王 新

（陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西 西安710100）

0 引言

隧洞洞口段的安全施工是完成隧洞建造的重要一環(huán)[1-3]。往往不良的地址條件會造成隧洞洞口段隧洞受到滑坡[4]、落石[5]、失穩(wěn)[6]等影響施工進度。

引漢濟渭工程穿越秦嶺段隧洞全長98 km，其中出口段6493 m，最大埋深約780 m，洞口底板高程510.00 m。本文通過工程中的大量實踐經(jīng)驗，對洞口段的施工技術進行了系統(tǒng)性的總結。希望對后續(xù)類似工程提供借鑒。

1 項目施工難點

工程位于北秦嶺加里東褶皺帶內(nèi)，秦嶺北麓區(qū)域性斷裂和岐山—馬召區(qū)域均在隧洞出口外側通過，巖體受構造作用影響嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖質軟弱。

洞身段大多位于地下水位以下，水量較豐富，受大氣降水補給，設計預測最大隧洞正常涌水量12529 m3/d，可能出現(xiàn)的最大涌水量15058 m3/d。

實際施工Ⅲ類圍巖630 m，Ⅳ類圍巖5282.5 m，Ⅴ類圍巖580.5 m，Ⅳ、Ⅴ類軟弱圍巖占比90.3%。

工程的難點主要歸納如下：

（1）隧洞為單洞鉆爆法獨頭掘進6493 m，創(chuàng)國內(nèi)單洞單口鉆爆法施工最長記錄，隧洞斷面小，只能滿足單線通車需求，所以風、電、高壓風、施工用水、調(diào)頭會車洞布置、洞內(nèi)排水等輔助施工措施的選用是確保隧洞正常施工的重要先決條件。

（2）隧洞位于秦嶺北麓復雜的地質條件中，受區(qū)域性斷層影響，全標段Ⅳ、Ⅴ類軟弱圍巖占比90.3%，基巖裂隙水豐富，極易坍塌變形，如何降低水對圍巖的影響，減少塌方、變形，在不良地質條件中穩(wěn)定快速施工是確保工期目標的關鍵。

（3）隧洞口臨近黑河水庫，位于水庫下游，周邊為周至縣產(chǎn)業(yè)名片獼猴桃種植基地，如何確保施工廢水達標排放，是確保項目外圍穩(wěn)定的關鍵。

2 輔助施工措施的選用

2.1 施工用電

在洞口位置設置一臺630KVA和一臺400 kVA固定式變壓器滿足洞口空壓機、風機、加工場及洞口生活區(qū)用電需求。洞口配備300 kW發(fā)電機一臺，滿足停電時洞內(nèi)抽水及未完混凝土施工需要。洞內(nèi)用電從洞口接入10 kV高壓線進洞，每1 km設置一處變壓器洞室，安裝1臺315 kVA的變壓器，滿足洞內(nèi)該段1 km范圍的施工用電需要。在距洞口3 km位置設置1臺630 kVA固定式變壓器滿足洞內(nèi)空壓機、風機及3～4 km的施工需要。

2.2 施工通風

單洞掘進6493 m，通風距離為目前國內(nèi)鉆爆法單洞最長，根據(jù)本隧洞特點，確定采用兩階段壓入式通風方案。

第一階段：在洞口設置一臺2×110 kW軸流風機，滿足洞內(nèi)前3.5 km施工通風需求。

第二階段：在3 km位置修建一座400 m3蓄風房，洞口設一臺2×132 kW軸流風機，滿足洞內(nèi)風機需風量；將原洞口2×110 kW風機移至洞內(nèi)3 km位置接力供風，滿足后續(xù)3.5 km作業(yè)面供風需求。

目前隧洞已施工6400 m，洞內(nèi)通風效果良好，通過實踐證明此種通風方案在一些輔助措施的運用下能滿足超長距離通風需求。

2.3 施工高壓風

對比洞口集中供風方案和分洞口洞內(nèi)兩階段供風方案，分兩階段供風方案在經(jīng)濟上優(yōu)勢明顯，據(jù)項目測算能節(jié)約資金143萬元，具體方案如下：

第一階段：在洞口處設置集中供風站，使用DN200鋼管送風滿足前3200 m的隧洞施工用風；供風站選用公稱容積為22 m3/min，額定排氣壓強為0.7 MPa，額定功率132 kW的水冷式空壓機4臺，1臺備用。

