高海拔高寒隧道復(fù)雜地質(zhì)段施工技術(shù)

趙士學(xué)（中鐵十局集團(tuán)西北工程有限公司，陜西　西安　710065）

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高海拔高寒隧道復(fù)雜地質(zhì)段施工技術(shù)

趙士學(xué)
（中鐵十局集團(tuán)西北工程有限公司，陜西西安710065）

摘要：結(jié)合青海長(zhǎng)拉山隧道地處高海拔高寒的實(shí)際情況，對(duì)隧道復(fù)雜地質(zhì)段涌水封堵施工方法進(jìn)行了介紹，歸納總結(jié)了其施工要點(diǎn)，從而保證了隧道施工安全、進(jìn)度和質(zhì)量，為今后類(lèi)似工程施工提供了參考借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道，涌水量，掌子面，施工方案

長(zhǎng)拉山隧道是目前世界上海拔最高的公路隧道，全長(zhǎng)2 400 m，洞口海拔高程4 498 m，是青海省省道309線多拉麻科至雜多段公路的關(guān)鍵控制性工程。該隧道地處青南高原，是典型的高原嚴(yán)寒隧道，地質(zhì)情況復(fù)雜，受涌水、斷裂帶、圍巖破碎等因素影響，施工難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期。

作為目前國(guó)內(nèi)公路海拔最高的隧道，該隧道施工中存在著軟弱圍巖大變形、突水涌水、圍巖失穩(wěn)等風(fēng)險(xiǎn)，屬高風(fēng)險(xiǎn)隧道。當(dāng)?shù)厥┕夂颦h(huán)境惡劣、高寒缺氧、空氣稀薄，冬季空氣氧含量為內(nèi)地的40%，四季飄雪，冬季施工期長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月。項(xiàng)目所在地物資和機(jī)械匱乏，后勤保障困難，機(jī)電設(shè)備功率下降約50%。施工人員經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重高原反應(yīng)，施工非常困難。特別是長(zhǎng)拉山隧道K80 + 970～K81 +052復(fù)雜地質(zhì)段，此段隧道處于高海拔、凍融地區(qū)、軟弱巖層破碎集聚區(qū)，斷裂帶明顯，破碎帶寬度較大，巖石巖溶、節(jié)理較為發(fā)育。從現(xiàn)場(chǎng)地貌來(lái)分析，隧道軸線位于溝谷的邊側(cè)，為四道山脊的匯集處，容易聚集地表水和地下水后形成良好的儲(chǔ)水帶。2012年7月20日，隧道K80 +970～K81 +052段正位因季節(jié)消融，冰雪融水，地表水和構(gòu)造裂隙水下滲，該段隧道在施工過(guò)程中發(fā)生了涌（突）水。實(shí)測(cè)該段日均涌水量11 520 m3/d，突涌涌水量17 000 m3/d，遠(yuǎn)大于隧道設(shè)計(jì)最大涌水量（雨季）1 434 m3/d，對(duì)隧道施工造成較大影響。

該段隧道發(fā)生涌（突）水后，施工單位先后邀請(qǐng)了多位隧道專(zhuān)家親自到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看和設(shè)計(jì)圖研判，根據(jù)地勘資料推測(cè)和專(zhuān)家論證，專(zhuān)家一致認(rèn)為：長(zhǎng)拉山隧道隧址區(qū)地處三江源地區(qū)，地表水補(bǔ)給豐富，加之隧道圍巖處于中風(fēng)化灰?guī)r與中風(fēng)化板巖的交接地帶，屬于典型的匯水地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型，對(duì)隧道該段涌（突）水處理：本著“以堵為主、堵排結(jié)合、穩(wěn)扎穩(wěn)打、確保安全”的處理原則，采取主要措施如下：

1）截?cái)嗟乇硭a(bǔ)給，主要是做好地表勘察，將有可能對(duì)洞內(nèi)涌（突）水進(jìn)行補(bǔ)給的地表河流，在進(jìn)行疏通的基礎(chǔ)上，在河流底部鋪設(shè)防水板，隔絕地表水補(bǔ)給。

2）洞內(nèi)掌子面同步引水。洞內(nèi)施作φ15 cm超前引水孔，長(zhǎng)度30 m，將掌子面前方匯水提前引出。在掌子面左側(cè)，沿隧道前進(jìn)方向，與隧道軸線成45°方向，水平施作φ12 cm引水管，單根引水管長(zhǎng)度10 m，將水提前從隧道輪廓線外引出，減少輪廓線以?xún)?nèi)的涌水量，引水管每5 m施作一排，采用φ160 mm HDPE波紋管引流至橫向排水管排入中心管溝排出洞外，其布設(shè)間距可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。調(diào)整K80 +982～K81 +022段φ160 mm HDPE橫向排水波紋管設(shè)置，設(shè)置間距調(diào)整為3 m一道，保障排水順暢，杜絕二次襯砌背后積水。

3）對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行加固等處理措施。因涌水量較大，為防止初期支護(hù)背后水壓過(guò)大水流沖刷噴混凝土支護(hù)，對(duì)支護(hù)的穩(wěn)定性造成較大影響導(dǎo)致初支變形，為保障安全，需對(duì)已完支護(hù)進(jìn)行加固處理后繼續(xù)開(kāi)挖。在洞身兩側(cè)布設(shè)φ12 cm引水鋼花管，使初支背后不積水，保證支護(hù)穩(wěn)定。

