徐鋒XU Feng

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

山嶺隧道在城市間的交通連接中扮演了不可或缺的角色，是我國(guó)現(xiàn)代化交通網(wǎng)完善的重頭戲。其中，山嶺隧道在施工過程時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到所選線路穿過富水環(huán)境的裂隙巖體或破碎巖體的情況。由于地下水的滲流作用，施工的掌子面會(huì)出現(xiàn)涌水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致施工效率降低。嚴(yán)重的時(shí)候甚至?xí)斐伤淼捞?、人員傷亡等事故。因此在富水環(huán)境的隧道施工中，選擇合適的工法降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提升施工效率顯得尤為重要。

隨著近年來(lái)富水隧道的工程案例增加，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)其施工技術(shù)的研究也有所突破。白凈鈔[1]以樂園隧道穿越富水破碎帶工程為依托，使用數(shù)值模擬軟件對(duì)富水破碎帶進(jìn)行開挖模擬，指出隧道開挖前應(yīng)采取注漿止水，同時(shí)進(jìn)行了全斷面法、臺(tái)階法、分部開挖法這三種不同開挖方法的影響研究，對(duì)施工方法的適用性做了合理評(píng)價(jià)；邢紹川[2]以滬昆高鐵的斗磨隧道與大獨(dú)山隧道為依托工程，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果相結(jié)合，對(duì)巖溶隧道的富水溶腔處理技術(shù)做了研究，總結(jié)在此種環(huán)境下得帷幕注漿規(guī)律，并對(duì)注漿的參數(shù)優(yōu)化研究；高翔[3]依托深圳高速公路過境連接線工程，基于數(shù)值模擬的結(jié)果對(duì)施工工法與施工順序進(jìn)行流固耦合計(jì)算，同時(shí)就注漿圈滲透系數(shù)的選取的進(jìn)行了室內(nèi)相似模型試驗(yàn)；李卓霖等[4]以龍洲灣隧道為依托，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出了所依托項(xiàng)目最適宜采用三臺(tái)階法施工，并確定了最適宜的臺(tái)階長(zhǎng)度；張智健等[5]以馬家寨公路隧道工程為依托，基于數(shù)值模擬計(jì)算對(duì)富水隧道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，進(jìn)一步提出相應(yīng)措施。

通過調(diào)研歸納目前研究現(xiàn)狀可知，目前針對(duì)富水隧道的施工工法研究主要針對(duì)富水隧道穿越斷層破碎帶的開挖方法，注漿工藝的優(yōu)化，帷幕注漿止水的改進(jìn)，對(duì)于富水隧道的帶水環(huán)境無(wú)水施工技術(shù)領(lǐng)域研究進(jìn)展還有所欠缺?；谏鲜霰尘?，本文以廣東省的鴻圖公路隧道為依托，對(duì)富水隧道的施工技術(shù)進(jìn)行研究，旨在為該類工程提出一種切實(shí)可行的施工工藝。

1 工程概況

鴻圖特長(zhǎng)隧道位于廣東省梅州市豐順縣與五華縣交界地段，是一座雙洞單線公路隧道，設(shè)計(jì)車速100km/h。隧道左線全長(zhǎng)6336m，右線全長(zhǎng)6337m，最大埋深739.9m。隧道設(shè)計(jì)圍巖為中～微風(fēng)化花崗巖，地質(zhì)條件極其復(fù)雜、裂隙發(fā)育，隧址穿越16 條主斷裂構(gòu)造及多條低阻異常帶。2019年3 月17 日隧道出口端左線掘進(jìn)至1306m 時(shí)出現(xiàn)涌水，掌子面里程為ZK94+410，埋深約243m；2019 年4 月27日隧道出口端右線掘進(jìn)至1521m 時(shí)出現(xiàn)涌水，掌子面里程為K94+221，埋深約304m。右線洞口至K94+480 段1262m 為順坡，坡度為-0.4%，以K94+480 為界沿掘進(jìn)方向?yàn)榉雌?，即下坡段，坡度?%，反坡施工長(zhǎng)度達(dá)2.0km，右線涌水掌子面處于隧道反坡段，導(dǎo)致隧道內(nèi)的滲水、涌水在重力作用下會(huì)順坡往掌子面匯集，因此，需要及時(shí)抽排積水，以防止施工掌子面水積聚過深，影響隧道圍巖的穩(wěn)定和危及隧道施工的機(jī)械設(shè)備及施工人員的安全。隧道在涌水初期，采取傳統(tǒng)施工方式進(jìn)行施工，施工效率低，能耗高，月平均進(jìn)尺21m，噴射混凝土表面不平整。

