蓮花山1號隧道富水全強風(fēng)化花崗巖地段施工技術(shù)探討

燕全會

(廣東省長大公路工程有限公司第三分公司， 廣州　511431)

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蓮花山1號隧道富水全強風(fēng)化花崗巖地段施工技術(shù)探討

燕全會

(廣東省長大公路工程有限公司第三分公司， 廣州511431)

摘要：蓮花山1號隧道進口段485 m為富水全強風(fēng)化花崗巖地層，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖。施工過程中，通過采用合理的分部開挖、加強超前支護、洞內(nèi)引排水及洞外井點降水，有效降低了全強風(fēng)化花崗巖遇水崩塌的危險性，保證了施工安全與進度。介紹蓮花山1號隧道在富水全強風(fēng)化花崗巖地層中的施工技術(shù)，總結(jié)大斷面隧道在此類地質(zhì)條件下的施工方法，為同類工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：蓮花山1號隧道；富水地段；全強風(fēng)化花崗巖；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

隨著高速公路網(wǎng)的不斷完善，高速公路建設(shè)不斷向山區(qū)及丘陵地區(qū)延伸。因地區(qū)發(fā)展及通車量的需要，越來越多的隧道會穿越一些地質(zhì)條件極為復(fù)雜的地段。因此，隧道施工過程中如何選擇合理的施工方法，安全、快速地通過地質(zhì)不良地段，關(guān)系到隧道的施工進度、質(zhì)量與成本。

在建潮惠高速公路全線多座隧道穿越全強風(fēng)化花崗巖地層。施工開挖揭示，該類圍巖雖然結(jié)構(gòu)上仍然保持其原巖結(jié)構(gòu)的外觀特征，但其受開挖擾動后呈砂狀，穩(wěn)定性差，且遇水后軟化，承載力下降較大，隨水流失，具有軟化性和崩解性[1-2]。軟化作用使得圍巖的物理力學(xué)性能降低，掌子面易發(fā)生泥塑狀流出，遇水后土體發(fā)生結(jié)構(gòu)性分散，容易發(fā)生大變形[3]。所以，處于富水全強風(fēng)化花崗巖地層的隧道自穩(wěn)性很差，隧道開挖時掌子面極易滑塌、坍塌。隧道埋深較淺時，常伴隨隧道開挖產(chǎn)生地表縱向及環(huán)向裂縫。處于該類地層中的隧道，如果施工方法選擇及過程控制不當(dāng)，極易出現(xiàn)變形無法控制情況，從而導(dǎo)致施工安全、質(zhì)量和進度無法保障[4]。本文以潮惠高速公路全線多座隧道中具有代表性的蓮花山1號隧道為例，對富水全強風(fēng)化圍巖大斷面隧道的施工方法進行總結(jié)，以期對同類工程施工提供參考。

1工程概況

蓮花山1號隧道作為潮惠高速公路控制性工程，按照雙向6車道，左、右線分離布設(shè)。隧道左線里程ZK187+590～ZK192+780，長5 190 m；隧道右線里程YK187+590～ZK192+815，長5 225 m。隧道建筑界限凈寬14.5 m，限高5 m，設(shè)計開挖斷面129.7～169.2 m2。

隧址區(qū)屬于中低山地貌，地形起伏較大，地表水較為發(fā)育，且地表水體為位于狹窄溝谷內(nèi)的溪流，多屬季節(jié)性溪流。該區(qū)域內(nèi)沖溝發(fā)育，匯水面積大，水位及流量受季節(jié)控制明顯。

進口端K187+590～K188+075為V級圍巖區(qū)段，圍巖主要由全強風(fēng)化花崗巖組成，且強風(fēng)化巖巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造大部分已經(jīng)破壞，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)較軟，巖體極破碎。該段設(shè)計為Va 型復(fù)合式襯砌，初期支護全環(huán)設(shè)置I22 a 型工字鋼，鋼架縱向間距0.5 m/榀，拱墻部位設(shè)置Ф25 mm中空注漿錨桿，錨桿長4.0 m，環(huán)縱向間距100 cm×50 cm；噴射混凝土采用28 cm厚C25混凝土；2次襯砌拱墻和仰拱采用C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚60 cm；超前支護采用L=4.0 m，Ф50 mm超前注漿導(dǎo)管，環(huán)向間距40 cm，縱向間距2.5 m。設(shè)計開挖方法為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，開挖輪廓高約11.91 m，寬約17.65 m，開挖面積169.2 m2。

