卵礫石地層淺埋段隧道建設的若干思考及建議

李志帥 薛慎驍

摘 要：大力加山特長隧道是青海省大循高速公路重點工程，其循化端洞口地層為沖積成因卵石、漂石及砂礫土，該段落約有400多米長，工程建設難度大，風險高。本文基于工程實際案例，就卵礫石地層淺埋段隧道建設提出幾點思考與建議，可為今后類似隧道工程提供參考和借鑒。

關鍵詞：隧道工程;卵礫石;跟管法;管井降水;雙層小導管超前支護

1.引言

近年來，我國高等級公路建設已經步入飛速發展階段，且正在向中西部山區逐步延伸，公路隧道建設過程中穿越的地質環境也越來越復雜，針對各種特殊地質的隧道設計工作也愈顯重要。卵礫石地層的各種性質介于軟巖與土之間，是一種復雜的特殊地質。本文結合青海省大循高速公路工程大力加山隧道案例，就卵礫石地層淺埋段隧道建設提出幾點思考與建議，可為今后類似工程提供參考和借鑒。

2.工程概況

大力加山隧道位于青海省循化縣境內，是一座上、下行分離的四車道高速公路特長隧道。隧道左線起訖樁號為ZK13+310～ZK18+771，全長5461m。隧道區屬構造剝蝕高山地貌區隧道范圍內中線高程2955m～3605m，地形起伏大。

大力加山隧道循化端洞口段（ZK18+320-ZK18+771）最大埋深約67m，圍巖主要為第四系上更新統卵石，稍濕，級配不良、密實、亞圓形，一般粒徑50-200mm，含量約60%，最大粒徑500mm，充填物主要為砂及粉質黏土，圍巖自穩能力差，隧道開挖極易坍塌，地下水主要為第四系孔隙潛水，隧道開挖以淋雨狀、涌流狀出水，圍巖級別綜合判定為V級。

隧址區主要地表水體為春夏季節冰雪融化水及雨季沖溝內短暫性流水，水量受季節降雨控制，急漲急落。

3.跟管鉆進法施作超前大管棚

在隧道地質條件較差的洞口段及坍塌后可能產生嚴重后果的洞身地段，宜采用超前長管棚[1]。大管棚支護成功的技術關鍵是管棚鉆孔的施工，難點則是管棚的成孔。不僅需要管棚成孔的傾斜角和方位角左右、上下偏差滿足要求，而且還要保證鉆孔成孔后孔內干凈，能夠順利地將Ф108管棚鋼管下到位[2]。

3.1.設計方案

大力加山隧道距洞口30m范圍的淺埋段采用Ф108超前大管棚預支護，環向距離40cm。管棚鋼管采用節長4～6m、Ф108×6熱軋無縫鋼管，以長15cm的絲扣連接，打設外插角為1°～2°，相鄰接頭應錯開。鋼管上按梅花形間距10cm鉆φ10～12mm的小孔，打設完成后在鋼管中壓注水泥漿，注漿初壓0.5～1MPa，終壓2～2.5MPa，注漿結束后在鋼管內放入由三根Ф22鋼筋制成的鋼筋籠，然后用M30號水泥砂漿充填，以增強鋼管的強度和剛度。注漿實際采用配比根據施工工藝水平現場試驗確定。

3.2.跟管鉆進法施工

傳統大管棚施工通常采用地質鉆孔法，該施工方法需帶水作業，鉆孔后安裝管棚，鉆孔過程中擾動土體，遇到礫石極易卡鉆，成孔困難，施工工藝難以實施。土層應力重新分布后固結沉降，一般情況下土體沉降不少于8～10mm。

將偏心擴孔鉆頭跟管鉆進技術應用于管棚施工，可有效解決管棚在卵礫石地層施工中鉆進效率低、成孔困難的難題，是一種有效的成孔方法并能確保管棚支護技術在隧道工程施工中的成功應用。具體施工工序為：設混凝土套拱（內含3榀鋼拱架）→搭設鉆機作業平臺→鉆機安裝就位→跟管成孔→清孔→頂管作業→拔出跟管→注漿。

