梅大高速公路圣人山泄水隧道施工技術(shù)方案探討

謝海光

摘 要：本文結(jié)合梅大高速公路圣人山泄水隧道工程實(shí)例，根據(jù)本人自身實(shí)踐，探討涌水隧道的施工技術(shù)控制方法，提出應(yīng)采取截、堵、排、導(dǎo)結(jié)合的方式處理，以“導(dǎo)”、“排”為主，以“截”、“堵”為輔，綜合治理的原則，同時(shí)運(yùn)用輔助導(dǎo)坑引排涌水及超前注漿方式預(yù)支護(hù)，可供類似工程施工參考。

關(guān)鍵詞：涌水隧道;超前支護(hù);超前地質(zhì)預(yù)報(bào);施工技術(shù)

1 工程概況

梅州—大埔高速公路梅縣三角至大埔三河段圣人山右線隧道自通車運(yùn)營(yíng)以來，RK5+875～RK5+935段每當(dāng)暴雨來臨、山洪暴發(fā)時(shí)，常出現(xiàn)大規(guī)模滲水情況，嚴(yán)重影響高速公路的運(yùn)營(yíng)安全，嚴(yán)重時(shí)甚至需要中斷交通。根據(jù)一系列地質(zhì)調(diào)繪，隧道滲水與隧道右側(cè)山塘2蓄水有直接關(guān)系。經(jīng)查，隧道右側(cè)上方有一山塘名為兩眼橋山塘，庫(kù)容約9萬立方，該山塘原為上游盤湖水庫(kù)的泄洪通道，當(dāng)?shù)匚唇?jīng)許可在泄洪道上修建了攔水壩，使其蓄水成為山塘。業(yè)主與山塘所屬方溝通未果以及采用對(duì)山塘鋪底防滲的技術(shù)處理方案投資大，效果差，不能從根本上解決問題。因此，本次在圣人山隧道內(nèi)采用泄水隧道的技術(shù)方案以增強(qiáng)圣人山隧道洞內(nèi)的排水能力。

為了保證隧道行車安全，本次施工通過在原圣人山隧道右側(cè)約15 m（隧道間凈距）的位置修筑一條泄水隧道，截流由山塘2方向滲漏至主線隧道的地下水，以保證主線隧道在山洪暴發(fā)時(shí)能正常運(yùn)營(yíng)不受影響。泄水隧道長(zhǎng)150 m，里程范圍為K0-080～K0+070，對(duì)應(yīng)原圣人山右線隧道主線里RK5+841.428～RK5+992.503，并在K0+000（RK5+922）設(shè)置一橫向引水隧道（下稱泄水隧道A區(qū)），把泄水隧道（下稱泄水隧道B區(qū)）截流的地下水截排至主線隧道，通過主線隧道兩側(cè)排水溝引排至洞外。泄水隧道設(shè)計(jì)高程兩端高中間低，最低設(shè)置在K0+000，設(shè)計(jì)高程分布為125.249（K0-080）→122.849（K0-000）→124.249（K0-070）。

2 建設(shè)規(guī)模

圣人山泄水隧道工程A區(qū)橫洞長(zhǎng)15.925 m，B區(qū)縱向引水洞長(zhǎng)150 m。隧道洞身成洞凈斷面尺寸為：A區(qū)凈寬2.5 m，洞高3.1 m;B區(qū)凈寬3.5 m，凈高4.95 m。采用直墻圓弧拱形斷面。

3 工程特點(diǎn)

工作面?。鹤钚￠_挖斷面寬度3.22 m，高度3.61 m，面積10.25 m2。施工組織難度大：在A區(qū)10.25 m2和B區(qū)21.7 m2的隧道內(nèi)進(jìn)行開挖、運(yùn)輸、支護(hù)、通風(fēng)、襯砌等作業(yè)，難以使用大型設(shè)備，各工序相互干擾很大，同時(shí)在已經(jīng)開通的高速公路隧道側(cè)墻開洞，與路政、交警的協(xié)調(diào)難度大。

