淺埋富水全風(fēng)化花崗巖大斷面隧道施工安全技術(shù)控制

黎金

摘 要：隧道是重要的控制性工程，其對(duì)施工安全技術(shù)有很高的要求。特別是當(dāng)隧道工程遇到超淺埋富水全風(fēng)化花崗巖大斷面時(shí)，由于巖層風(fēng)化嚴(yán)重且土體含水率較高，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，在開挖過程中極易發(fā)生位移變形等問題，對(duì)施工人員及現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械的安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。因此施工單位應(yīng)充分了解隧道工程區(qū)域的地質(zhì)水文條件，制定合理且符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的安全措施，以保證施工順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：超淺埋富水;全風(fēng)化花崗巖;大斷面;隧道工程;施工技術(shù)

以大嶺隧道為例，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)記載內(nèi)容我認(rèn)為淺埋富水全風(fēng)化花崗巖大斷面施工時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手安全控制。

1 大嶺隧道基本概況

1.1 工程概況

大嶺隧道位于揭陽(yáng)市境內(nèi)，設(shè)計(jì)里程DK81+200～DK82+372，全長(zhǎng)1 172 m。隧址區(qū)出露的地層巖性主要為第四系殘坡積土層（Qel+dl）。粉質(zhì)黏土，紅褐、黃褐色，硬塑，土質(zhì)不均，黏性較差，厚度2.0 m～12.9 m。主要分布于山體斜坡表層，隧道山頂處分布較薄，隧道進(jìn)出口及淺埋段較厚。下伏基巖為燕山晚期第二次侵入黑云母花崗巖（γy2）。下伏基巖為燕山晚期第二次侵入黑云母花崗巖，全風(fēng)化，褐黃色，黑云母花崗巖原巖為中粗粒結(jié)構(gòu)，風(fēng)化后呈砂土狀，層厚約12.4 m～42.0 m;其下強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎塊狀、塊狀，厚約2.0 m～18.0 m，其下為弱風(fēng)化，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為石英、長(zhǎng)石及黑云母等，巖質(zhì)堅(jiān)硬，物探揭示弱風(fēng)化基巖縱波波速為4 100 m/s～5 450 m/s。

1.2 大嶺隧道施工難點(diǎn)

從2018年5月持續(xù)到2018年8月，初期支護(hù)的沉降、變形較大，并多次發(fā)生小規(guī)模坍塌，長(zhǎng)時(shí)間的沉降、溜坍累積導(dǎo)致地表出現(xiàn)下陷開裂，同時(shí)增加了透水通道，這段時(shí)間正是該地區(qū)的雨季，降雨非常集中，且當(dāng)年的雨量明顯大于往年。地表裂縫增多進(jìn)一步加劇地表水的下滲，降低隧道周邊圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，加快了初期支護(hù)的沉降、變形和局部溜坍的次數(shù)。

2 淺埋富水全風(fēng)化花崗巖大斷面隧道施工安全技術(shù)措施分析

2.1 加固地表預(yù)處理施工安全技術(shù)措施

2.1.1 截排水施工安全控制要點(diǎn)

在隧道工程施工前，施工單位應(yīng)詳細(xì)勘察工程全線，應(yīng)提前采取排水措施。同時(shí)應(yīng)對(duì)淺埋區(qū)域進(jìn)行壓實(shí)處理，確保其地表平整，且應(yīng)設(shè)置排水溝。淺埋區(qū)如有地表徑流存在的，應(yīng)采取改流措施，盡量繞避施工區(qū)域，以防止隧道頂部有積水形成，為其頂部排水創(chuàng)造條件[1]。此外，如果需要采取袖閥管注漿處理的，應(yīng)在施工前在相關(guān)區(qū)域設(shè)置環(huán)向截水溝作為臨時(shí)性的匯水截排設(shè)施。

2.1.2 注漿加固施工安全技術(shù)要點(diǎn)