第二階段：在距洞口3 km位置設置洞內(nèi)集中供風站，用DN200鋼管送風滿足后3500 m的隧洞施工用風。洞內(nèi)供風站受空間限制，選用公稱容積為22 m3/min，額定排氣壓強為0.7 MPa，額定功率132 kW的風冷式空壓機3臺，1臺備用。

2.4 施工用水

施工用水采用洞口集中供水方案，在距洞口底板高差20 m高位置設置20 m3高山水池一座，采用DN80管道送水送至掌子面，當水壓不足時，在洞內(nèi)適當位置增加增壓泵及止回閥，解決沿途水頭損失。

2.5 調(diào)頭會車洞設置

由于隧洞成型斷面小，不能滿足洞內(nèi)會車需求，故根據(jù)裝渣能力和倒車時間計算，在洞內(nèi)每500 m設一個掉頭會車洞，滿足洞內(nèi)會車和車輛調(diào)頭需求。

2.6 洞內(nèi)抽排水

為保證最大涌水量段落正常施工，洞內(nèi)設置一條DN300鋼管作為排水管道，每1 km設置一處集中泵站。掌子面和仰拱之間設置臨時移動水倉，水匯集至臨時移動水倉后經(jīng)水泵抽至集中泵站后抽至洞口涌水處理站。

3 不良地質條件快速施工技術

項目受地質條件變化、塌方、圍巖大變形、超設計量涌水等因素的影響，前25個月僅完成948 m，在這種不利的條件下，項目積極總結經(jīng)驗，制訂了一套針對此種不良地質條件下的快速施工技術。

3.1 開挖工法的選擇

Ⅲ類圍巖采用全斷面開挖方法，每循環(huán)進尺3 m，兩循環(huán)支護一次；Ⅳ類圍巖采用全斷面開挖方法，每循環(huán)進尺2.4 m；Ⅴ類圍巖采用弧形導坑預留核心土開挖工法，分上下斷面施工，上斷面每循環(huán)進尺0.8 m，下斷面左右交錯開挖，每循環(huán)進尺1.6 m。

3.2 減少軟弱圍巖塌方的措施

3.2.1 RPD-180CPR多功能快速鉆機的運用

隧洞圍巖為云母片巖、云母夾石英片巖為主，這類巖體成為分離片狀結構[7]。洞身段收水影響較大。為解決水對圍巖影響造成塌方并豐富超前地質預報手段增加超前地質預報的準確性，項目引進了礦研RPD-180CBR型多功能快速鉆機[8]，準確判斷出前方圍巖的強度、有無涌水、空洞及斷層，為施工提供準確的地質資料。同時利用探孔提前釋放出一部分基巖層理裂隙水，使掌子面形成少水或無水狀態(tài)，大大降低掌子面塌方風險。

經(jīng)統(tǒng)計，采用該鉆機得出的超前地質預報與開挖揭示符合程度達到90%以上。

3.2.2 增加超前小導管預支護

原設計Ⅳ類圍巖中不設超前小導管，項目Ⅳ類圍巖施做超前小導管試驗段取得良好效果，之后部分Ⅳ類圍巖段落增加超前支護，超前小導管2.4 m/環(huán)，長4.0 m，拱部120°范圍設置，間距30 cm，不注漿。

3.2.3 減少軟弱圍巖塌方效果

通過超前鉆機使用和部分段落增加超前小導管的措施下，項目塌方次數(shù)和規(guī)模明顯減少，經(jīng)統(tǒng)計項目在采取措施前948 m施工中出現(xiàn)大小塌方21次處理塌方72 d；采取措施后5545 m出現(xiàn)大小塌方14次，處理塌方36 d，大大節(jié)約了處理時間，效果明顯。

3.3 軟弱圍巖大變形段的處理措施

3.3.1 監(jiān)控量測預警

洞內(nèi)監(jiān)控量測工作由項目測量班負責，按Ⅲ類圍巖30m一組，Ⅳ類圍巖15 m一組，Ⅴ類圍巖10 m一組埋設監(jiān)控量測斷面點，每組3個點，拱頂1個、邊墻2個，按照規(guī)范要求進行拱頂下沉和水平收斂量測。

