楊德富

（山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)公司，山西 太原 030006）

大梁山隧道通風(fēng)斜井處于大梁山隧道中間部分，地質(zhì)條件復(fù)雜、富含地下水且接近大梁山5號(hào)斷層，設(shè)計(jì)為超大縱坡，縱坡為14.36%，為國(guó)內(nèi)通風(fēng)斜井施工中之少見(jiàn)，施工過(guò)程中質(zhì)量、安全控制難度大，所以有必要研究其施工工藝，為以后類似工程積累施工管理和工藝控制經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況及地質(zhì)條件

大梁山通風(fēng)斜井水平長(zhǎng)度為658.684 m，縱坡坡度14.36%，K0+000—K0+060段，斜井埋深 0～44.4 m，圍巖由下太古界瓦窯口組（Ar1w）全—強(qiáng)風(fēng)化紫麻粒巖夾片麻巖、變輝綠巖脈等組成，屬極軟巖，巖體呈裂隙碎塊狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙極發(fā)育，圍巖極破碎。洞體內(nèi)賦存少量地下水，出水狀態(tài)為裂隙滴滲水，圍巖判定為V級(jí)。K0+060—K0+190段，斜井埋深44.4～107.7 m，圍巖由下太古界瓦窯口組（Ar1w）微風(fēng)化紫蘇輝長(zhǎng)麻粒巖組成，以較堅(jiān)硬巖為主，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，呈裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，巖體破碎，且圍巖裂隙內(nèi)賦存有豐富的地下水，出水狀態(tài)為裂隙滴水甚至局部淋雨?duì)畛鏊?，圍巖判定為IV級(jí)[1]。K0+190—K0+658.684段，圍巖為軟弱破碎夾層，夾層呈垂直節(jié)理及不規(guī)則走向，夾層兩側(cè)為整體性稍好的微風(fēng)化紫蘇輝長(zhǎng)麻粒巖，夾層與兩側(cè)圍巖連接性差，夾層裂隙極發(fā)育，個(gè)別段落較大斷層，并且存在大量地下水，大量地下水通過(guò)裂隙集中于此，出水狀態(tài)為淋雨?duì)?，局部噴涌狀?/p>

通風(fēng)斜井底端處于早期深斷裂構(gòu)造內(nèi)，基性侵入體沿?cái)嗔褬?gòu)造上升侵入到早期的變質(zhì)巖中，巖脈產(chǎn)狀陡傾，與隧道洞體相交，對(duì)洞身影響段落較長(zhǎng)，斷層帶內(nèi)的變輝綠巖脈較為破碎，斷層與圍巖接觸帶擠壓明顯，長(zhǎng)石類礦物高嶺土化強(qiáng)烈，對(duì)開(kāi)挖掘進(jìn)影響很大，且由于地下通風(fēng)排煙道斷面較小，需要進(jìn)行擴(kuò)洞施工，施工技術(shù)難度極大[2]。

2 斜井多種地質(zhì)條件下隧道開(kāi)挖及支護(hù)施工采取的技術(shù)措施

2.1 隧道斷層、破碎帶段落的開(kāi)挖、初期支護(hù)施工技術(shù)

2.1.1 加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

由于斜井地質(zhì)復(fù)雜多變，突變性極強(qiáng)，不可預(yù)測(cè)性大，因此采用TGP206型隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)前方圍巖進(jìn)行長(zhǎng)短波結(jié)合的預(yù)報(bào)探測(cè)，可以更好地預(yù)測(cè)前方圍巖，有效地指導(dǎo)施工。

2.1.2 采取“弱爆破、短進(jìn)尺”的開(kāi)挖方式

加強(qiáng)施工組織管理及隧道爆破技術(shù)交底，特別是要分析大縱坡對(duì)開(kāi)挖作業(yè)產(chǎn)生的不利因素，并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，各工序有序跟進(jìn)，相互銜接。由于斜井縱坡大，若按正常隧道施工的爆破方法進(jìn)行開(kāi)挖，爆破效果較差，且容易產(chǎn)生超挖及塌方，因此在圍巖較差段落采用局部爆破、挖掘機(jī)開(kāi)挖、人工修邊相配合的方式，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整炮眼間距及裝藥量，減少開(kāi)挖時(shí)對(duì)圍巖的擾動(dòng)。同時(shí)，在進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)時(shí)若因施工組織中開(kāi)挖、支護(hù)方式與實(shí)際開(kāi)挖圍巖情況不相適應(yīng)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，遵循“巖變我變”的隧道施工方針。