2施工方法

施工中，嚴(yán)格按照“新奧法”原理，遵循“早預(yù)報、管超前、非爆破、短開挖、少擾動、嚴(yán)治水、強支護、早封閉、勤量測、緊襯砌”的原則[4]，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工。側(cè)壁導(dǎo)坑分上、中、下臺階施工，變形較大地段加設(shè)臨時仰拱進行局部封閉成環(huán)，并通過加強超前支護、采用洞外井點降水以及洞內(nèi)外引排水等方式確保施工安全與進度[5]。

2.1開挖支護

2.1.1隧道開挖

1) 隧道開挖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法。側(cè)壁導(dǎo)坑分上、中、下3臺階開挖，局部富水軟弱地段上臺階或中臺階設(shè)置臨時仰拱。開挖步序：施工準(zhǔn)備→超前支護施工→左(右)側(cè)導(dǎo)坑開挖→左(右)側(cè)導(dǎo)坑初期支護及仰拱成環(huán)→右(左)側(cè)導(dǎo)坑開挖→右(左)導(dǎo)坑初期支護及仰拱成環(huán)→中導(dǎo)坑開挖→中導(dǎo)坑初期支護及仰拱成環(huán)→拆除臨時側(cè)壁→開挖循環(huán)結(jié)束。雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖立面如圖1所示。

圖1　雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖立面

2) 采用人工配合挖掘機進行開挖施工。側(cè)壁導(dǎo)坑上臺階每次開挖1～2榀，中臺階視圍巖情況每次開挖2～3榀，下臺階開挖控制在每次2～3榀。

3) 為防止初期支護侵限，開挖輪廓線應(yīng)適當(dāng)擴大。富水地段預(yù)留變形量按20 cm設(shè)置，一般地段預(yù)留變形量按15 cm設(shè)置。

4) 施工過程中嚴(yán)格根據(jù)開挖面圍巖情況以及監(jiān)控量測數(shù)據(jù)控制開挖進尺及步距，沉降過大時，須立即封閉掌子面，并采取單工循環(huán)作業(yè)，以快速完成仰拱成環(huán)作業(yè)。

2.1.2支護參數(shù)加強措施

隧道襯砌設(shè)計采用Va型支護，現(xiàn)場施工在原有初期支護基礎(chǔ)上采取了如下加強措施。

1) 鎖腳錨管加強。鎖腳錨管采用Ф42 mm，壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管替代原設(shè)計Ф22 mm藥卷鎖腳錨桿。上臺階拱腳處打設(shè)4根(左右各2根)，每根長4 m；中臺階拱腳處打設(shè)4根(左右各2根)，每根長5 m；下臺階永久支護側(cè)拱腳處打設(shè)2根，每根長5 m。鎖腳錨桿向下傾角約30°，采用∪型鋼筋將其與工字鋼焊接牢固。

2) 加強超前支護。Va復(fù)合式襯砌地段超前支護采用Ф50 mm注漿小導(dǎo)管支護，原設(shè)計支護參數(shù)如表1所示。施工過程中，因富水段全風(fēng)化花崗巖呈軟塑-流塑狀態(tài)，故需加長、加密原有設(shè)計，并采用側(cè)壁導(dǎo)坑開挖。側(cè)導(dǎo)坑開挖先行中導(dǎo)坑，故其側(cè)導(dǎo)作為排水通道的功能得到充分體現(xiàn)，因此可進一步優(yōu)化中導(dǎo)坑的支護參數(shù)。變更后的超前支護設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表1　Va型復(fù)合式襯砌原設(shè)計超前小導(dǎo)管支護參數(shù)

