王 榮

中鐵二十局集團有限公司 陜西 西安 710016

1 概述

米亞羅3號隧道是汶馬高速公路項目C18合同段的重難點工程。隧道地質條件復雜，受米亞羅斷層及地震影響，巖體破碎、裂隙發(fā)育，巖體多被切割成塊狀，部分巖體松動變形。米亞羅3號隧道最大埋深285m，隧道圍巖主要為板巖、變質砂巖、千枚巖等軟弱巖體構成，受斷層影響，裂隙發(fā)育，巖體極為破碎，隧道孔隙水與基巖裂隙水較發(fā)育，千枚巖遇水軟化。特別是軟弱富水地層、高地應力區(qū)的千枚巖板巖地層和斷層破碎帶等不良地層是誘發(fā)隧道拱頂坍塌，圍巖大變形，突水突泥的主要原因。

根據米亞羅3號隧道工程特點以及施工技術方案，并結合施工現場具體應用狀況，對隧道施工難題進行全面系統性分析，進一步對治理方案、方法進行科學總結，形成一套復雜地質條件下比較完備的施工技術，保障米亞羅3號隧道順利建成[1]。

2 工程概況

汶馬高速公路項目C18合同段，位于四川省阿壩州理縣米亞羅鎮(zhèn)境內，起訖里程K160+100～K168+400，線路全長8.3km，線路自米亞羅鎮(zhèn)向西北行，穿越三家寨山，上跨G317國道，沿來蘇河北行，經大郎壩村到達本標段終點。米亞羅3號隧道圍巖主要為板巖、變質砂巖、千枚巖等軟弱巖體構成，受斷層影響，裂隙發(fā)育，巖體極為破碎，隧道孔隙水與基巖裂隙水較發(fā)育，整體屬Ⅳ～Ⅴ級圍巖。依據C18合同段地質資料，整條線路穿越了大量復雜不良地層，施工過程中面臨諸多技術難題，為整條線路按期順利完工造成了一定的影響。

3 施工技術及施工工藝

3.1 隧道高地應力大變形施工技術

3.1.1 隧道高地應力場預測

依據本標段地應力測試資料以及計算結果，區(qū)域最大水平構造應力方向為N60°W，米亞羅3號隧道軸線附近垂直方向地應力沿地形線向下逐漸增大，隧道穿越區(qū)域，最大水平主應力值為：13-23MPa，出口與進口處較??；垂直主應力值主要為3-13MPa，在最大埋深處應力達到峰值；最小水平主應力值5-12MPa。米亞羅3號隧道最大主應力方向主要在N50°W-N70°W，利用斷層力學分析法可得該區(qū)域隧道三向主應力關系應為SH＞SV＞Sh，米亞羅3號隧道局部存在高地應力。可以預測該隧道發(fā)生大變形的可能性很大[2]。

圖1 米亞羅3號隧道地應力場縱向分布

3.1.2 軟弱圍巖大變形施工技術

軟弱圍巖隧道極易引起圍巖變形和失穩(wěn)。結合米亞羅3號隧道地質情況，施工過程中嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、少擾動、強支護、快加固、早成環(huán)、勤量測”的原則作為軟弱圍巖支護的主要支護手段，調整施工方法、支護結構型式和支護時間等，能有效控制軟弱圍巖大變形的發(fā)生。

（1）開挖方法

在高地應力軟弱大變形隧道施工中，加強圍巖量測，及時調整支護參數與預留變形量，以確保施工安全與結構穩(wěn)定。

根據米亞羅3號隧道圍巖實際情況，在軟弱圍巖隧道施工中，使用三臺階預留核心土法施工工藝簡單，作業(yè)空間大，方便大型機械設備的操作。

（2）支護施作

支護參數應根據監(jiān)控量測數據進行動態(tài)設計，隨時對大變形地段施工進行加固及支護參數調整措施。

正常段采用Ⅰ22b工字鋼型鋼鋼架支護，間距0.5m/榀，超前采用φ42超前小導管進行支護，環(huán)向間距為40cm，外插角控制在10°～15°，相鄰兩排小導管縱向搭接長度不小于1m；系統錨桿采用φ32自進式注漿錨桿，錨桿的長度為6.0m，并對錨桿進行注漿[3]。

（3）徑向注漿加固

對于高地應力大變形段圍巖自穩(wěn)能力差，巖體結構松散破碎地段，單靠開挖后正常支護不能起到良好的支護效果，必須對已施作完成的初期支護圍巖進行注漿加固措施。徑向注漿采用T76S自進式錨桿，長12m+6m，長短交替布置，環(huán)向間距*縱向間距1.5m。