4）對(duì)隧道圍巖破碎、洞內(nèi)沉降、型鋼變形較大等技術(shù)問(wèn)題，采取綜合措施解決。加強(qiáng)涌水段支護(hù)參數(shù)，將Ⅳ級(jí)深埋支護(hù)格柵拱架調(diào)整為Ⅰ20a工字鋼，系統(tǒng)錨桿調(diào)整為3.0 m長(zhǎng)φ42 mm注漿鋼花管錨桿，按照100 cm×100 cm梅花形布設(shè)，安裝完成后，及時(shí)注漿，對(duì)周邊圍巖進(jìn)行封閉堵水，其他支護(hù)參數(shù)不變，保證支護(hù)的穩(wěn)定。

5）加強(qiáng)超前支護(hù)，采用單排φ42 mm注漿鋼花管進(jìn)行預(yù)加固，鋼花管長(zhǎng)度3.5 m，每2 m施作1排，一方面保證圍巖穩(wěn)定，另一方面對(duì)掌子面滲漏水提前封堵，以便于開(kāi)挖支護(hù)施工。每榀拱架增設(shè)4根3.5 m長(zhǎng)φ42 mm注漿鋼花管鎖腳錨桿，減少拱架水平變形。

6）對(duì)K80 +982～K81 + 022涌水嚴(yán)重地段，進(jìn)行注漿封堵。注漿采用1∶1水泥—水玻璃雙漿液注漿。施工中嚴(yán)格控制注漿質(zhì)量，嚴(yán)格控制開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺，做好隧道監(jiān)控量測(cè)作業(yè)，杜絕安全事故發(fā)生。

經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。在此段復(fù)雜地質(zhì)段隧道施工過(guò)程中，施工投入了大量生產(chǎn)資源，特別是隧道K81 + 022～K81 + 052段圍巖整體性極差，屬灰?guī)r與板巖交接地段，巖體多為中風(fēng)化灰?guī)r，局部夾雜砂巖、板巖，夾泥現(xiàn)象極為嚴(yán)重，巖體破碎，巖層走向變化頻繁。雖然隧道施工嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，嚴(yán)格控制開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺，但施工時(shí)局部坍塌掉塊現(xiàn)象較為嚴(yán)重，再有涌水沖刷作用，給隧道施工帶來(lái)了極大困難。特別是支護(hù)噴射混凝土過(guò)程中，作業(yè)環(huán)境極為惡劣，溫度較低。洞身開(kāi)挖面到處出水，水流對(duì)噴混凝土料有沖刷，噴混凝土料還未凝結(jié)就發(fā)生掉落，使噴射混凝土支護(hù)時(shí)間大大延長(zhǎng)，噴射混凝土損失浪費(fèi)也極為嚴(yán)重。隧道仰拱、中心管溝施工，因出水量極大，開(kāi)挖坑槽成型后內(nèi)部積滿水，僅靠抽水機(jī)直接抽水不能滿足施工要求，需在仰拱施工段落前面進(jìn)行封堵，并設(shè)置多個(gè)集水坑，提前引排水，方可達(dá)到施工排水要求。K80 + 970～K81 + 052整個(gè)復(fù)雜地質(zhì)段，施工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)多月，隧道施工進(jìn)度緩慢。但經(jīng)過(guò)專(zhuān)家指導(dǎo)，施工人員和技術(shù)人員共同努力，克服了多種困難，最終使該隧道復(fù)雜地質(zhì)段施工順利完成。

通過(guò)該隧道施工表明，隧道施工前必須認(rèn)真做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。綜合應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)、遠(yuǎn)紅外線探水等物化預(yù)報(bào)方法，從不同方面發(fā)現(xiàn)異常、揭示異常。最直觀、最準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)方式超前水平鉆孔應(yīng)在隧道全長(zhǎng)采用。綜合組成地質(zhì)超前預(yù)報(bào)完整的技術(shù)體系，并堅(jiān)持將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)合理納入工序進(jìn)行組織管理。高海拔高寒隧道施工因施工環(huán)境惡劣，施工困難因素較多，必須有可靠的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料，依據(jù)地質(zhì)情況，針對(duì)涌水、斷裂帶、圍巖破碎等因素，提前制定措施和應(yīng)急方案，必要時(shí)提前施作，才能保證隧道施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度。

On construction technique at complicated geological sections at tunnels in cold regions with high altitude

Zhao Shixue
（China Railway Tenth Group Northwest Engineering Co.，Ltd，Xi’an 710065，China）

Abstract：Combining with high-altitude Changlashan Tunnel in cold regions of Qinghai Province，the paper introduces the construction methods for the water plugging at the complicated sections of the tunnel，and sums up its construction points，so as to ensure the construction safety，progress and quality of the tunnel construction and provide some reference for similar projects.

Key words：tunnel，water plugging，tunnel face，construction scheme

中圖分類(lèi)號(hào)：U455

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-6825（2016）06-0173-02

收稿日期：2015-12-17

作者簡(jiǎn)介：趙士學(xué)（1972-），男，工程師