4 工程地質(zhì)條件

（1）橫向引水洞A區(qū)：長(zhǎng)15.925 m，圍巖為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖、千枚狀變質(zhì)砂巖組成;節(jié)理裂隙較發(fā)育，受斷層影響，巖體較破碎，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。（2）縱向泄水洞B區(qū)：圍巖為強(qiáng)、中風(fēng)化變質(zhì)砂巖，節(jié)理裂隙密集，受斷層帶的影響，巖體較破碎，局部較硬，但有滲水。圍巖級(jí)別為：20%的Ⅲ級(jí)。80%的Ⅳ級(jí)。（3）隧址區(qū)存在的不良地質(zhì)問題：隧道山頂有一山塘，根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料，可能存在涌水現(xiàn)象。另外，隧道所處山體坡面無沖蝕跡象，自然邊坡穩(wěn)定。

5 涌水隧道施工技術(shù)措施要點(diǎn)

5.1 施工測(cè)量

施工測(cè)量直接應(yīng)用原圣人山隧道施工用坐標(biāo)，對(duì)泄水隧道進(jìn)行施工放樣，其施工測(cè)量包括開挖輪廓線放樣測(cè)量、襯砌施工放樣測(cè)量。開挖、襯砌施工測(cè)量采用全站儀準(zhǔn)確測(cè)量，以確保其準(zhǔn)確性。

5.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法

5.2.1 超前深孔地質(zhì)鉆孔地質(zhì)預(yù)報(bào)

本隧道因涌水可能性較大，故需加強(qiáng)超前預(yù)報(bào)工作，可采用地質(zhì)鉆孔探測(cè)或TSP-203地質(zhì)預(yù)報(bào)方法進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)。當(dāng)采用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔預(yù)報(bào)時(shí)，每10 m～15 m鉆探測(cè)一次。工作原理：采用水平鉆機(jī)對(duì)未開挖巖體進(jìn)行鉆探，通過巖芯來判斷開挖巖石的信息，通過鉆速、鉆進(jìn)壓力、扭矩等判斷前方巖體的特性，充分掌握前方地質(zhì)體的特點(diǎn)和地質(zhì)信息參數(shù)，通過調(diào)整施工方法，達(dá)到施工安全。

5.2.2 TSP-203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

TSP-203地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法為地質(zhì)預(yù)報(bào)的中期方法，預(yù)報(bào)距離為50 m～80 m。其預(yù)報(bào)方法是利用波的反射原理進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)。通過爆破產(chǎn)生地震波，在隧道周圍的巖體內(nèi)傳播，當(dāng)遇到一地震界面時(shí)，如斷層、破碎帶、溶洞、裂大的節(jié)理面等，一部分地震波被反射回來，到達(dá)傳感器被記錄儀接收，經(jīng)專門的分析軟件進(jìn)行處理，就得到清晰的反射波圖像。通過對(duì)反射波特征的分析，如發(fā)射與反射之間的時(shí)間差、相位差、反射信號(hào)強(qiáng)弱、縱波與橫波的比率等就可以確定隧道前方及周圍區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的位置和特性。

5.2.3 正確處理地質(zhì)預(yù)報(bào)與施工的關(guān)系

根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的情況，及時(shí)調(diào)整施工工藝方法，當(dāng)發(fā)現(xiàn)地址情況異常時(shí)，及時(shí)與監(jiān)理溝通上報(bào)相關(guān)情況，做出安全可靠的施工方法和措施，為隧道施工安全、確保工程質(zhì)量和進(jìn)度提供可靠保障。

5.3 進(jìn)洞口施工方法

先在原隧道二襯上采用測(cè)量方法標(biāo)出洞口輪廓線，再采用混凝土切割機(jī)沿輪廓線切除分界縫。然后用破碎機(jī)將原二襯砼進(jìn)行破除，清理廢砼完畢后及時(shí)施作加強(qiáng)環(huán)（圈梁），并在拱部打設(shè)一環(huán)超前錨桿（環(huán)向間距40 cm單根長(zhǎng)4.5 m），待加強(qiáng)環(huán)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后開始進(jìn)行原隧道除初支破除。