自進式錨桿鉆進：鉆孔前應檢查錨桿體中孔和鉆頭的水孔是否暢通，若有異物應及時清理。在破碎巖中鉆進時，鉆頭的水孔易堵塞，因此在鉆進時，應放慢鉆進速度，多回轉，少沖擊，注意水從鉆孔中流出的狀況，若有水孔堵塞的現象，應后撤錨桿50cm左右，并反復掃孔，使水孔暢通，然后慢慢推進，直到設計深度。用鋼管將止?jié){塞通過錨桿外露打入孔壁封孔進行注漿，圍巖較為破碎可采用錨固劑封孔。

錨桿注漿：徑向注漿采用普通水泥單液漿，水灰比：W:C=(0.8～1):1，注漿壓力1.0MPa，注漿過程連續(xù)不停頓，必須一次完成，觀察漿液從止?jié){塞邊緣流出或壓力表達到設計值，即可停泵，漿體強度達到5.0MPa后可上緊螺母。

（4）二襯施工要點

施工必須遵循“先柔后剛、先放后抗”的原則，根據監(jiān)控量測資料，各項位移已達到預計位移量的80%，或速度小于0.1～0.2mm/d，時施作二襯。對于軟巖大變形隧道，可提前施作二次襯砌。控制初期支護不得侵入二次襯砌。

3.2 特殊不良地層加固技術

3.2.1 斷層及破碎帶管棚超前加固技術

在隧道施工中常會遇到斷層及破碎帶，易引起隧道洞內拱頂圍巖失穩(wěn)、坍塌等安全問題時，宜采用大管棚超前支護。米亞羅3號隧道左線：ZK161+764至ZK161+780；右線：K161+723至K161+748；右線K163+173至K163+213段采用大管棚超前支護。

管棚施工避免洞內大管棚侵入隧道凈空，洞內應該增設管棚工作室，應比設計斷面大30～50cm，長度應滿足鉆機作業(yè)要求。施工導向架，安裝φ127導向管，長度為2m。

（1）管棚施工工藝

大管棚采用φ108、壁厚6mm熱軋無縫鋼管制成。大管棚環(huán)向間距40cm，外插角1°～2°，拱部120°布設。為提高導管的抗彎能力，在鋼管內設置鋼筋籠，鋼筋籠由4根主筋和固定環(huán)組成，主筋采用Φ16，固定環(huán)采用φ42短管節(jié)，節(jié)長5cm，將其與主筋焊接，按0.5m間距設置。

（2）管棚鉆孔

鉆孔過程采用測斜儀量測鉆進的偏斜度，以準確控制鉆機軸線方向，使鉆桿以1°～3°的外插角前進，每鉆完一孔應立即安設一根鋼管。

（3）鋼管加工

第一節(jié)鋼管一端15cm長管壁4等分，用石筆畫出4個三角形，用氧氣切割掉4個三角形后，用大錘敲打切割好的4個齒牙，使合攏在一起，形成圓錐形，用電焊焊接牢固[4]。

（4）鋼筋籠加工

先將φ42鋼管用砂輪切割機切割成5cm長的短節(jié)做為固定環(huán)，環(huán)外壁上事先畫上4等分線，2根Φ16鋼筋放在制作臺上，放上固定環(huán)，使鋼筋和固定環(huán)的接觸面與等分線重合，按50cm間距焊接固定環(huán)，焊接牢固后，用同樣的方法焊接其余2根Φ16鋼筋。

（5）頂管

鋼管頂進采用機械配合，利用鉆機的沖擊力和推力低速頂進鋼管，鋼管軸線與導向管軸線基本一致，送入第一節(jié)鋼管后外露20cm，安裝已車好絲的外套φ114鋼管，使絲扣連接15cm，用電焊焊接外接口，焊好后連接第二節(jié)φ108鋼管，絲扣連接15cm，焊接外接口，第二節(jié)鋼管送入方法同第一節(jié)，依此類推安裝完一根鋼管。

