隧道穿越破碎帶富水圍巖防水施工關(guān)鍵技術(shù)

劉明才

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東泰安271000）

隧道穿越破碎帶富水圍巖防水施工關(guān)鍵技術(shù)

劉明才*

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東泰安271000）

以潮（州）惠（州）高速公路蓮花山2號(hào)隧道為背景，施工過程中充分發(fā)揮超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工的指導(dǎo)作用，介紹了隧道穿越破碎帶富水圍巖段防水工程施工方法及施工控制關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)類似工程施工具有借鑒作用。

大跨隧道；破碎帶；富水圍巖；防水施工；關(guān)鍵技術(shù)

目前我國(guó)運(yùn)營(yíng)的公路隧道已出現(xiàn)諸多病害影響到行車安全，在諸多病害中以隧道滲漏水現(xiàn)象最為突出和常見。如何在隧道施工階段切實(shí)提高防排水工程質(zhì)量，是從根本上解決隧道滲漏水病害的主要措施。本文以潮（州）惠（州）高速公路蓮花山2號(hào)隧道左洞ZK201+350～ZK201+400段為背景，展開關(guān)于破碎帶富水圍巖條件下的隧道防排水工程施工關(guān)鍵技術(shù)研究。

1　項(xiàng)目背景

1.1工程概述

潮（州）惠（州）高速公路蓮花山2號(hào)隧道起于汕尾市海豐縣赤石鎮(zhèn)，止于惠州市惠東縣多祝鎮(zhèn)，隧道左線長(zhǎng)5140m，右線長(zhǎng)5108m，設(shè)計(jì)為雙向六車道特長(zhǎng)隧道，主洞最大開挖跨度為17.65m，最大開挖面積為169.2m2，是全線關(guān)鍵控制性工程。

1.2地形地貌

隧道區(qū)屬丘陵地貌，地形起伏較大。隧道范圍內(nèi)中線高程118～695m，最大高差578m。山體自然坡度20°～35°，植被較發(fā)育。進(jìn)、出口均處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。隧道區(qū)潮州端洞口附近僅有狹窄山路通過，惠州端洞口有簡(jiǎn)易道路通過，交通條件差。

1.3工程水文地質(zhì)

隧道區(qū)屬新華夏系東亞第二個(gè)隆起褶皺帶南段粵東沿海地區(qū)與南嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶南緣交接復(fù)合部位。區(qū)內(nèi)各類構(gòu)造橫斜展露，形跡較為明顯。主要發(fā)育北東向構(gòu)造形跡，北東向斷裂帶控制地形地貌，是隆起和坳陷的分界線。

隧道區(qū)地表水較發(fā)育，蓮花山以東屬于黃江水系，最終流入南海，蓮花山以西屬于珠江流域中的東江水系。隧址區(qū)地表水體為位于狹窄溝谷內(nèi)的溪流，多屬于季節(jié)性溪流。該區(qū)沖溝發(fā)育，匯水面積大，水位及流量受季節(jié)控制明顯，旱季水量較小或干枯，雨季大量雨水沿兩側(cè)坡體匯入溪流，水量變化大，具暴漲暴落的特點(diǎn)。

2　破碎帶富水狀況分析

2.1富水狀況

ZK201+350～ZK201+400段隧道埋深413～424m，該段為Ⅳ級(jí)圍巖，圍巖主要為微風(fēng)化花崗斑巖，受構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖體破碎，Rc= 57.0MPa，Kv=0.30，K1=0.20，K2=0，K3=0，［BQ］=316，圍巖自穩(wěn)能力較差，無支護(hù)時(shí)拱部可能產(chǎn)生小型坍塌，側(cè)壁可能產(chǎn)生掉塊，洞室周邊有淋雨?duì)畛鏊Ｋ淼篱_挖后輪廓面裂隙水呈淋雨?duì)畛鏊植砍使蔂顕姵鰩r面。