由于大嶺隧道工程洞口段埋深較淺，施工初期通過大管棚注漿方式對(duì)淺埋富水全風(fēng)化花崗巖進(jìn)行有效的加固處理，但效果不佳，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，與設(shè)計(jì)院溝通后，采用地表注漿的方式對(duì)其進(jìn)行預(yù)加固，以保證施工的質(zhì)量安全。地表注漿前由設(shè)計(jì)院出具試驗(yàn)段詳細(xì)注漿方案，通過地表注漿處理措施，加固巖體，增加巖體的自穩(wěn)能力，減少溜坍現(xiàn)象，提高換拱時(shí)安全性，地表注漿加固范圍為拱部以上8 m，左右邊墻外5.5 m范圍，注漿孔間距1.5 m*1.5 m，等邊三角形布置。施工過程中結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)科學(xué)確定注漿分段長(zhǎng)度、注漿壓力、注漿速度、漿液水灰比以及凝結(jié)時(shí)間等，以確保預(yù)加固處理效果能夠達(dá)到施工要求。

2.1.3 降水施工安全技術(shù)要點(diǎn)

為了使施工區(qū)域的地下水水位降低，采用了井點(diǎn)降水技術(shù)進(jìn)行降水處理。降水施工時(shí)應(yīng)選擇與隧道工程開挖輪廓線外側(cè)相距約5 m處設(shè)置降水井，且井點(diǎn)布設(shè)應(yīng)采取雙排對(duì)稱方式，并要合理控制其縱向間距以及井點(diǎn)布設(shè)數(shù)量[2]。在鉆進(jìn)成孔作業(yè)中可以根據(jù)實(shí)際情況選擇水壓法與清水鉆進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的施工方式，且應(yīng)合理控制降水井直徑以及深度等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。在布設(shè)濾管時(shí)，應(yīng)用尼龍網(wǎng)對(duì)其外壁進(jìn)行纏繞包裹。施工單位可以首先施作降水井3口左右，并通過現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)以優(yōu)化工藝參數(shù)以及井間距離。如果在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)單井出水量未達(dá)到預(yù)期時(shí)，應(yīng)改用真空降水等其他降水技術(shù)。

2.1.4 處理地表裂縫施工安全控制要點(diǎn)

在隧道洞身開挖過程中應(yīng)指派專業(yè)技術(shù)人員對(duì)地表開裂或者沉降等情況進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)及時(shí)采取砂漿封堵等措施，以避免對(duì)隧道結(jié)構(gòu)造成破壞。

2.1.5 超前支護(hù)施工安全技術(shù)措施

在對(duì)淺埋富水段進(jìn)行支護(hù)施工時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)的可行性進(jìn)行審核，以保證施工的安全。在大嶺隧道施工實(shí)踐中采用的是小導(dǎo)管密排超前支護(hù)技術(shù)，利用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)通過導(dǎo)向孔將小導(dǎo)管插入推送到位，然后利用注漿充填技術(shù)施作支護(hù)結(jié)構(gòu)，以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 隧道開挖支護(hù)施工安全控制

2.2.1 開挖施工安全控制要點(diǎn)

在隧道開挖施工中采用的是預(yù)留核心土的三臺(tái)階開挖技術(shù)，上臺(tái)階開挖施工時(shí)，每次應(yīng)只完成一榀鋼架的施工，而在開挖中下臺(tái)階時(shí)則應(yīng)結(jié)合具體的地質(zhì)條件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，下臺(tái)階與仰拱同時(shí)開挖，以便初支及時(shí)成環(huán)。同時(shí)在上、中臺(tái)階局部設(shè)置臨時(shí)仰拱結(jié)構(gòu)，使隧道上斷面的初支及時(shí)封閉成環(huán)，控制隧道沉降。

在開挖時(shí)應(yīng)合理配置施工機(jī)械，并要適當(dāng)結(jié)合人工作業(yè)方式，盡量避免出現(xiàn)擾動(dòng)周邊巖體穩(wěn)定的現(xiàn)象。出現(xiàn)弱風(fēng)化圓球狀?yuàn)A雜在強(qiáng)風(fēng)化砂巖中時(shí)，這種情況是較難處理的，采用液壓手持式劈裂棒方法進(jìn)行處理。