（6）鋼筋籠安裝

鋼管按設計長度安好后，穿入已加工好的鋼筋籠，將鋼管與鉆孔壁間縫隙填塞密實，并在外露端鋼管焊上法蘭盤及閥門，焊接密實。

（7）注漿

注漿時，單液水泥漿可直接注入，水泥—水玻璃漿液利用三通管同時注入。注漿壓力初壓一般為0.5～1.0MPa，終壓為2.0MPa，持壓15min后停止注漿，關閉閥門。注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5倍，若注漿量超限，未達到壓力要求，應調整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質量標準，方可終止注漿。

3.2.2 突水突泥注漿加固技術

隧道施工突水突泥時有發(fā)生，對隧道開挖掌子面前方的水源探測，總是存在不確定性。施工時加強超前地質預報，采用先進可靠的預報方法：TSP203地震波法和超前鉆孔等，根據預報成果采取相應的處理措施，制定施工方案。

（1）突水突泥防治原則

堅持“超前預報、以堵為主、堵排結合、限量排放”的原則，對大的突水進行注漿封堵，對小型突水進行排放，避免地下水大量流失。

（2）突水突泥探測

米亞羅3號隧道全程施作TSP203超前地質預報。對突水段采用超前水平鉆孔探測前方地下水狀況。超前地質水平鉆施作4個探孔，鉆孔直徑采用φ75，活動斷裂帶超前探測長度80～100m，搭接長度不小于10m,其余地段超前探測長度不小于30m，搭接長度不小于5m。

（3）突水突泥帷幕注漿治理方案

隧道圍巖軟弱破碎、地下水豐富、流沙層、人工回填土，圍巖穩(wěn)定性極差，需要加固方可開挖的隧道。帷幕注漿對軟弱、富水段、突水突泥、碎屑流等地層的固結效果優(yōu)于其它措施。米亞羅3號隧道右線：K163+223～K163+163段采用帷幕注漿加固處理[5]。

圖2 帷幕注漿示意圖1

圖3 帷幕注漿示意圖2

a止?jié){墻施作

上臺階清碴盡可能靠近掌子面后，開始施作止?jié){墻。采用C35模筑混凝土施作，厚3.0m，施工空間高度為4.5m。周邊和下部與開挖輪廓線的接觸部用直徑Ф22的螺紋鋼筋3排連接，止?jié){墻底部要向下挖3m寬，0.8m深一個矩形槽，拱頂部位間隔預留5根直徑φ42的4m長小導管，小導管前2m加工溢漿孔，待止?jié){墻澆筑完成后，在止?jié){墻周邊施工縫處實行噴射混凝土施工，防止止?jié){墻與周邊注漿跑漿，混凝土澆筑必須振搗密實，防止漏漿，止?jié){墻完成后，對小導管先進行注漿。

b場地平整

為了滿足鉆機施工作業(yè)要求，必須在止?jié){墻后方預留12m長的作業(yè)平臺，并整平壓實。

c注漿參數

表1 注漿參數表

d注漿材料

注漿材料采用普通水泥添加早強劑水泥漿為主，普通水泥-水玻璃雙液漿、普通水泥單液漿為鋪。普通水泥-水玻璃雙液漿，水灰比為：W:C=(0.8～1):1，水玻璃濃度為30～35°Be’；普通水泥-添加劑漿液，水灰比為：W:C=(0.8～1):(1:0.1)。

e注漿順序

注漿順序按“由外到內、由下到上、間隔跳孔”的原則進行，以達到控域注漿，擠密加固的目的。

f鉆孔注漿工藝

先用鉆機鉆孔深1.5m，直徑φ114mm的鉆孔，安設固結1.5m長φ108mm孔口管。通過孔口管鉆設φ90mm注漿孔，鉆到5m深時開始實施注漿作業(yè)。采取復合式分段注漿工藝進行鉆孔注漿施工，注漿分段長度4～6m。即鉆進4～6m，注漿一次，注漿結束后再鉆4～6m進行注漿，當前進注漿到10m以后，就一次性鉆孔到該循環(huán)注漿設計里程，直接采用后退分段注漿工藝完成該孔作業(yè)；依次循環(huán)，直至結束注漿。

g注漿結束標準

全部注漿孔注漿完成后，在主要出水點附近設至少5個檢查孔，測孔內涌水量或進行壓水實驗，若滿足設計要求，則可以開挖，否則進行補注漿。

4 結束語

通過研究為汶馬高速公路的安全順利貫通提供有利保障，項目研究成果可以解決在施工環(huán)境特殊復雜地區(qū)施工隧道時所面臨的一系列關鍵技術難題，最大限度的保障隧道在建設和運營過程中的環(huán)境和結構安全，具有顯著的社會效益。