3.3.2 處理措施

當觀測到的拱頂下沉、水平收斂速率達到5 mm/d或累計達到80 mm時，立即停止掘進，向監(jiān)理、設計和業(yè)主匯報，四方踏勘現(xiàn)場后確定處理措施。

（1）增加長大鎖腳：大變形部位每榀鋼架兩側各增加兩根φ80，長6 m鎖腳錨管，并進行注漿加固。

（2）增加仰拱初期支護：本隧洞Ⅳ類圍巖未設置仰拱初支，項目一共出現(xiàn)6段Ⅳ類圍巖地段初支變形現(xiàn)象，組織增加仰拱初期支護后有效的抑制了拱腳回收，極大地提升了初期支護的穩(wěn)定性，預防了可能出現(xiàn)的初期支護侵限等問題。

（3）增加徑向注漿：在上述兩個措施增加后，變形還不能有效抑制的情況下，根據(jù)拱頂下沉或水平收斂情況，增加拱部或全斷面徑向注漿。項目共進行徑向注漿加固圍巖3次，效果明顯。

3.4 涌水處理

2017年5月19日施工至K76+131，在巖石開挖鉆孔作業(yè)時，一個鉆孔內(nèi)突然噴射出一股高壓水流，噴射距離約為13 m，泥黃色，夾雜大量泥沙，估算單孔涌水量2000 m3/d。項目利用RPD-180CBR多功能快速鉆機進行鉆孔泄水，在掌子面后方和掌子面共鉆孔9個，使裂隙水的排放速度由原先的2000 m3/d提升至11000 m3/d，泄水2天后，涌水量明顯衰減，掌子面恢復了施工。

4 污水處理

4.1 環(huán)水保形式

項目位于黑河水庫下游的黑河一級支流黃池溝內(nèi)，周邊為周至縣支柱產(chǎn)業(yè)的獼猴桃種植基地，環(huán)保形式嚴峻。根據(jù)《陜西省引漢濟渭工程環(huán)境影響報告書》報告要求，污水處理后排放水質滿足地表水環(huán)境質量標準（GB 3838-2002）中地表Ⅱ類水標準。

4.2 污水處理原則

隧洞施工所產(chǎn)生的污水不涉及重金屬等污染物。受地質條件影響，隧洞圍巖遇水軟化，石粉懸于水中，致使懸浮物較多，因此處理原則是利用長路徑輸移中的自然沉淀作用，使污染物沉積，達到凈水效果。

4.3 污水處理方法

臨時污水處理系統(tǒng)處理系統(tǒng)由2組初級沉淀池、2組絮凝反應池及4組低速攪拌系統(tǒng)、4組隔油沉淀池、1臺臥螺脫泥設備、1套自行走泥漿抽排軌道系統(tǒng)組成，系統(tǒng)中排水全程采用自然排水重力流排。

污水處理流程為污水經(jīng)洞口2組初級沉淀池初步沉淀，然后利用管溝流入2組絮凝反應池內(nèi)，在絮凝反應池內(nèi)添加絮凝藥劑并間歇攪拌，絮凝反應池內(nèi)的泥漿利用污泥泵抽至臥螺脫泥內(nèi)，經(jīng)過脫水后將泥漿與水分離，分離之后的水繼續(xù)進入絮凝反應池加藥處理，之后再分水至4組隔油沉淀池內(nèi)，隔油沉淀池內(nèi)沉淀物采用泥漿抽排系統(tǒng)抽至臥螺脫泥內(nèi)，處理方法同上。經(jīng)隔油沉淀池沉淀完成后的達標水排入河道。脫水后的泥漿由出渣車運至渣場填埋。

4.4 污水處理效果

臨時污水處理系統(tǒng)自2014年8月運行以來，每季度委外水質檢測一次，根據(jù)送檢結果顯示，歷次水質檢測全部滿足地表Ⅱ類水標準。

5 結語

通過各種輔助施工措施的比選運用，在取得良好的經(jīng)濟效益的同時，確保了隧洞正常施工。通過采取不同措施應對各種不良地質情況，實現(xiàn)快速穩(wěn)定施工，大大扭轉了前期工期不利的局面，Ⅳ類圍巖的施工進度由原先的月均38 m提升至月均130 m，最快達到167 m/月。污水處理系統(tǒng)確保了施工期間污水的達標排放，在滿足業(yè)主環(huán)水保要求下確保了項目外圍穩(wěn)定。

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