5.4 洞身開挖

5.4.1 開挖方法

本項(xiàng)目隧道圍巖涉及Ⅲ、Ⅳ二種級(jí)別，以Ⅳ級(jí)圍巖為主。由于斷面很小，故采用全斷面法開挖。當(dāng)采用爆破施工時(shí)，嚴(yán)格控制藥量，短掘短護(hù)，防止隧道坍塌事故的發(fā)生。施工順序：地質(zhì)超前預(yù)報(bào)→全斷面開挖→架設(shè)鋼架（設(shè)計(jì)有處）（或掛鋼筋網(wǎng)）→噴射混凝土。

施工方法：圍巖特別軟弱地段采用人工用風(fēng)鎬開挖，開挖進(jìn)尺控制在1.5 m左右，開挖完成后及時(shí)施工作初期支護(hù)。圍巖較好地段采用人工手持YT-28型風(fēng)鉆鉆眼，用乳膠炸藥配合非電毫秒雷管進(jìn)行光面爆破施工，每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5 m～2 m。

5.4.2 鉆爆施工方法

本隧道按斷面尺寸進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)：對(duì)于A區(qū)斷面，斜眼掏槽，炮眼深度2.5 m，循環(huán)進(jìn)尺1.5 m～2 m。爆破設(shè)計(jì)主要參數(shù)：炮眼孔徑φ42，掏槽眼2排，左右眼夾角30°，排距0.60 m;周邊眼間距0.50 m;底板眼間距0.8 m～0.9 m。對(duì)于B區(qū)斷面，斜眼掏槽，炮眼深度2.5 m，循環(huán)進(jìn)尺2 m～2.2 m。爆破設(shè)計(jì)主要參數(shù)：炮眼孔徑φ42，掏槽眼2排，左右眼夾角30°，排距0.60 m;輔助眼兩排，左右眼夾角57°，排距0.60 m;周邊眼間距0.50 m;底板眼間距0.8 m～0.9 m爆破器材選擇：炸藥采用乳膠炸藥，孔內(nèi)雷管采用非電毫秒雷管，起爆采用電雷管。

5.5 棄渣及排放

出渣采用60挖掘機(jī)扒松以后，采用30裝巖機(jī)裝渣，小型農(nóng)用自卸車運(yùn)渣至洞外指定的棄渣場(chǎng)。由于隧道斷面小，不能錯(cuò)車，為加快出渣速度，洞內(nèi)錯(cuò)車一律在A區(qū)與B區(qū)交匯處進(jìn)行，但需加強(qiáng)施工協(xié)調(diào)與管理，確保交叉作業(yè)的施工安全。

5.6 支護(hù)施工

該隧道大部分為IV圍巖，局部為Ⅲ級(jí)圍巖，故除A區(qū)與B區(qū)交匯處采用I12型鋼鋼架支護(hù)外，其余部位均為素噴C20噴砼。例如A區(qū)IV級(jí)圍巖為開挖后，施作Φ22徑向藥卷錨桿長(zhǎng)（1.5 m）+φ6鋼筋網(wǎng)+8 cm的C20噴射砼;B區(qū)IV級(jí)圍巖為開挖后，施作Φ22徑向藥卷錨桿（長(zhǎng)2 m）+φ6鋼筋網(wǎng)+10 cm的C20噴射砼。

5.6.1 藥卷錨桿

藥卷：常規(guī)錨固劑;桿體：φ22螺紋鋼錨桿;鉆眼前根據(jù)巖面情況和設(shè)計(jì)要求布置孔位，采用YT28風(fēng)鉆鉆眼，鉆孔與巖面垂直，錨桿眼鉆好后，將錨固劑放入水中浸泡30 s～40 s，推入錨桿孔中擠緊，通過桿體攪破錨固劑卷，凝固粘結(jié)于巖孔及桿體，及時(shí)在孔口將桿體楔住，上好墊片，擰緊螺帽即可。

5.6.2 鋼筋網(wǎng)