2.2施工難點(diǎn)分析

（1）圍巖節(jié)理發(fā)育、巖體破碎，若輔助措施及初期支護(hù)不當(dāng)，易出現(xiàn)掌子面垮塌或初期支護(hù)變形。

（2）隧道開挖后輪廓面裂隙水呈淋雨?duì)畛鏊?，局部呈股狀噴出巖面，造成噴射砼施工難度大，噴射砼隨水流散落或在砼未上強(qiáng)度時(shí)大面積掉塊。

（3）本段圍巖節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，淋雨?duì)畛鏊?，防排水施工控制不?dāng)，易出現(xiàn)二襯滲漏，給后期隧道運(yùn)營(yíng)安全帶來隱患。

3　施工控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1及時(shí)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

按照“物探先行，鉆探驗(yàn)證，有掘必探，先探后掘”的原則采用多源協(xié)同預(yù)報(bào)技術(shù)，將地質(zhì)描述與洞內(nèi)物探、鉆探相結(jié)合。開挖至該破碎帶前100m左右時(shí)，首先采用長(zhǎng)距離TSP探測(cè)；待接近破碎帶掌子面約20m處采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)一步探測(cè)，并利用超前鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。綜合分析預(yù)報(bào)成果，以指導(dǎo)和確定支護(hù)參數(shù)。

3.2優(yōu)化支護(hù)參數(shù)

ZK201+350～ZK201+400段結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)開挖后實(shí)際暴露圍巖，此段圍巖裂隙水極發(fā)育，圍巖破碎。原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)難于滿足施工技術(shù)、工程質(zhì)量及施工安全要求，為增加初期支護(hù)抵抗圍巖變形的早期強(qiáng)度，采用I18工字鋼替代15cm×20cm格柵鋼架，鎖腳采用?42mm鎖腳錨管替代?22mm鎖腳錨桿，超前采用?50mm超前小導(dǎo)管替代?22mm超前砂漿錨桿，拱部徑向錨桿采用?42mm注漿導(dǎo)管替代?22mm藥卷錨桿。支護(hù)參數(shù)具體優(yōu)化方案見表1。

3.3徑向注漿止水

表1　支護(hù)參數(shù)優(yōu)化對(duì)比一覽表

拱部采用?42mm注漿導(dǎo)管對(duì)周邊破碎圍巖進(jìn)行徑向注漿加固，形成圍巖—支護(hù)承載環(huán)，抑制圍巖變形，封堵地下水。導(dǎo)管采用外徑42mm，壁厚4mm的無縫鋼管，鋼管長(zhǎng)5m，管口段0.5m范圍內(nèi)鋼管不開孔，其余按15cm間距交錯(cuò)設(shè)置注漿孔，孔徑8mm，梅花型布設(shè)于隧道拱頂120°范圍，間距1.2m×1.0m（環(huán)向×縱向）。注漿采用水泥—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°Be，注漿壓力1.0～2.0MPa。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓2.0MPa并繼續(xù)注漿10min以上或注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量，進(jìn)漿量一般在20～30L/min以下。從注漿過程中的各種記錄資料分析，注漿壓力和注漿量變化是否合理、注漿前后地層聲波速度的大小對(duì)比來判斷漿液填充的密實(shí)程度。

3.4優(yōu)化排水通道

3.4.1初支內(nèi)增設(shè)環(huán)向排水

為更好的將初期支護(hù)內(nèi)裂隙水集中引排，防止噴射砼表面出現(xiàn)大面積滲漏水，在噴射混凝前先在巖面或初噴面敷設(shè)?100m環(huán)向半圓管形成排水通道。噴射砼時(shí)加大速凝劑用量，使噴射砼快速凝固，并進(jìn)行連續(xù)噴射，且在圍巖主裂隙處不噴射砼，使水流能集中于主裂隙內(nèi)而流入環(huán)向半圓管。當(dāng)巖面大面積淋水時(shí)，應(yīng)先用排水半圓管集中引排，上覆鐵絲網(wǎng)后再噴射砼。環(huán)向半圓排水管安裝時(shí)應(yīng)使環(huán)向半圓管密貼初噴面或巖面。噴射砼時(shí)不能將排水半圓管沖擊、損傷或沖掉，并盡可能將其覆蓋。一定要將環(huán)向半圓管通過三通管接入縱向排水管。