4.管井法降水

地下水是否及時引排對隧道開挖施工安全至關重要。隧道防排水應遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則[3]。

4.1.施工降水方案制定

大力加山隧道卵礫石地層淺埋段最初的設計并未采取大范圍的降水措施，而是采用以雙排小導管注漿作為超前支護的基本輔助工法。隧址區主要地表水體為春夏季節冰雪融化水及雨季沖溝內短暫性流水，由于卵礫石地層透水性強，隧道開挖面出水量較大，在施工過程中，隧道掌子面常出現拱部坍塌、涌泥涌砂險情，難以保證施工安全，延緩工程進度。為此，建設各方根據現場實際情況開展技術方案論證，提出了“地面降水、洞內引排水相結合，確保隧道開挖支護在基本無水狀態下施工”的思路。設計方案中增加了地表管井降水，隧道開挖后掌子面涌水顯著減少，工程實踐證明，這是確保隧道施工質量、安全、進度的有效措施。

4.2.管井降水設計

大力加山隧道卵礫石地層井點降水段落：ZK18+478-ZK18+630。具體布置見圖1。

掌子面前方2個斷面同時降水（8個深井同時抽排水），每井抽水周期按20天計，每天水泵24小時不停抽水，洞內施工至深井位置前1m處時，停止該處深井抽水作業，并用M7.5水泥砂漿填充該降水井，以防隧道運營期間地表水下滲。降水井深度根據各井位置隧道埋深而定，原則上井深到達仰拱以下2m。具體施工工序：確定井位→確定井深→鉆機安裝就位→跟管成孔→安裝井管（Φ110*6mm鍍鋅鋼管）→拔出跟管→機械洗井→下入水泵抽排降水。

5.雙層小導管超前支護

隧道施工時，如果掌子面不穩定，施工的安全性無法保障，則不能進行開挖。雙層小導管超前支護是一種有效的預加固技術，通過將水泥或水玻璃等膠凝材料壓注入軟弱松散地層或破碎圍巖裂隙中，使原有的松散土顆粒或裂隙膠結成一個整體，形成強度大、結構新、防水性能良好的固結體，從而提高掌子面和拱頂的穩定性，使施工的效率和安全性都能得到大大的提升。

5.1.設計方案

超前小導管采用壁厚4mm，外徑Ф42mm的熱軋無縫鋼管加工制成，鋼管前端加工成錐形，管壁四周鉆四排6mm壓漿孔，尾部焊接φ8鋼筋加勁箍。小導管在拱部按180°布設，外層小導管長6m，排距3m，鋼管沿隧道周邊以30°外插角打入圍巖;內層小導管長3.5m，排距1.8m，鋼管沿隧道周邊以6°～10°外插角打入圍巖。預注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿。

5.2.施工工藝

施工工藝流程：準備（小導管加工成型、漿液配制）→定位放樣→鉆孔→安裝小導管→封閉孔→注漿→掌子面開挖。

根據監控量測數據，大力加山隧道的洞口段的拱頂變形、周邊位移及地表沉降等均滿足規范要求，實踐表明在卵礫石地層中采用雙層小導管超前支護方案是成功的。與大管棚超前支護法相比，該方法造價更低、技術更易掌握、施工更便捷、工期更短，且有效保證了進洞安全。

6.結語

卵礫石地層隧道開挖時極易造成坍塌，工程建設難度大，風險高。本文基于工程實際案例，就卵礫石地層淺埋段隧道建設提出三點建議：跟管鉆進法施作超前大管棚、管井法降水、雙層小導管超前支護。實踐證明，這幾項措施可有效保證卵礫石地層隧道建設的順利進行，可為今后類似隧道工程提供參考和借鑒。

參考文獻

[1]JTG/T D70-2010，公路隧道設計細則[S].

[2]周新莉.跟管鉆進在高速公路隧道管棚支護工程中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，（4）：78—79.

[3]JTG D70-2004，公路隧道設計規范[S].