表2　Va型復(fù)合式襯砌變更后超前小導(dǎo)管支護參數(shù)

采用風(fēng)動鑿巖機將小導(dǎo)管直接從型鋼中部的導(dǎo)向孔中推送插入并填充注漿。設(shè)計注漿為水泥漿-水玻璃漿液。水泥漿水灰比1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，水玻璃濃度35波美度，注漿壓力0.5～1 MPa。

考慮到雙漿液的注漿效果取決于水泥漿的水灰比、水玻璃模數(shù)以及水玻璃與水泥體積比[6]，因此，為保證現(xiàn)場注漿效果，進行超前支護注漿時視圍巖滲涌水情況進行試驗注漿以確定實際施工注漿參數(shù)。

1) 臨時仰拱。當(dāng)施工現(xiàn)場觀察以及監(jiān)控量測數(shù)據(jù)反饋洞內(nèi)周邊收斂以及拱頂沉降較大時，在上臺階或中臺階設(shè)置臨時仰拱。臨時仰拱采用I18工字鋼，縱向連接鋼筋為Ф22 mm螺紋鋼，環(huán)向間距與主洞鋼架間距相同，臨時仰拱噴射厚度為20 cm。

2) 其他輔助施工措施。圍巖因富水而呈軟塑-流塑狀態(tài)，開挖容易出現(xiàn)溜塌。為此，在下臺階、仰拱開挖之前打設(shè)了鋼管土釘、掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、疊放砂袋反壓坡腳等以確保掌子面穩(wěn)定[7]。

2.2洞內(nèi)引排水

開挖過程中需完善洞內(nèi)臨時排水系統(tǒng)，防止圍巖滲水形成的積水侵泡拱(腳)或在施工現(xiàn)場漫流造成隧道基底承載力減低，影響現(xiàn)場施工設(shè)備效率。

洞內(nèi)水以引排為主。對于線狀出水，采取在初期支護背后加密埋設(shè)環(huán)向排水管的方式進行引排。對于股狀流水，可插入鋼管將其引出。掌子面出現(xiàn)較大的出水點時，可采用超前水平鉆孔并安插用土工布包裹的PE管進行排水。

2.3洞外井點降水

井點降水作業(yè)主要是用于降低洞內(nèi)地下水位。根據(jù)蓮花山1號隧道施工現(xiàn)場情況，在隧道右洞K187+810~K187+830段布置了5處井點降水孔。

參數(shù)設(shè)置：降水井設(shè)置于隧道開挖輪廓外側(cè)4 m，縱向間距5 m，單排布置。井點降水布置示意如圖2所示。

圖2　井點降水布置示意

降水井采用直徑150 mm鋼管，其鉆孔深度需結(jié)合地表標(biāo)高與隧道仰拱底標(biāo)高確定，鉆孔孔底標(biāo)高控制在隧道仰拱底下10 m處。

降水管采用內(nèi)徑120 mm的高強度PVC管，管壁切割2 mm透水孔。降水管安裝完成后，在井壁和水管間填充3～5 mm砂礫或米石反濾層。反濾層施工完成后，安裝70 m高揚程自動水泵。

降水井建成后進行了抽水試驗，發(fā)現(xiàn)通過洞外井點降水后洞內(nèi)滲水明顯減少，開挖以及初期支護施作后僅局部出現(xiàn)滲水，且水量很少。

2.4隧道監(jiān)控量測與超前地質(zhì)預(yù)報

蓮花山1號隧道施工中加強了監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報，且根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)以及超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果及時調(diào)整施工方法，控制施工開挖進尺。

2.4.1監(jiān)控量測

1) 地質(zhì)和支護狀況觀察。觀察并記錄掌子面工程與水文地質(zhì)情況，做好地質(zhì)素描。觀察開挖面附近初期支護狀況，判斷圍巖穩(wěn)定性和初期支護的可靠性。

2) 洞內(nèi)拱頂下沉及收斂量測。施工時按分布施工設(shè)水平測線，其測點布置如圖3所示。圖3中，G為拱頂下沉量測點，AB、AC、BG、EG、GD、GF為周邊位移收斂測線。