基于現(xiàn)場(chǎng)的施工難題，提出了富水隧道帶水環(huán)境無(wú)水作業(yè)的施工工法。

2 施工技術(shù)

2.1 施工流程

富水隧道帶水環(huán)境無(wú)水作業(yè)施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

2.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.2.1 超前鉆孔泄水降壓技術(shù)

鉆孔數(shù)量不少于3 個(gè)，孔深不低于40m，探明前方地質(zhì)及水文情況，同時(shí)鉆孔兼做泄水孔。鉆孔應(yīng)在掌子面中下部施作，根據(jù)超前預(yù)報(bào)結(jié)果及圍巖產(chǎn)狀，布置鉆孔位置和角度，鉆孔角度范圍呈發(fā)散型，從而充分穿越富水寬張裂隙，達(dá)到泄水降壓目的。超前鉆孔泄水降壓施工圖如圖2 所示。水壓較大時(shí)，在掌子面鉆孔，應(yīng)在鉆孔孔口預(yù)安裝孔口管及高壓閘閥，以備水壓、水量測(cè)試及注漿使用。高壓閘閥如圖3 所示。

圖2 超前鉆孔泄水降壓施工

圖3 高壓閘閥

針對(duì)單側(cè)水量較大、較難通過段落，可將開挖工法改為單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，將涌水引至涌水較少一側(cè)，先行開挖涌水側(cè)，待涌水側(cè)施工一定長(zhǎng)度，再施工另一側(cè)，如此反復(fù)向前掘進(jìn)。

2.2.2 編制地質(zhì)編錄展示圖

編制地質(zhì)編錄展示圖記錄隧道圍巖地質(zhì)及裂隙水發(fā)育情況，為后注漿施工提供充分的依據(jù)。重點(diǎn)記錄裂隙范圍、位置、長(zhǎng)度、寬度、走向；裂隙水出水點(diǎn)位置、出水形式等。地質(zhì)編錄展示圖如圖4 所示。

圖4 鴻圖隧道左線地質(zhì)編錄展示圖

2.2.3 初期支護(hù)——作業(yè)防護(hù)——后注漿施工體系

在鋼拱架背后分片鋪設(shè)防水板或土工布，并用扎絲固定牢固（見圖5）。噴射混凝土前，在防水板與鋼拱架間用高強(qiáng)砂漿墊塊隔離。鋼筋網(wǎng)按雙層布設(shè)，內(nèi)層焊接于鋼架內(nèi)側(cè)，以增加噴射混凝土附著力。

圖5 鋼拱架安裝

鋼拱架安裝后，應(yīng)于圍巖表面打孔、安裝短鋼筋固定排水半管，將裂隙水引至拱腳。對(duì)于股狀集中出水，可通過安裝排水鋼管直接引至臨時(shí)集水坑（見圖6）。

圖6 股狀集中出水處理

在圍巖與拱架間預(yù)留100mm 的PVC 注漿管（見圖7），注漿管穿過防水板，避免初期支護(hù)背后出現(xiàn)空洞及噴射混凝土與圍巖不密貼的情況出現(xiàn)。

圖7 預(yù)留注漿管

利用鋼拱架背后防水板噴射混凝土，形成受力拱圈，可最大限度減少噴射混凝土工程量，并縮短噴射混凝土作業(yè)時(shí)間，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。初期支護(hù)完成后，通過注漿管泵送噴射混凝土同標(biāo)號(hào)混凝土填充初支背后空洞，按10m 分段落進(jìn)行泵送混凝土處理，填補(bǔ)初支背后空洞，保證結(jié)構(gòu)安全。