采用φ6鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)，在錨桿安裝后進(jìn)行。鋪設(shè)質(zhì)量要求：鋼筋網(wǎng)使用前清除銹蝕;鋼筋網(wǎng)隨受噴面的起伏鋪設(shè)，與受噴面的間隙為3 cm。鋼筋網(wǎng)的噴砼保護(hù)層厚度不得小于2 cm;鋼筋網(wǎng)與錨桿或其他固定裝置連接牢固，在噴射砼時(shí)鋼筋不得晃動(dòng)。

5.6.3 噴射砼

為確保噴射砼質(zhì)量，減少回彈，降低粉塵，提高噴砼工效，噴砼全部采用濕噴技術(shù)，噴射采用濕噴機(jī)，砼攪拌采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，集料計(jì)量采用配料機(jī)自動(dòng)計(jì)量，砼采用2T東風(fēng)小霸王自卸車運(yùn)輸。

施工程序：檢查機(jī)具設(shè)備和風(fēng)、水、電等管線路，并試運(yùn)轉(zhuǎn)，準(zhǔn)備材料→檢查開挖斷面凈空尺寸→清理危石，沖洗受噴面，妥善處理受噴面滲漏水→設(shè)置標(biāo)志以掌握噴層厚度→噴砼作業(yè)，完成后清洗噴射機(jī)械→養(yǎng)護(hù)。

施工注意事項(xiàng)：噴射作業(yè)分段、分片由下而上順序進(jìn)行，每段長(zhǎng)度不大于6 m;本隧道設(shè)計(jì)噴射厚度有：8 cm和10 cm兩種，因此一次性噴夠設(shè)計(jì)厚度;噴射中如有脫落的石塊或砼塊被鋼筋網(wǎng)卡住時(shí)，及時(shí)清除;噴砼緊跟開挖時(shí)，下次爆破距噴砼完成時(shí)間的間隔不得小于4 h;噴射完畢或因故不能繼續(xù)操作時(shí)，噴射機(jī)和輸料管內(nèi)的積料及時(shí)清除干凈;噴頭垂直于受噴面，距離與風(fēng)壓必須協(xié)調(diào)，以0.8 m～

1.2 m最佳，噴頭不停地緩慢作橫向或環(huán)形移動(dòng)，使噴層厚度均勻;噴射砼配合比及拌合均勻性每班至少檢查兩次;噴射作業(yè)中，加強(qiáng)通風(fēng)、照明、采取防塵措施降低粉塵濃度以及其它防護(hù)措施。

5.7 排水、泄水管施工

本隧道拱部及邊墻設(shè)計(jì)有深孔排水孔及穿墻泄水孔，深孔排水孔在A區(qū)與B區(qū)交匯處40 m范圍設(shè)計(jì)為每5 m一環(huán)，其余地段為每10 m一環(huán)，全洞共19環(huán)。每環(huán)5根分別為：左側(cè)邊墻13 m一根，左側(cè)上部及拱頂25 m各一根，右側(cè)拱頂及上部分別為20 m和15 m各一根，因隧道斷面小，施工干擾大，且容易造成PVC管損壞，故該排水管和泄水管均計(jì)劃在開挖完成后再施工;施工時(shí)采用自制簡(jiǎn)易施工鋼架平臺(tái)，在平臺(tái)采用潛孔鉆按要求鉆91 mm的孔，達(dá)到深度要求后用鉆頭清理孔內(nèi)虛渣，然后用無紡布將裹好的打孔PVC花管裝入孔內(nèi)固定好即可。另外泄水孔在二襯施作前先固定好后，簡(jiǎn)易臺(tái)車對(duì)位檢查無傾斜、歪扭且固定牢固再進(jìn)行砼澆筑。

6 結(jié)語

針對(duì)涌水隧道的具體施工處理，通過在本次研究中提出“防、截、排、堵”彼此相互結(jié)合的涌水隧道的施工治理措施，同時(shí)運(yùn)用輔助導(dǎo)坑引排涌水。針對(duì)涌水地段較為集中的情況，通過以圍巖及涌水量的具體情況，借助超前輔助導(dǎo)坑引排涌水，有效保障了隧道的營(yíng)運(yùn)安全。

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