淺談小凈距淺埋偏壓富水段隧道施工技術(shù)

張 翼

(廣西龍靖高速公路有限公司，廣西 南寧 530000)

0 引言

在公路山嶺隧道建設(shè)過(guò)程中，會(huì)遇到各種各樣的特殊地質(zhì)條件，例如淺埋、偏壓、斷層、巖溶發(fā)育、涌水突泥等。對(duì)于單一的不良地質(zhì)條件下的隧道施工技術(shù)措施目前已經(jīng)比較成熟，但是對(duì)于存在多種不良地質(zhì)的隧道施工技術(shù)報(bào)道較少，因此有必要對(duì)小凈距淺埋偏壓富水隧道施工技術(shù)進(jìn)行研究，以指導(dǎo)以后的隧道工程建設(shè)。

1 工程概況

靖西至龍邦高速公路龍邦隧道是一座雙向四車道分離式(含小凈距)隧道，左洞全長(zhǎng)2 895 m，起訖里程ZK29+741～ZK32+636；右洞全長(zhǎng)2925 m，起訖里程YK29+735～YK32+660。隧道洞身埋深較深，最大埋深約225 m。隧道區(qū)屬剝蝕中低山及巖溶峰叢洼地地貌，地形起伏較大，山體連綿起伏。地表上沿隧道走向自進(jìn)洞口至樁號(hào)ZK31+490(YK31+450)為灰?guī)r分布區(qū)，多存在正、負(fù)地形；自樁號(hào)ZK31+490(YK31+450)至出洞口為硅質(zhì)巖分布區(qū)，正、負(fù)地形不明顯，沖溝較發(fā)育，切割較淺，呈雞爪狀分布，植被相對(duì)較發(fā)育。

龍邦隧道出口右洞YK32+440～YK32+540段屬于Ⅴ級(jí)淺埋、偏壓富水圍巖，該段圍巖為黏土混碎石及強(qiáng)中風(fēng)化硅質(zhì)巖，其中強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖風(fēng)化較強(qiáng)烈。巖體極破碎，中風(fēng)化硅質(zhì)巖以薄層狀為主，局部呈中厚狀，屬堅(jiān)硬巖，巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育。該段洞身右側(cè)地表為沖溝，沖溝常年有水，水量受大氣降雨影響明顯，雨季常發(fā)生洪流，隧道較沖溝最低處僅2.5 m。

2 施工方案

YK32+440～YK32+540段隧道施工難點(diǎn)在于洞頂距離地表沖溝最低處只有2.5 m，沖溝常年流水，水流量較大，且該沖溝無(wú)其他水系引排。如何防止沖溝水滲入隧道內(nèi)是本工程難點(diǎn)，同時(shí)隧道埋深很淺，該段又存在偏壓，極易出現(xiàn)塌方和冒頂，隧道開(kāi)挖施工是工程控制的重點(diǎn)。

針對(duì)上述情況，以及該段隧道為小凈距設(shè)計(jì)，兩洞室的間距較近，施工中會(huì)相互影響，制定了總體施工方案，較好地解決了此項(xiàng)難題：

(1)右洞先行，待右洞完全通過(guò)此段后再進(jìn)行左洞開(kāi)挖；(2)該段隧道開(kāi)挖前先對(duì)地表沖溝進(jìn)行永久改溝和引水，做好沖溝的防滲處理；(3)施工臨近該位置時(shí)，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并進(jìn)行必要的超前水平鉆，孔數(shù)至少為3個(gè)；(4)隧道掘進(jìn)嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、弱爆破、早封閉、勤量測(cè)”的施工原則。

2.1 地表沖溝處理

沖溝處理分兩部分進(jìn)行：(1)永久改溝；(2)沖溝的防滲處理。

2.1.1 永久改溝和引水

為摸清該段隧道的埋深、地形地貌及沖溝對(duì)隧道開(kāi)挖的影響，我們對(duì)該段隧道地表進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘察，并對(duì)沖溝的位置和高程進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)量，沖溝平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 沖溝平面圖

根據(jù)勘察的結(jié)果，我們采取如下改溝措施：

(1)永久改溝沿沖溝右側(cè)臺(tái)地靠山腳部位開(kāi)挖基槽，基槽深度一般不超過(guò)60 cm，改溝采用30 cm厚C30現(xiàn)澆混凝土+C16主鋼筋(@15 cm，L=4 m)+C10縱向分布鋼筋(20@20 cm，L=溝長(zhǎng))，溝寬1 m，深度1 m，溝兩側(cè)翼寬50 cm。