斜井在施工中，曾多次出現(xiàn)小型塌方?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，及時(shí)對(duì)開(kāi)挖方式進(jìn)行調(diào)整，采取超短距離三臺(tái)階預(yù)留核心土法開(kāi)挖，上導(dǎo)開(kāi)挖高度不大于2 m，臺(tái)階長(zhǎng)度3～4 m。中導(dǎo)開(kāi)挖高度視上部土體厚度而定，臺(tái)階長(zhǎng)度5～7 m。下導(dǎo)與仰拱的距離不超過(guò)5 m，二襯緊跟。預(yù)留核心土法對(duì)圍巖擾動(dòng)較小，并能很好地應(yīng)對(duì)大縱坡的影響，保證了開(kāi)挖施工的安全性。

2.1.3 加強(qiáng)超前支護(hù)

斜井施工遭遇斷層、破碎帶后，即使僅用挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，依然會(huì)出現(xiàn)坍塌甚至塌方，特別是在K0+320、K0+337、K0+342段 3次連續(xù)大型塌方之后，圍巖由最初塌方時(shí)的軟弱破碎夾層，整體性稍好的微風(fēng)化紫蘇輝長(zhǎng)麻粒巖，夾層裂隙發(fā)育，變?yōu)槿獜?qiáng)風(fēng)化紫蘇輝長(zhǎng)麻粒巖，夾片麻巖，圍巖極易破碎，連接性極差，整體性差，圍巖裂隙極為發(fā)育[3]。由于斜井超大縱坡的影響，開(kāi)挖完成后，圍巖自穩(wěn)性差，前方圍巖受擠壓與剪力明顯，根據(jù)圍巖情況，加強(qiáng)支護(hù)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

針對(duì)斜井圍巖情況，施工中采用多層小導(dǎo)管作為超前支護(hù)系統(tǒng)，小導(dǎo)管參數(shù)為：φ42×4 mm小導(dǎo)管，長(zhǎng)度為4.5 m，環(huán)向間距30 cm，外插角10°，每層33根，在每次初支施做一層小導(dǎo)管。

由于部分段落多層小導(dǎo)管超前支護(hù)系統(tǒng)效果不理想，在現(xiàn)場(chǎng)勘查后，經(jīng)研究協(xié)商，在Ⅴ級(jí)淺埋的支護(hù)參數(shù)基礎(chǔ)之上加強(qiáng)隧道在開(kāi)挖工程的預(yù)支護(hù)系統(tǒng)，即加設(shè)超前管棚預(yù)注漿支護(hù)。具體施工方案如下。

2.1.3.1 管棚布置圖

圖1 預(yù)注漿橫斷面圖

2.1.3.2 管棚施工說(shuō)明

a）管棚設(shè)計(jì)參數(shù) 鋼管規(guī)格：熱軋無(wú)縫鋼管φ75 mm，壁厚8 mm；管距：環(huán)向間距30 cm；管棚夾角：1°～2°，方向與路線平行。

b）管棚施工 配備管棚機(jī)，鉆進(jìn)并頂進(jìn)管棚鋼管；管棚施工應(yīng)先打有孔鋼花管，注漿后再打無(wú)孔鋼管，無(wú)孔鋼管可作為檢查管，檢查注漿質(zhì)量；鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長(zhǎng)15 cm，鋼管接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。

c）注漿參數(shù) 水玻璃取1∶0.5～1∶1；水灰比取 1∶1～0.5∶1；注漿壓力：初壓 0.5～1 MPa，終壓2 MPa；水玻璃模數(shù)：n=2.4～3.4，玻美度 Be’=30～40。

d）注漿前應(yīng)先進(jìn)行壓漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，注漿參數(shù)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)根據(jù)實(shí)際情況而定，以利施工。

e）注漿結(jié)束 進(jìn)漿量小于20～25 L/min；注漿壓力逐步提高，達(dá)到終壓后穩(wěn)定10 min以上。

f）完成管棚注漿后，在管棚支護(hù)環(huán)的保護(hù)下，按設(shè)計(jì)的施工步驟進(jìn)行開(kāi)挖。

g）管棚內(nèi)鋼架之間通過(guò)連接筋焊接牢固，連接筋長(zhǎng)60 cm，環(huán)向間距100 cm。

在施做中管棚后，可以在隧道的洞頂產(chǎn)生一個(gè)較為牢靠的臨時(shí)棚架，極大地提高了隧道拱頂開(kāi)挖后掌子面圍巖的穩(wěn)定性，有力地保證了施工的安全。

2.2 涌水段開(kāi)挖、初期支護(hù)施工技術(shù)

