隧道淺埋涌水涌泥段施工處置技術

■ 林 峰

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴建工程有限公司，龍巖 364000）

1 工程與地質概況

1.1 隧道概況和地形地貌

龍巖廈蓉高速公路改擴建工程移爐隧道位于上杭縣古田鎮，長4313.5m，左右洞呈分離布置，設計行車速度80km/h，隧道凈寬10.25m，凈高5.0m，行車道寬度2×3.75m，最大縱坡±3.0%，最小縱坡±0.3%。隧址區屬中山-中低山地貌，隧道軸線大致呈近東西走向，穿越多條小山脈，地表植被較發育。進口處地面高程668～676m，出口處地面高程750～760m，隧道軸線最高點高程1063m，相對高差約395m。隧道出口K174+988～K175+094段西向山坡近坡底，山坡坡度約為10～30°為主，上覆殘積土和全-砂土狀強風化巖，厚度大，覆蓋層厚度在25m以下，屬淺埋段。

1.2 工程地質條件

隧道位于閩西南坳陷帶之廣平-龍巖拗陷帶中段，龍巖“山”字型構造的西南部，隧址區見有斷裂構造通過，上覆第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）、坡積層（Qdl）。 下伏基巖主要為泥盆系天瓦崠組（D3t）粉砂巖、砂巖和石英砂（礫）巖、燕山晚期花崗閃長巖和燕山早期花崗巖。隧道出口段，圍巖主要為坡積粉狀粘土、全風化花崗巖，巖體呈散體結構，土體含水豐富，自穩能力極差，易發生塌方。

1.3 水文地質條件

本隧道區域地下水主要為風化帶網狀孔隙-裂隙水、基巖裂隙水和構造裂隙水，地下水具不均勻性。出洞口地下水坡面有一小沖溝，溝中有常流水，季節性流量變化大。

2 隧道涌水涌泥情況

2.1 隧道施工及涌水涌泥過程

移爐隧道右洞洞口里程為Y175+094,開挖至YK174+988段，出現股狀流水，圍巖遇水崩解，失去自穩能力，導致拱頂及邊墻坍塌。該掌子面處覆蓋層厚度為23m，屬淺埋地段，掌子面圍巖為砂土狀全風化花崗巖，巖體極為破碎，呈散體結構，孔隙水、裂隙水較大，土體處于飽和狀態，開挖面擾動后軟化成流塑狀，產生涌水、涌泥現象，造成掌子面無法掘進。

2.2 隧道涌水涌泥原因分析

移爐隧道處于U型溝谷地帶，地表水豐富，建設期間，古田鎮降水量遠超出了常年平均降水量。在地表水、降水的綜合影響下，隧道場區內地層的孔隙水、裂隙水水量及水位超出了設計調查的數值，地下穩定水位接近地表，平均涌水量為1200m3/d。由于隧道覆蓋土層具有較大的滲透性，導致洞內圍巖富水、飽和，圍巖自身支承力幾乎為零，不適用新奧法施工，從而導致已施作的初期支護荷載加大，產生不同程度的下沉、變形現象，掌子面圍巖也因滲水過大而失穩。

3 綜合加固處理措施

根據施工現場調查和監控量測資料，隧道拱頂已多次出現大幅下沉、變形超警戒值，掌子面圍巖涌水、涌泥現象，單純采用支護加強方案及常規的超前輔助措施已無法有效排除圍巖滯留水，以及初期支護在施工過程中的沉降、變形，難以保障隧道整體穩定。為確保隧道掘進和結構安全，采取全斷面注漿止水、加固處理，加強洞內支護參數和輔以洞內井點降水的綜合處置措施。

3.1 井點降水控制地下水位

為方便掌子面順利施工，提高圍巖土體強度，采取洞內井點降水措施，以排出圍巖范圍滯留水，使之處于干燥的狀態。降水井點沿隧道上導洞左右側布置，縱向間距0.6m，隨開挖往前推進，井點同時向前延伸，實際施工時按每1～2個初支循環布設l個井點，依次遞進，井點布置根據工程實際而定，滲露水較大一側多布，滲露水小的一側則適當減少井點數量。

3.2 注漿加固提高圍巖自穩能力

由于隧道軟弱圍巖段軟弱地層較為均質，且平均埋深淺，為確保開挖和施工環境安全，加快淺埋不良地質段施工，采用剛性袖閥管注漿工藝對全風化不良地質段進行注漿加固補強，在隧道外包形成截水帷幕。

剛性袖閥管注漿工藝具有獨特的可靠性和安全性，通過封管和注漿兩種材料進行分次封孔和注漿，實現分層、分次注漿，提高注漿加固效果。較以往全斷面超前預注漿具有以下優點：

（1）施工工序簡潔，不受工作面限制。無需每循環施工止漿墻、鋪設鉆孔注漿作業平臺和配合超前大管棚支護，易于操作。

（2）注漿效果好，不易產生注漿盲區和薄弱區。袖閥管利用止漿塞管內進行后退式注漿工藝，通過止漿塞停留的時間可以實現空隙的地層多注，密實的地層少注，保證了漿液有效擴散范圍，達到理想效果，使地層趨向各向同性。

（3）地表施工，安全保障好，適合高風險注漿施工。

（4）注漿施工單獨進行，不與隧道內開挖施工沖突，提高施工進度，施工工期可控。

3.2.1 注漿深度及范圍

移爐隧道出口全風化段注漿加固范圍：YK174+987～YK174+932，長度55m。共設注漿孔221個，加固范圍為隧道仰拱底以下2m，隧道拱頂以上、左右側開挖輪廓線外6.2m范圍內，平均鉆孔深度為40m（圖1）。注漿孔間距180cm,梅花型布置，設計漿液擴散半徑1.2m（圖2）。