(2)改溝完成后，在隧道小樁號(hào)YK32+450附近沖溝上游處修筑一個(gè)攔水壩，把原沖溝水流接至永久改溝內(nèi)，通過(guò)臨時(shí)改溝接入原沖溝下游。其中攔水壩高2 m，采用C15混凝土澆筑。澆筑前鋪設(shè)防水板進(jìn)行防水處理。永久改溝從攔水壩接出，在YK32+520處接入原沖溝下游，臨時(shí)改溝長(zhǎng)度約100 m。改溝示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 改溝示意圖

2.1.2 沖溝防滲處理

沖溝防滲處理采用防水板+C15鋼筋混凝土(最小厚度控制為10 cm，鋼筋網(wǎng)片采用A8@20×20 cm)，兩側(cè)高出溝底50 cm。在隧道穿過(guò)此段后可作為備用排水通道。

2.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

本隧道采用新奧法施工，在不良地質(zhì)條件下，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)顯得尤為重要。隧道施工臨近YK32+440～YK32+540段時(shí)，采取地質(zhì)雷達(dá)及超前水平鉆的綜合預(yù)報(bào)方法來(lái)判定掌子面前方圍巖的地質(zhì)狀況。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的結(jié)果及超前水平鉆的芯樣表明，該段圍巖主要為強(qiáng)～中風(fēng)化硅質(zhì)巖，巖體破碎，裂隙發(fā)育，與設(shè)計(jì)基本相符。掌子面滲水量較前期預(yù)報(bào)有所增大，受地表沖溝及淺埋地形影響，雨季掘進(jìn)時(shí)隧道的涌水量會(huì)大大增加。由于巖體有偏壓現(xiàn)象，隧道掘進(jìn)時(shí)易剝落掉塊、局部塌方，開(kāi)挖方式不當(dāng)或支護(hù)不及時(shí)易出現(xiàn)大的塌方或冒頂。

2.3 洞身開(kāi)挖

根據(jù)工期要求、地質(zhì)條件，為確保施工安全，在綜合比較各開(kāi)挖方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，我們選擇了CD法開(kāi)挖。CD法開(kāi)挖步驟圖見(jiàn)圖3。

圖3 CD法開(kāi)挖步驟圖

由于靠近沖溝一側(cè)圍巖更為薄弱，CD法開(kāi)挖工序如下：

A沖溝一側(cè)導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖；B沖溝一側(cè)導(dǎo)洞上臺(tái)階初期支護(hù)及側(cè)壁臨時(shí)支護(hù)；C沖溝一側(cè)導(dǎo)洞下臺(tái)階開(kāi)挖；D沖溝一側(cè)導(dǎo)洞下臺(tái)階初期支護(hù)及側(cè)壁臨時(shí)支護(hù)；E中夾巖柱一側(cè)主洞上臺(tái)階開(kāi)挖；F中夾巖柱一側(cè)主洞上臺(tái)階初期支護(hù)；G中夾巖柱一側(cè)主洞下臺(tái)階開(kāi)挖；H中夾巖柱一側(cè)主洞下臺(tái)階初期支護(hù)，拆除主洞側(cè)導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)；I現(xiàn)澆仰拱襯砌。

由于該段圍巖為硬質(zhì)巖，須進(jìn)行爆破開(kāi)挖。根據(jù)“短開(kāi)挖、弱爆破”的原則，嚴(yán)格控制開(kāi)挖步距及炸藥用量：每循環(huán)進(jìn)尺1榀，即50 cm，開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)；爆破采用弱爆破，輔以人工風(fēng)鎬或挖掘機(jī)掘進(jìn)，嚴(yán)格控制單眼藥量和總藥量，采用毫秒延時(shí)爆破，周邊間距控制在40 cm左右，防止對(duì)圍巖進(jìn)行過(guò)大擾動(dòng)，出現(xiàn)塌方、冒頂現(xiàn)象。

2.4 復(fù)合式襯砌支護(hù)

本隧道采用新奧法施工，復(fù)合式襯砌。小凈距淺埋偏壓富水段隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)該段淺埋偏壓的特點(diǎn)，為避免隧道在掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)塌方、冒頂現(xiàn)象，調(diào)整了超前支護(hù)參數(shù)：

