，且當年的雨量明顯大于往年。地表裂縫增多進一步加劇地表水的下滲，降低隧道周邊圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，加快了初期支護的沉降、變形和局部溜坍的次數(shù)。

2 淺埋富水全風化花崗巖大斷面隧道施工安全技術(shù)措施分析

2.1 加固地表預(yù)處理施工安全技術(shù)措施

2.1.1 截排水施工安全控制要點

在隧道工程施工前，施工單位應(yīng)詳細勘察工程全線，應(yīng)提前采取排水措施。同時應(yīng)對淺埋區(qū)域進行壓實處理，確保其地表平整，且應(yīng)設(shè)置排水溝。淺埋區(qū)如有地表徑流存在的，應(yīng)采取改流措施，盡量繞避施工區(qū)域，以防止隧道頂部有積水形成，為其頂部排水創(chuàng)造條件[1]。此外，如果需要采取袖閥管注漿處理的，應(yīng)在施工前在相關(guān)區(qū)域設(shè)置環(huán)向截水溝作為臨時性的匯水截排設(shè)施。

2.1.2 注漿加固施工安全技術(shù)要點

由于大嶺隧道工程洞口段埋深較淺，施工初期通過大管棚注漿方式對淺埋富水全風化花崗巖進行有效的加固處理，但效果不佳，結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，與設(shè)計院溝通后，采用地表注漿的方式對其進行預(yù)加固，以保證施工的質(zhì)量安全。地表注漿前由設(shè)計院出具試驗段詳細注漿方案，通過地表注漿處理措施，加固巖體，增加巖體的自穩(wěn)能力，減少溜坍現(xiàn)象，提高換拱時安全性，地表注漿加固范圍為拱部以上8 m，左右邊墻外5.5 m范圍，注漿孔間距1.5 m*1.5 m，等邊三角形布置。施工過程中結(jié)合現(xiàn)場的實際情況以及現(xiàn)場試驗科學(xué)確定注漿分段長度、注漿壓力、注漿速度、漿液水灰比以及凝結(jié)時間等，以確保預(yù)加固處理效果能夠達到施工要求。

2.1.3 降水施工安全技術(shù)要點

為了使施工區(qū)域的地下水水位降低，采用了井點降水技術(shù)進行降水處理。降水施工時應(yīng)選擇與隧道工程開挖輪廓線外側(cè)相距約5 m處設(shè)置降水井，且井點布設(shè)應(yīng)采取雙排對稱方式，并要合理控制其縱向間距以及井點布設(shè)數(shù)量[2]。在鉆進成孔作業(yè)中可以根據(jù)實際情況選擇水壓法與清水鉆進技術(shù)相結(jié)合的施工方式，且應(yīng)合理控制降水井直徑以及深度等各項技術(shù)參數(shù)。在布設(shè)濾管時，應(yīng)用尼龍網(wǎng)對其外壁進行纏繞包裹。施工單位可以首先施作降水井3口左右，并通過現(xiàn)場抽水試驗以優(yōu)化工藝參數(shù)以及井間距離。如果在試驗中發(fā)現(xiàn)單井出水量未達到預(yù)期時，應(yīng)改用真空降水等其他降水技術(shù)。

2.1.4 處理地表裂縫施工安全控制要點

在隧道洞身開挖過程中應(yīng)指派專業(yè)技術(shù)人員對地表開裂或者沉降等情況進行連續(xù)動態(tài)觀測，一旦發(fā)現(xiàn)異常時應(yīng)及時采取砂漿封堵等措施，以避免對隧道結(jié)構(gòu)造成破壞。

2.1.5 超前支護施工安全技術(shù)措施

在對淺埋富水段進行支護施工時，要結(jié)合現(xiàn)場情況對支護設(shè)計的可行性進行審核，以保證施工的安全。在大嶺隧道施工實踐中采用的是小導(dǎo)管密排超前支護技術(shù)，利用風動鑿巖機通過導(dǎo)向孔將小導(dǎo)管插入推送到位，然后利用注漿充填技術(shù)施作支護結(jié)構(gòu)，以確保支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 隧道開挖支護施工安全控制

2.2.1 開挖施工安全控制要點

在隧道開挖施工中采用的是預(yù)留核心土的三臺階開挖技術(shù)，上臺階開挖施工時，每次應(yīng)只完成一榀鋼架的施工，而在開挖中下臺階時則應(yīng)結(jié)合具體的地質(zhì)條件進行相應(yīng)的調(diào)整，下臺階與仰拱同時開挖，以便初支及時成環(huán)。同時在上、中臺階局部設(shè)置臨時仰拱結(jié)構(gòu)，使隧道上斷面的初支及時封閉成環(huán)，控制隧道沉降。

