分析高壓富水地層超深埋特長隧道施工技術

禹 平

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

分析高壓富水地層超深埋特長隧道施工技術

禹 平

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

結合隧道工程實際情況，針對穿越高壓富水地層的超深埋特長隧道，在掌握隧道基本特點的基礎上，提出了隧道的施工方案、施工方法和機具設備選型，并對主要施工技術進行了深入分析，內容涵蓋超前地質預報、地下水處理、巖爆預防、隧道快速施工和施工安全監測，其中地下水處理和巖爆預報是研究的重點，可為其他類似隧道提供技術參考的結論。

高壓富水地層；超深埋特長隧道；技術

1 施工方案、施工方法

1.1 施工方案

本工程采取先探測后掘進的整體方案，施工工藝選用鉆爆法，無軌道運輸。

1.2 施工方法

(1)開挖施工。開挖采用鉆爆法，由三臂液壓臺車進行鉆孔，非電微差起爆與直眼掏槽。

(2)開挖出渣。利用裝載機直接裝渣，由自卸車向洞外運輸渣土。

(3)噴錨施工。由機械手進行混凝土噴射施工，錨桿鉆孔運用液壓臺車，砂漿灌注采用砂漿泵。

(4)襯砌施工。由液壓臺車泵送混凝土，振搗器振搗；利用小塊模板進行水溝混凝土施工；人工攤鋪路面，振搗器振搗。

(5)地下水處理。嚴格遵循防堵結合與限量排放的基本原則，處理方法主要有超前預注漿和徑向封堵等。

(6)巖爆預防。巖爆預防主要采用超前支護與超前應力接觸等方法。

2 主要施工技術

2.1 超前地質預報

本隧道直接穿越大理巖地層，具有硬度大、富水和高壓等特征，有發生巖爆與突水的危險，施工具有較大風險，應進行超前地質預報，根據預報結果編制相應的方案，以保證施工安全。

開工前探究過程中，相繼使用多種物探方式進行綜合對比，創建以雷達和TSP為核心，以地質分析和鉆探為輔的地質預報體系，統一了長距離、中長距離和短距離地質預報，以實時跟蹤預報，實現提高預報真實性的目標。

2.2 地下水處理

(1)隨時封堵

結合超前預報結果的綜合分析結論，在保證安全的基礎上，先對地下水進行揭露，在掌子面開挖出水點一定的距離之后，立刻采取措施進行處理。

(2)超前預注漿

在高壓富水條件中，其超前灌漿的工藝和材料與常規的帷幕灌漿沒有太大差別，僅僅是孔口管設計與壓力控制實現了創新。如果靜水壓力在2 MPa以內，則灌漿壓力可確定為壓力值的2～3倍；如果靜水壓力保持在2～5 MPa范圍內，則可根據實際情況靈活確定灌漿壓力，但最大不能超出7 MPa；如果靜水壓力在5 MPa以上，則灌漿壓力應比靜水壓力高2～3 MPa。

(3)徑向封堵灌漿

①局部灌漿。主要采用常規水泥砂漿，適量摻加惰性材料；灌漿壓力需保持動水壓2～3倍范圍內；灌漿孔的深度為4.8～8.0 m。

②高壓灌漿。主要采用水泥砂漿，不同段的灌漿壓力不同，第一段為滲水壓力2～3倍或在水壓力的基礎上提高1.5 MPa；以后各段取5～8 MPa。灌漿厚度根據外水壓力確定。