圖1 注漿加固范圍斷面示意圖

3.2.2 注漿參數設定

注漿袖閥管采用Φ50mm，壁厚3.5mm剛性袖閥管，單節長6m，管身用臺鉆鉆Φ10溢漿孔，孔間距為300mm，梅花型布置。采用后退式分段注漿，分段步距50～100cm。

圖2 注漿加固擴散范圍示意圖

3.2.3 注漿工序流程

鉆孔、注漿工作應同時開展，水平作業。袖閥管注漿施工采用KBY90/15液壓式雙液漿注漿機，工序如圖3所示：

圖3 鉆孔注漿施工流程圖

3.2.4 注漿效果檢查與評定

施工過程安排專人對加固體周邊巡視，發現漏漿后應及時停止注漿、采取間歇注漿，減小漿液水灰比，縮短漿液膠凝時間。對注漿加固完成段采取鉆芯取芯或者采用直接開挖等方法檢驗注漿加固效果。檢查孔不得利用原注漿鉆孔，深度略小于注漿孔，巖芯強度應達到0.3MPa以上，巖體漿液填充飽滿，固結成整體，自立性良好，視為注漿效果達到設計要求。

通過漿液在地層中形成網絡狀漿脈（圖4），避免了地下水向隧道開挖面聚集，減小地下水對地層的軟化破壞，降低地層含水量，提高了土體的穩定性和承載力，為后續施工創造了有利條件。同時，地表垂直袖閥管注漿工序單獨進行，提高了施工進度。

圖4 漿液在地層中形成網絡狀漿脈

3.3 強化洞內加固施工

3.3.1 完善臨時支護,抑制圍巖失穩

為臨時穩固掌子面圍巖，同時采用拱頂管棚注漿加固、鎖腳注漿加固、平孔排水等措施。掌子面淤泥清理，采用片石、石渣回填形成作業平臺，高度至距離拱頂2m以下位置。在平臺兩側拱腳處先施工兩根Φ89平孔排水花鋼管，鋼管長 30m，仰角 3～5°，向兩側傾斜 15°。 掌子面處拱部施工Φ89管棚管，管棚管間距40cm，管棚長度20m，仰角30～45°。采用水泥+水玻璃雙液注漿，若管棚管有水溢出則暫不注漿，若所有管棚管全部出水則隔孔注漿。

3.3.2 加強初期支護,增強圍巖承載能力

YK174+987-YK174+932段圍巖為砂土狀全風化花崗巖，巖體極為破碎，圍巖定性為Ⅵ級圍巖，變更采用加強型ZDK-1型支護參數。初期支護厚度28cm，采用C25噴射混凝土。型鋼拱架設計為I20b工字鋼，間距0.5m。超前支護采用F2-2型，采用Φ50超前雙排小導管輔助加固措施，長度5m長，環向間距30cm，縱向排距2.8m。系統錨桿為Φ50小導管，間距1.0m×1.0m，長3.5m，梅花形布置。每榀初期支護拱架拱腳處加固處理，打入鎖腳錨桿，為Φ89無縫鋼管，壁厚4mm，鎖腳錨管長5m，鎖腳錨管俯角35°、65°交錯布置。超前導管、鎖腳錨管和系統錨管均做注漿處理，注漿壓力設計為（0.75～0.80）MPa，在富水地段采用雙液漿（水泥+水玻璃），無水地段采用單液漿。

3.3.3 洞內處理措施控制要點

采用中隔壁四步開挖法施工，先行導洞與后行導洞交錯、平行施工，每側開挖各自封閉成環，有利于圍巖穩定，施工流程如圖5所示。合理控制隧道掌子面距仰拱及二襯步距，確保施工安全。先行導洞每個臺階的開挖步距控制在3m范圍內，后行導洞臺階步距同先行導洞，左右部分步距控制6m范圍內，掌子面與仰拱間步距控制在30m內。如圖6、7所示。

圖5 中隔壁四步法施工流程

圖6 中隔壁四步開挖法施工立面圖

圖7 中隔壁四步開挖法施工縱斷面圖

圖8 監控量測監測點布設及變形—時間曲線圖

在圍巖及初期支護變形基本穩定后進行二次襯砌，以提高整個支護承載能力，優化防排水系統。具體施工工序為：

（1）機械開挖①部；

（2）施作①部導坑周邊的初期支護和臨時支護，包括側壁臨時支護、拱墻初期支護及臨時仰拱，施工鎖腳錨桿；

（3）開挖②部，與①部間距保持在3m；

（4）施作②部初期支護和臨時支護同①部；

（5）按順序開挖③、④部，并施做初期支護和臨時支護，施工步驟同上；

（6）逐步拆除臨時鋼架；

（7）分步施工防排水系統、仰拱和拱部二次襯砌。

3.4 支護效果評估

為檢驗上述綜合措施加固效果，完善、優化設計方案，在試驗段設置了若干監測斷面，并繪制變形—時間曲線圖。監測點布設、典型斷面拱頂下沉和周邊收斂結果如圖8所示，可見，經過加固處理后，圍巖收斂，處于穩定狀態，涌水涌泥段成功通過。

4 結語

移爐隧道出口淺埋涌水涌泥段通過洞內井點降水、洞外注漿，增加洞內導管超前支護，加強初期支護等綜合措施，有效抑制了圍巖變形，隧道得以成功通過。本工程可為富水軟弱圍巖的隧道施工提供指導和借鑒。