在開挖時應(yīng)合理配置施工機械，并要適當結(jié)合人工作業(yè)方式，盡量避免出現(xiàn)擾動周邊巖體穩(wěn)定的現(xiàn)象。出現(xiàn)弱風化圓球狀夾雜在強風化砂巖中時，這種情況是較難處理的，采用液壓手持式劈裂棒方法進行處理。

在對富水較大施工段進行開挖時，預(yù)留沉降量應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際控制，而較小富水地段的沉落預(yù)留量則應(yīng)控制在50 cm左右。在開挖過程中應(yīng)加強對圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的觀測，并及時對開挖步距和進尺等工藝參數(shù)進行相應(yīng)的調(diào)整，一旦發(fā)現(xiàn)沉降明顯超出允許的范圍時，應(yīng)立即改用單工序循環(huán)作業(yè)方式，以保證施工的安全。

2.2.2 支護結(jié)構(gòu)施工安全控制要點

在淺埋富水全風化花崗巖大斷面隧道施工應(yīng)采用多種加強支護技術(shù)，以保證施工的安全。其中鋼架加強支護結(jié)構(gòu)應(yīng)采用全環(huán)設(shè)置方式，在施工時增加了縱向連接和拱腳鋼墊板，施工人員應(yīng)合理控制鋼板規(guī)格以及環(huán)向間距，并要確保工字鋼連接牢固。在施作加強鎖腳錨管施工時，應(yīng)在上臺階拱腳上方約30 m處以及中下臺階鋼架的每榀兩側(cè)分別設(shè)置鎖腳錨管，且其向下傾角應(yīng)控制在30°左右，然后用焊接方式將L形鋼筋與鋼架固定在一起，并將φ22鋼筋插入鎖腳錨管內(nèi)，之后進行注漿作業(yè)。由于隧道洞內(nèi)存在較大收斂，為有效控制收斂應(yīng)采取施作臨時仰拱的施工技術(shù)。應(yīng)合理控制混凝土的噴射厚度以及拱架環(huán)向間距，以保證仰拱的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為了防止仰拱和下臺階在開挖過程中發(fā)生溜塌事故，施工過程中可以根據(jù)實際情況采用插打鋼樁、坡腳反壓、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)以及噴射混凝土等多種輔助支護技術(shù)，以保證開挖施工的質(zhì)量安全。

2.3 注漿施工安全控制要點

在徑向注漿施工時，要嚴格按照設(shè)計標準配置漿液，準確掌握注漿充填作業(yè)的各項技術(shù)要點，以確保將圍巖與初支結(jié)構(gòu)間空隙填注飽滿密實，以形成具有較高整體性的共同承載結(jié)構(gòu)，從而達到增強初支以及圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的。

2.4 引排水施工安全控制要點

施工過程中應(yīng)在隧道洞內(nèi)設(shè)置引排水設(shè)施。如果出水主要為線狀時，可以將滲水盲管埋設(shè)在核心土以及初支結(jié)構(gòu)背后，以便及時引出出水。如果出水主要呈股狀時，則應(yīng)設(shè)置導(dǎo)管進行引水。如果隧道內(nèi)部分地段未設(shè)置降水井且其地下水位較高時，則可以通過設(shè)置超前水平排水孔方式降水。同時，應(yīng)按照200 m的間隔在隧道洞內(nèi)一側(cè)設(shè)置集水坑，并利用水泵在集水坑間進行接力抽水，以便統(tǒng)一對污水進行收集以及凈化處理。

3 總結(jié)

淺埋富水全風化花崗巖大斷面隧道在施工過程中存在較高的安全風險，其施工技術(shù)難度較大。應(yīng)充分了解工程區(qū)域的地質(zhì)水文特點，嚴格遵守相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)范，合理選擇相應(yīng)的加固處理以及降排水等施工技術(shù)工藝，熟練掌握各項施工技術(shù)要點，提高施工操作的規(guī)范性和準確性，同時在施工過程中應(yīng)加強對現(xiàn)場情況的監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對現(xiàn)場施工技術(shù)進行及時的調(diào)整，以保證施工的安全。

參考文獻：

[1]張濤.富水淺埋全風化花崗巖地層隧道施工降排水技術(shù)研究[J].工程技術(shù)研究，2019，4（4）：97-99.

[2]吳金建.全強風化花崗巖大斷面隧道施工技術(shù)研究[J].鐵道勘察，2018，44（4）：103-107.