設(shè)計(jì)反坡抽排水段落，貫徹“以堵為主、限量排放”的原則。為減小隧道施工期間的排水壓力，保證運(yùn)營(yíng)期間結(jié)構(gòu)安全，根據(jù)不同涌水形式采取不通的封堵方式。為了盡量減少地下水資源的流失，采用限量排放的原則。在隧道施工過程中，施作初期支護(hù)后，如出現(xiàn)大面積淋水或嚴(yán)重滲漏水現(xiàn)象，采用全斷面注漿止水；在隧道施工過程中，施作初期支護(hù)后，如出現(xiàn)局部大量涌水或嚴(yán)重滲漏水時(shí)，采用局部注漿止水。注漿管布置圖見圖8。

圖8 注漿管布置圖

根據(jù)已經(jīng)繪制的地質(zhì)編錄展示圖，富水段落按照圍巖裂隙及斷裂走向進(jìn)行后注漿加寬處理，裂隙或斷裂走向兩側(cè)根據(jù)裂隙水發(fā)育情況各加寬3～5m，并對(duì)注漿后仍存在的出水點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行后注漿處理，最終達(dá)到只存在點(diǎn)滴狀裂隙水的目的。圖9 為拱部后注漿施工。

圖9 拱部后注漿施工

拱部后注漿施工按自兩側(cè)向中部、自下而上的順序進(jìn)行，注漿采用由易到難、由周邊向集中出水點(diǎn)逐步壓縮的方式進(jìn)行，注漿順序不宜采用單向推進(jìn)壓注方式，應(yīng)按跳孔間隔注漿方式進(jìn)行。宜從水頭高的一端開始注漿。圖10為底板后注漿跳孔鉆孔施工。

圖10 底板后注漿跳孔鉆孔施工

已完成初期支護(hù)及整平層施工的段落，在防水板掛設(shè)前，對(duì)初期支護(hù)及底板分段進(jìn)行后注漿處理，因裂隙水力聯(lián)系暢通，對(duì)應(yīng)段落的初期支護(hù)和底板后注漿宜同時(shí)進(jìn)行，防止裂隙水被擠壓至拱圈，影響二襯結(jié)構(gòu)安全。例如，初期支護(hù)后注漿完成后掛設(shè)防水板、施工二襯，再進(jìn)行底板后注漿，底板后注漿完成后，裂隙水被擠壓至拱圈，造成二襯滲水。體系形成保證初期支護(hù)背后密實(shí)及封閉裂隙水通道，保證二襯結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定。

3 施工效果

鴻圖特長(zhǎng)隧道雙線均采用此工法，月平均進(jìn)尺達(dá)到83m。鋼拱架安裝工序時(shí)間大大縮短，噴射混凝土表面平整，噴射混凝土用量大大降低，降低了施工能耗，縮短了單工序作業(yè)時(shí)間，提高了施工進(jìn)度，為后注漿、防水板施工提供了較好的工作面，取得了理想的效果。實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)?！案凰淼缼h(huán)境無(wú)水作業(yè)施工工法”在鴻圖特長(zhǎng)隧道應(yīng)用效果明顯。

4 結(jié)論與建議

①為解決在鴻圖特長(zhǎng)隧道中產(chǎn)生的隧道涌水造成的施工效率低，施工風(fēng)險(xiǎn)大等問題，提出富水隧道帶水環(huán)境無(wú)水作業(yè)的施工工法，利用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)有效的判別了地下水的水壓與水量，結(jié)合超前鉆孔泄水降壓技術(shù)與初期支護(hù)——作業(yè)防護(hù)——后注漿施工體系，有效的解決了隧道富水段施工難題。②根據(jù)各隧道的不同水文地質(zhì)條件，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在不同的精度等級(jí)中交叉使用可以在保證施工質(zhì)量的同時(shí)增加施工效率。③通過后注漿施工工藝的研究，提高了隧道的施工進(jìn)度，對(duì)類似的富水隧道開挖施工有一定指導(dǎo)作用。