超前支護(hù)采用雙環(huán)小導(dǎo)管L=450 cm，上環(huán)和下環(huán)環(huán)向錯(cuò)開(kāi)布置；下環(huán)為原設(shè)計(jì)XS5-P超前導(dǎo)管(注漿花管)，傾斜角10°～15°，環(huán)向間距@40 cm，縱向間距@250 cm；上環(huán)與XS5-P超前導(dǎo)管(注漿花管)等長(zhǎng)，傾斜角30°～40°(角度根據(jù)覆蓋層厚度調(diào)整)，環(huán)向間距@40 cm，縱向間距@250 cm；小導(dǎo)管管口均采用早強(qiáng)速凝藥卷堵塞管壁與孔壁之間的空隙形成止?jié){塞，漿液以及注漿參數(shù)同超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)，適當(dāng)加5%的速凝劑。雙層小導(dǎo)管排布圖見(jiàn)下頁(yè)圖4。

表1 小凈距淺埋偏壓富水段隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖4 雙層小導(dǎo)管排布圖

由于小凈距隧道中夾巖柱較薄弱，為增強(qiáng)圍巖的整體性和結(jié)構(gòu)承載力，確保右洞支護(hù)穩(wěn)定及左洞后續(xù)開(kāi)挖安全，采用φ25自進(jìn)式中空注漿錨桿對(duì)中夾巖柱進(jìn)行注漿加固。為增強(qiáng)初期支護(hù)承載力，確保可以承受淺埋偏壓Ⅴ級(jí)圍巖的松動(dòng)變形壓力，鋼拱架采用了強(qiáng)度和剛度更大的Ⅰ22b工字鋼。為保證淺埋偏壓富水圍巖狀態(tài)下的隧道二襯結(jié)構(gòu)的受力抗裂性能，二次襯砌采用鋼筋混凝土，鋼筋主筋間距15 cm。根據(jù)隧道施工“早封閉”的原則，嚴(yán)格執(zhí)行開(kāi)挖一榀支護(hù)一榀，及時(shí)跟進(jìn)仰拱、二次襯砌的施工。

2.5 監(jiān)控量測(cè)

為掌握施工過(guò)程中所采取措施的實(shí)際效果，對(duì)龍邦隧道出口小凈距淺埋偏壓富水段進(jìn)行了地表沉降(地表沉降斷面與測(cè)點(diǎn)平面布置示意圖見(jiàn)圖5)、拱頂沉降和周邊收斂的監(jiān)控量測(cè)，并將監(jiān)控量測(cè)納入工序管理，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果來(lái)進(jìn)一步指導(dǎo)隧道施工，以便及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖方法及支護(hù)參數(shù)。

圖5 地表沉降斷面與測(cè)點(diǎn)平面布置示意圖

經(jīng)過(guò)2個(gè)多月的監(jiān)控量測(cè)，監(jiān)控量測(cè)結(jié)果顯示，地表沉降最大值為44.0 mm(見(jiàn)表2)，拱頂沉降最大值為9.8 mm(見(jiàn)表3)，周邊收斂最大值為2.2 mm(見(jiàn)表4)。

表2 龍邦隧道出口淺埋偏壓富水段地表沉降監(jiān)測(cè)一覽表

表3 龍邦隧道淺埋偏壓段典型斷面拱頂沉降結(jié)果匯總表

表4 龍邦隧道淺埋偏壓段典型斷面水平收斂結(jié)果匯總表

從監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果來(lái)看，由于采取了以上各種有效的技術(shù)和施工措施，并且在施工中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求實(shí)施，使變形基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)急劇變形及塌方、冒頂現(xiàn)象。隧道順利通過(guò)了該小凈距淺埋偏壓富水段。目前，該段落澆筑二次襯砌已有1年多，總體無(wú)異?，F(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)在淺埋、偏壓富水圍巖地段，監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)顯得尤為重要。應(yīng)綜合運(yùn)用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探明掌子面前方圍巖情況，加大監(jiān)控量測(cè)頻率，并根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)和前方地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖進(jìn)尺和開(kāi)挖方法，確保施工安全。

(2)針對(duì)淺埋偏壓富水地段，地表有徑流時(shí)，應(yīng)在隧道掘進(jìn)前提前做好永久改溝和地表防水措施，防止地表水下滲給施工帶來(lái)不利因素，威脅隧道內(nèi)人員和機(jī)械設(shè)備的安全。

(3)隧道掘進(jìn)應(yīng)嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、弱爆破、早封閉、勤量測(cè)”的施工原則，必要時(shí)及時(shí)調(diào)整相關(guān)支護(hù)參數(shù)，加強(qiáng)超前支護(hù)等。

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].