③灌漿設備。鉆孔采用電鉆或地質鉆，由常規灌漿泵進行灌漿。

④孔口管。孔口管由無縫地質鋼管加工制成，其長度在1.0～3.0 m范圍內；若灌漿孔的壓力與出水量較大，則需架設長度為3～5 m的封水裝置。

2.3 巖爆預防

(1)建立了聯合超前鉆孔、水脹式錨桿、掛設鋼筋網、噴射混凝土等方法的巖爆預防整治體系，從本質上避免了巖爆災害的發生。

(2)若掌子面開挖超前達到洞徑的兩倍，應使支護系統實現開挖同步跟進；如果巖爆具有很高的強度，則要在臨時支護的基礎上進行系統支護。

(3)掌子面的正前方為巖爆最嚴重區域，對此除了要對掌子面正前方進行加固與噴護，還要積極實行超前鉆孔工藝。

2.4 富水段與巖爆段施工

(1)當噴射混凝土的水膠比保持在0.45～0.5范圍內時，按照水泥量5%～10%的比例向混凝土中摻加超細沸石粉，同時對速凝劑摻量進行嚴格控制，當其摻量為水泥量6%-8%時，可發揮最佳噴射效果。

(2)對巖爆段而言，混凝土中的鋼纖維材料摻加量應為40～60 kg/m3；則在富水段，其鋼纖維材料摻加量應為0.9 kg/m3。

(3)巖爆段施工采用常規噴護工藝即可。富水段應在常規工藝的基礎上聯合使用引排措施，按由下至上的順序在有較大出水量的位置開始施工。

(4)在將噴錨作為核心支護手段的富水段，充分借助錨桿和輔助排水措施，是確保支護結構免遭水壓破壞的重要舉措。

2.5 快速施工方法

(1)利用小斷面中孔大直徑直眼分段掏槽爆破技術，專門針對爆破難度較大的大理巖，提高循環進尺，其炮孔的平均利用率可達94%，效果顯著。

(2)在強富水段，利用特殊裝藥結構與減壓分流實行分次爆破開挖，既保證了安全，又加快了施工效率。

(3)在設備選型方面，充分結合了國產與進口設備，滿足快速施工硬件要求。

2.6 施工安全監測

本隧道主要運用了動態設計與施工的方法，將噴錨作為核心支護手段，對高壓富水地層及超深開挖巖爆等風險對應的監測技術進行深入研究，這是從根本上保證施工安全的重要前提。在工程研究過程中，采用離散單元法對數值進行模擬分析，為隧道施工中要巖爆災害的防治提供了可靠的理論支持。

對于圍巖變形，采用將收斂點作為核心的觀測方法，并在此基礎上合理應用了多種觀測儀器。整合不同的方法對圍巖變形特征進行分析，不同方法之間相互驗證，有效保證了圍巖分析的客觀性與全面性。

3 總 結

(1)本隧道施工主要存在地下水處理、巖爆預防和快速施工等難題。

(2)根據綜合分析結果，決定采用隨時封堵、超前預注漿和徑向封堵灌漿等措施處理地下水，避免地下水對施工造成不利影響。

(3)對于巖爆災害，建立了聯合超前鉆孔、水脹式錨桿、掛設鋼筋網、噴射混凝土等方法的巖爆預防整治體系。

(4)富水段與巖爆段根據各自的特點和要求采取不同的方式進行施工、支護。

(5)采用隧道快速施工技術在保證質量與安全的前提下，有效加快了施工效率，滿足了工期要求。同時借助隧道安全跟蹤監測技術，實現了隧道施工風險及圍巖變形特征的全掌握，為施工控制奠定了堅實基礎。

(6)本隧道順利完工，期間未發生安全事故，結構安全與質量合格，為我國隧道施工技術發展積累了寶貴經驗。

[1] 陳卓平. 超深埋特長隧道施工技術在高壓富水地層的分析[J]. 價值工程，2016，(25):196-198.

[2] 盧永燦. 高壓富水地層超深埋特長隧道施工技術研究[J]. 山東工業技術，2017，(8):124.

[3] 鐘威，高劍鋒，陳建平. 超深埋特長隧道穿越斷層破碎帶施工風險研究[J]. 鐵道建筑，2015，(5):72-77.

U455.49

C

1008-3383(2017)09-0170-02

2017-06-07

禹平(1980-)，男，貴州平壩人，工程師，研究方向：公路工程施工與管理。