圖3　雙側(cè)壁開挖測點布置示意

3) 淺埋地表沉降觀測。V級圍巖淺埋地段地表每5 m布設(shè)沉降觀測點，其與洞內(nèi)拱頂下沉及收斂量測點布置在同一橫斷面內(nèi)。橫向從襯砌中線處向兩側(cè)按照2～5 m間距設(shè)地表下沉檢測點，每個斷面設(shè)置不少于7個點。地表下沉測點布置如圖4所示。

圖4　淺埋地表測點布置示意

2.4.2超前地質(zhì)預(yù)報

蓮花山1號隧道施工時，將超前地質(zhì)預(yù)報作為隧道的施工工藝納入現(xiàn)場施工組織管理中。在富水全強風(fēng)化花崗巖段施工過程中，充分開展了地質(zhì)雷達、TSP預(yù)報以及超前水平鉆孔工作，并采用地質(zhì)調(diào)查與勘探相結(jié)合、物探與鉆探相結(jié)合、長距離以及短距離相結(jié)合的綜合預(yù)報方法來提高前方圍巖預(yù)報的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，并利用地質(zhì)預(yù)報的結(jié)論及時進行動態(tài)設(shè)計與施工[8]，確保施工安全。

3結(jié)束語

蓮花山1號隧道施工過程中，通過采用合理的分部開挖、加強超前支護、洞內(nèi)水引排及洞外地表降水等施工措施，有效提高了富水全強化花崗巖地段隧道施工的安全性，提高了施工進度，隧道月平均開挖進尺達到35 m/月，滿足了隧道整體施工進度要求。同時，通過加強隧道監(jiān)控量測以及超前地質(zhì)預(yù)報工作，及時掌握了隧道圍巖穩(wěn)定以及初期支護變形的情況，使后續(xù)開挖“心中有數(shù)，游刃有余”，保證了后續(xù)隧道開挖施工的安全性。

參 考 文 獻

[1]陳洪江.花崗巖類全風(fēng)化帶的工程地質(zhì)性質(zhì)[J].港工技術(shù)，1995(3)：61-65.

[2]趙建軍，王思敬.香港全風(fēng)化花崗巖的固結(jié)特性[J].河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，33(1)：85-88.

[3]關(guān)寶樹，趙勇.軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]崔紅琴.超淺埋富水全風(fēng)化花崗巖大斷面隧道施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2014(3)：1-4.

[5]關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[6]余朝陽.袖閥管壓密注漿在淺埋隧道施工中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2011(4)：74.

[7]王樂明.高速鐵路隧道穿越富水全風(fēng)化花崗巖地層施工方法研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報，2013(9)：105-114.

[8]交通運輸部公路局.高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)指南[S].北京：人民交通出版社，2012.

Probe into Construction Techniques for Water-rich Fully and Strongly Weathered Granite Section of No. 1 Tunnel of Lianhua Mountain

YAN Quanhui

Abstract:Inlet section at a length of 485m of No.1 Tunnel of Lianhua Mountain is water-rich fully and strongly weathered granite stratum and is excavated in two side-wall pilot tunnel method. During construction,adoption of reasonable partial excavation, reinforcement of leading support, water diversion and drainage in tunnel and well-point dewatering outside the tunnel effectively reduces the risk of collapse of fully and strongly weathered granite when encountering water and guarantees construction safety and progress. This paper introduces construction techniques for No.1 Tunnel of Lianhua Mountain in water-rich fully and strongly weathered granite stratum, and summarizes construction methods for large-crosssection tunnels under such geological condition to provide a reference for construction of similar projects.

Keywords:No.1 Tunnel in Lianhua Mountain; water-rich section; fully and strongly weathered granite; two side-wall pilot tunnel method

文章編號：1009-6477(2016)01-0105-04

中圖分類號：U455.4

文獻標(biāo)識碼：B

作者簡介：燕全會(1987-)，男，山東省東營市人，碩士，工程師。

收稿日期：2015-08-21

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.023