3.4.2連通排水通道

（1）環(huán)向排水采用?100mm半圓管排水管敷設(shè)于初支表面，正常段每道一根，半圓管與噴射砼面密貼，其設(shè)置間距按5m一道設(shè)置，局部水量大時(shí)可酌情增加。?100mm環(huán)向排水半圓管在滲水較嚴(yán)重部位每道2根并列使用。

（2）全隧兩側(cè)通長(zhǎng)設(shè)置縱向?100mm網(wǎng)狀硬式透水管，縱向坡度與隧道相同?？v向?100mm網(wǎng)狀硬式透水管與橫向?100mmPE管采用三通連接。

（3）全隧設(shè)置橫向?100mmPE管，縱距10m，橫向排水管橫坡為15%。將縱向排水管與側(cè)式排水暗溝連通。

3.5強(qiáng)化監(jiān)控量測(cè)

結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及現(xiàn)場(chǎng)開挖暴露圍巖情況，對(duì)富水段圍巖監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)按5m/組加密埋設(shè)，尤其是在下臺(tái)階開挖進(jìn)尺時(shí)對(duì)相應(yīng)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)。通過對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析處理，繪制曲線如圖1、圖2所示。該段圍巖拱頂沉降、周邊位移—時(shí)間曲線呈正?，F(xiàn)象，表明優(yōu)化后的支護(hù)參數(shù)能夠抵抗現(xiàn)場(chǎng)圍巖變形。當(dāng)圍巖和初期支護(hù)變形趨于穩(wěn)定后，進(jìn)行二次襯砌模筑施工。

圖1　周邊位移累計(jì)變化曲線

圖2　拱頂沉降累計(jì)變化曲線

3.6嚴(yán)格防水層施工

3.6.1選擇優(yōu)質(zhì)防水板

為達(dá)到最佳防水效果，ZK201+350～ZK201+400段防水板采用HDPE新型防水卷材，其以PMH-3040高密度聚乙烯HDPE自粘膠膜防水卷材為柔性防水層，防水卷材與后澆砼之間形成緊密結(jié)合不竄水的復(fù)合防水系統(tǒng)，可有效防止防水層與后澆砼之間的滲水和竄水，從而確保隧道防水可靠性及耐久性。該種防水材料比普通EVA型防水材料有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）優(yōu)異的的物理力學(xué)性能。HDPE片材拉伸屈服強(qiáng)度高達(dá)17MPa，約為一般EVA及ECB材料的2倍，可以抵御更大的外力，一般不會(huì)發(fā)生永久性形變；斷裂拉伸強(qiáng)度更是高達(dá)32MPa，高達(dá)600%以上的斷裂伸長(zhǎng)率使卷材在使用過程中可以抵抗更大的基層變形和開裂。

（2）與后澆砼形成的結(jié)合力強(qiáng)，粘接剝離力值超過3.0N/mm。揭掉卷材表面的隔離膜，與砼的結(jié)合面為多孔結(jié)構(gòu)，后澆砼澆筑其上后，砼漿液與卷材緊密結(jié)合，形成復(fù)合防水系統(tǒng)；高分子自粘膠膜層將反粘結(jié)合涂層與高密度聚乙烯（HDPE）片材牢固的粘結(jié)在一起形成一個(gè)完整整體；最終，通過膠層、涂層共同的作用實(shí)現(xiàn)卷材整體與后澆砼的牢固結(jié)合。