在對(duì)富水較大施工段進(jìn)行開挖時(shí)，預(yù)留沉降量應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制，而較小富水地段的沉落預(yù)留量則應(yīng)控制在50 cm左右。在開挖過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的觀測(cè)，并及時(shí)對(duì)開挖步距和進(jìn)尺等工藝參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，一旦發(fā)現(xiàn)沉降明顯超出允許的范圍時(shí)，應(yīng)立即改用單工序循環(huán)作業(yè)方式，以保證施工的安全。

2.2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工安全控制要點(diǎn)

在淺埋富水全風(fēng)化花崗巖大斷面隧道施工應(yīng)采用多種加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，以保證施工的安全。其中鋼架加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用全環(huán)設(shè)置方式，在施工時(shí)增加了縱向連接和拱腳鋼墊板，施工人員應(yīng)合理控制鋼板規(guī)格以及環(huán)向間距，并要確保工字鋼連接牢固。在施作加強(qiáng)鎖腳錨管施工時(shí)，應(yīng)在上臺(tái)階拱腳上方約30 m處以及中下臺(tái)階鋼架的每榀兩側(cè)分別設(shè)置鎖腳錨管，且其向下傾角應(yīng)控制在30°左右，然后用焊接方式將L形鋼筋與鋼架固定在一起，并將φ22鋼筋插入鎖腳錨管內(nèi)，之后進(jìn)行注漿作業(yè)。由于隧道洞內(nèi)存在較大收斂，為有效控制收斂應(yīng)采取施作臨時(shí)仰拱的施工技術(shù)。應(yīng)合理控制混凝土的噴射厚度以及拱架環(huán)向間距，以保證仰拱的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為了防止仰拱和下臺(tái)階在開挖過程中發(fā)生溜塌事故，施工過程中可以根據(jù)實(shí)際情況采用插打鋼樁、坡腳反壓、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)以及噴射混凝土等多種輔助支護(hù)技術(shù)，以保證開挖施工的質(zhì)量安全。

2.3 注漿施工安全控制要點(diǎn)

在徑向注漿施工時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)配置漿液，準(zhǔn)確掌握注漿充填作業(yè)的各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)，以確保將圍巖與初支結(jié)構(gòu)間空隙填注飽滿密實(shí)，以形成具有較高整體性的共同承載結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到增強(qiáng)初支以及圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的。

2.4 引排水施工安全控制要點(diǎn)

施工過程中應(yīng)在隧道洞內(nèi)設(shè)置引排水設(shè)施。如果出水主要為線狀時(shí)，可以將滲水盲管埋設(shè)在核心土以及初支結(jié)構(gòu)背后，以便及時(shí)引出出水。如果出水主要呈股狀時(shí)，則應(yīng)設(shè)置導(dǎo)管進(jìn)行引水。如果隧道內(nèi)部分地段未設(shè)置降水井且其地下水位較高時(shí)，則可以通過設(shè)置超前水平排水孔方式降水。同時(shí)，應(yīng)按照200 m的間隔在隧道洞內(nèi)一側(cè)設(shè)置集水坑，并利用水泵在集水坑間進(jìn)行接力抽水，以便統(tǒng)一對(duì)污水進(jìn)行收集以及凈化處理。

3 總結(jié)

淺埋富水全風(fēng)化花崗巖大斷面隧道在施工過程中存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，其施工技術(shù)難度較大。應(yīng)充分了解工程區(qū)域的地質(zhì)水文特點(diǎn)，嚴(yán)格遵守相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)范，合理選擇相應(yīng)的加固處理以及降排水等施工技術(shù)工藝，熟練掌握各項(xiàng)施工技術(shù)要點(diǎn)，提高施工操作的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，同時(shí)在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，以保證施工的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]張濤.富水淺埋全風(fēng)化花崗巖地層隧道施工降排水技術(shù)研究[J].工程技術(shù)研究，2019，4（4）：97-99.

[2]吳金建.全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖大斷面隧道施工技術(shù)研究[J].鐵道勘察，2018，44（4）：103-107.