斜井自K0+202開(kāi)始，兩側(cè)圍巖連接性差，夾層裂隙發(fā)育，且存在大量地下水，出水狀態(tài)為淋雨?duì)睿植繛閲娪繝?。出水量由開(kāi)始時(shí)的1 000 m3/d增加到2 000～2 500 m3/d。2011年6月6日以來(lái)，斜井洞內(nèi)涌水量急劇增加，又由2 000～2 500 m3/d增加至3 000～4 000m3/d。通風(fēng)井的坡度為-14.36%，大量洞體滲水都集中在開(kāi)挖斷面，給施工造成極大的安全隱患；同時(shí)，在已支護(hù)好的初支表面也有大面積不規(guī)則的滲水、涌水，對(duì)將來(lái)二襯的防排水是一個(gè)很大的隱患,對(duì)此，采取以下措施進(jìn)行施工。

2.2.1 開(kāi)挖前堵水，初期支護(hù)完成后，初支表面徑向注漿

針對(duì)斜井大量涌水的問(wèn)題，以“‘防、排、堵、截’相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”為原則，采取“以堵為主，限量排放”的方法進(jìn)行綜合治理。施工中采用在初支表面進(jìn)行小導(dǎo)管徑向注漿的方式堵水與引水[4]。具體操作過(guò)程如下：

a）注漿孔按漿液擴(kuò)散半徑R=2.0 m計(jì)算布設(shè)，注漿孔呈梅花型布置，孔口環(huán)向間距約150 cm，縱向間距200 cm。單孔注漿深度4.0 m，斷面布置注漿孔12個(gè)，注漿總長(zhǎng)約48 m，平均每延米注漿孔6個(gè)，注漿總長(zhǎng)約24 m。

b）注漿孔采用風(fēng)機(jī)鉆孔，方向?yàn)樗淼罃嗝鎻较?，孔徑?0 mm，比小導(dǎo)管外徑大10 mm。鉆孔孔位最大允許偏差為50 mm，鉆孔偏斜率最大允許偏差為0.5%。

2.2.2 三級(jí)平臺(tái)、二級(jí)抽水、施作截水溝

對(duì)于洞內(nèi)積水，施工時(shí)采用“三級(jí)平臺(tái)、二級(jí)抽水”的方式力求將洞內(nèi)積水排出洞外，方便施工，杜絕安全隱患。

圖2 初支后加固拱圈4 m斷面徑向注漿工序流程圖

a）三級(jí)平臺(tái) 掌子面積水區(qū)為第一平臺(tái)、洞內(nèi)緩沖坡段集水箱為第二平臺(tái)、洞口集水箱為第三平臺(tái)。

b）二級(jí)抽水 將掌子面積水抽到洞內(nèi)緩沖坡段為一級(jí)抽水、將緩沖坡段集水箱內(nèi)積水排除洞外為二級(jí)抽水。

c）設(shè)備配置 掌子面積水區(qū)設(shè)置3臺(tái)55 kW水泵（視水量大小，酌情增減），緩沖坡段集水箱設(shè)55 kW水泵1臺(tái)，22 kW水泵1臺(tái)及55 kW增壓泵1臺(tái)，集水箱規(guī)格為4 m（長(zhǎng)）×2 m（寬）×1.5 m（高），各級(jí)平臺(tái)間安裝φ90PVC管2條及1條消防軟管作為備用管。

d）抽水方案 在各工序開(kāi)始之前，先將掌子面積水區(qū)內(nèi)的積水利用3臺(tái)55 kW水泵抽到緩沖坡段集水箱內(nèi)，待集水箱內(nèi)水超過(guò)2/3時(shí)，再利用集水箱內(nèi)的水泵及增壓泵將集水箱內(nèi)的水排出洞外。由于斜井超大縱坡的影響，水泵壓力不足，因此設(shè)置增壓泵增加壓力，避免出現(xiàn)積水回流現(xiàn)象。

e）施作截水溝 大縱坡不僅給施工帶來(lái)極大不便，對(duì)洞內(nèi)地下水也起到了“引導(dǎo)”作用，大量滲水在縱坡的影響下流向掌子面附近，為抑制水流流向掌子面，施工時(shí)在仰拱內(nèi)每隔100 m施作1條深50 cm截水溝，攔截流向掌子面的滲水。為保證行車的安全，截水溝上鋪設(shè)2 cm厚鋼板，保障車輛行駛不受影響。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)大梁山隧道在復(fù)雜地質(zhì)情況下大縱坡通風(fēng)斜井開(kāi)挖、支護(hù)、排水等各種施工工藝的介紹，為類似斜井的施工總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，具有極為重要的參考價(jià)值。