（3）耐久性更好。高密度聚乙烯材料戶外使用壽命超過50年，且基本不受酸、堿、鹽的影響；高分子自粘膠膜卷材膠膜層均由熱塑性彈性體組成，不含有機(jī)溶劑、增塑劑的高分子膠層在不受空氣中氧氣及紫外線照射的環(huán)境下，不存在因小分子物質(zhì)遷移而導(dǎo)致的膠層變硬，卷材在暴曬和施工過程暴露2周以上也不出現(xiàn)因熱氧及強(qiáng)光暴曬而產(chǎn)生的變黃現(xiàn)象，在水、熱和化學(xué)介質(zhì)處理后其性能保持率均在80%以上，其耐久性優(yōu)異。

3.6.2基面處理

鋼筋網(wǎng)等凸出部分，先切斷后用錘鉚平抹砂漿素灰；有凸出的管道時(shí)切斷、鉚平后用砂漿抹平；錨桿與凸出部位時(shí)，螺頭預(yù)留5mm切斷后，用塑料帽處理；初期支護(hù)應(yīng)無空鼓、裂縫、松酥，表面應(yīng)平順，凹凸量不得超過±5cm。

3.6.3防水層敷設(shè)

（1）防水板超前二次襯砌1～2板施工，用自動(dòng)爬行熱焊機(jī)進(jìn)行焊接，鋪設(shè)采用專用臺(tái)車進(jìn)行。

（2）分離式防水板鋪設(shè)采用從拱部往兩側(cè)的順序鋪設(shè)，松緊應(yīng)適度并留有余量，環(huán)向松弛率按8%控制，縱向松弛率按6%控制。檢查時(shí)要保證防水板全部面積均能抵到圍巖。

（3）無紡布采用EVA墊片和水泥釘進(jìn)行固定，水泥釘長(zhǎng)度不小于50mm，EVA墊片密度：拱頂點(diǎn)3～4個(gè)/㎡，邊墻點(diǎn)2～3個(gè)/㎡。

（4）PMH-3040高密度聚乙烯HDPE自粘膠膜防水卷材的檢測(cè)應(yīng)從防水板中截取平板部分進(jìn)行檢測(cè)，其指標(biāo)應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)《高分子防水材料（第一部分片材）》（GB18173.1-2006），采用自動(dòng)爬行熱焊機(jī)進(jìn)行焊接，焊接粘結(jié)剝離強(qiáng)度不小于防水板抗拉強(qiáng)度，防水板搭接長(zhǎng)度不小于10cm。防水板外觀呈白色透明，敷設(shè)如圖3所示。

圖3　防水板敷設(shè)示意圖

（5）防水板施工控制關(guān)鍵點(diǎn)主要有：防水板表面平順，無褶皺、無氣泡、無破損等現(xiàn)象；當(dāng)基面輪廓凸凹不平時(shí)，要預(yù)留足夠的松散系數(shù)，使其留有余地，并在斷面變化處增加懸掛點(diǎn)，保證緩沖面與砼表面密貼；焊縫若有漏焊、假焊應(yīng)予補(bǔ)焊；若有烤焦、焊穿處以及外露的固定點(diǎn)，必須用塑料片焊接覆蓋；焊接鋼筋時(shí)在其周圍用石棉水泥板進(jìn)行遮擋，以免濺出火花燒壞防水層；灌注二襯砼時(shí)輸送泵管不得直接對(duì)著防水板，避免砼沖擊防水板引起防水板被帶滑脫、防水板下滑。

3.6.4接縫防水處理

隧道二次襯砌施工后，每板接縫處是整個(gè)防水薄弱點(diǎn)，極易出現(xiàn)滲漏，因此必須加強(qiáng)接縫處防水施工。在結(jié)構(gòu)變化處設(shè)置變形縫，長(zhǎng)距離結(jié)構(gòu)按間距不大于50m設(shè)置變形縫，施工縫設(shè)置鋼板膩?zhàn)又顾畮Вê穸?mm），變形縫處設(shè)置背貼式止水帶（厚度10mm）+橡膠止水帶（厚度10mm）。

為更好地保護(hù)止水帶，保證二襯接縫處防水的施工質(zhì)量，靠模板臺(tái)車面板加工25cm寬的弧形鋼模，鋼板膩?zhàn)又顾畮Ъ爸新裣鹉z止水帶居中平放于鋼模外邊，既能保證止水帶設(shè)置位置準(zhǔn)確，又有效地避免了因止水帶彎折損壞止水帶。二次襯砌脫模后止水帶位置如圖4所示。

圖4　二次襯砌脫模后止水帶位置圖

3.7及時(shí)施作二次襯砌

3.7.1合理確定二襯施做時(shí)間

二次襯砌距掌子面距離控制在700m以內(nèi)，二襯施工應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定，并具備下列條件時(shí)施作：

（1）隧道周邊位移速率有明顯減緩趨勢(shì)；

（2）拱腳水平收斂速度小于0.15mm/d或拱頂位移速度小于0.10mm/d；

（3）初期支護(hù)表面無再發(fā)展的明顯裂縫。

3.7.2防水砼施工要點(diǎn)

（1）控制砼配合比。二次襯砌砼抗?jié)B等級(jí)不低于S8。在施工過程中不能片面強(qiáng)調(diào)砼抗壓等級(jí)，一味加大單位體積砼水泥用量，將會(huì)使砼水化熱和收縮量增加，導(dǎo)致砼裂縫，破壞砼結(jié)構(gòu)自防水能力。

（2）砼澆筑前仔細(xì)檢查。先對(duì)基礎(chǔ)頂面進(jìn)行徹底鑿毛，清洗邊墻基礎(chǔ)頂面，清除雜質(zhì)，仔細(xì)檢查臺(tái)車模板表面的平整度及整潔情況。在澆筑砼前，確認(rèn)基底無虛渣、積水及其他雜物。

（3）確保拱頂砼密實(shí)無空洞。二次襯砌在澆筑過程中襯砌頂部預(yù)留注漿孔，注漿孔間距4m，待襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，實(shí)施拱頂注漿，保證二次襯砌砼密實(shí)。

4　幾點(diǎn)體會(huì)

（1）破碎帶富水段圍巖條件下隧道開挖施工，開挖后必須及時(shí)對(duì)掌子面及巖層裸露面進(jìn)行封閉，施工過

程嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、弱擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、早成環(huán)”的原則。

（2）要做好施工過程中的監(jiān)控量測(cè)工作，并要增大量測(cè)頻率及增設(shè)量測(cè)點(diǎn)，要及時(shí)對(duì)量測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，反饋于現(xiàn)場(chǎng)，用以指導(dǎo)施工。

（3）要充分發(fā)揮隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的預(yù)警和線下作用，為提前制定相應(yīng)的技術(shù)控制措施提供依據(jù)。

（4）加強(qiáng)圍巖防排水的施工質(zhì)量控制，確保排水管道連接牢靠，管路暢通，對(duì)防水層施工質(zhì)量嚴(yán)格控制，堅(jiān)決避免人為因素造成隧道滲漏水。

（5）優(yōu)先選用可靠的新材料和先進(jìn)的新工藝，做到“以材料保工程質(zhì)量、以工藝保過程質(zhì)量”。

在蓮花山2號(hào)隧道左洞ZK201+350～ZK201+400段破碎帶富水圍巖施工過程中，通過采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)、初支內(nèi)增加環(huán)向排水、強(qiáng)化監(jiān)控量測(cè)、嚴(yán)格防水施工等施工關(guān)鍵技術(shù)措施，快速完成了施工，隧道防水質(zhì)量得到了充分保證，取得了良好效果，對(duì)類似工程施工具有借鑒作用。

［1］楊林德.公路隧道施工手冊(cè)——隧道［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］佘建.淺談山嶺隧道防排水施工工藝的質(zhì)量控制［J］.山西建筑，2007.

［3］JTJF60-2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.人民交通出版社，2011.

5　結(jié)語(yǔ)

U45

A

1004-5716（2016）04-0172-04

2015-04-12

2015-04-13

劉明才（1977-），男（漢族），山東萊蕪人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事項(xiàng)目管理工作。