復雜地質條件下隧道施工安全技術探討

摘要：為提高復雜地質條件下隧道施工安全性，現結合工程實例，對其出現的塌方和涌水等病害情況進行了總結，提出了該隧道施工過程中地質預報情況，從隧道開洞門施工、超前小導管預注漿支護、土方開挖、格柵鋼架和鋼筋網安裝、混凝土噴射、塌方涌水處理、監控量測等施工要點進行了總結和分析。結果表明，采用以上施工技術及病害處理方式，有效保證了該隧道施工的質量，確保了項目的順利竣工驗收。

關鍵詞：復雜地質條件;隧道;施工;塌方;涌水

1" "工程概況

在隧道工程建設過程中，會遇到各種復雜的地質情況，特別是斷層或者不良地質情況的影響，容易導致隧道施工過程中出現塌方和涌水等病害。某隧道TBM施工段長2076km，剩余為鉆爆法施工。TBM段掘進至樁號W60+833，受斷層影響導致右側頂拱及邊墻發生塌方，塌腔最大深度約4m，局部伴有股狀地下水流出。

按照Ⅴ類圍巖施工，并對塌方段內鋼拱架間距進行加密（0.5～0.9m/榀）。塌方段處理完成后，TBM繼續掘進至樁號W60+825，掌子面突然出現涌水并伴有泥砂，現場進行水量確認，10m洞長涌水量為1535L/min。

2" "地質預報

2.1" "超前地質預報

根據設計圖紙、地質資料以及實際揭露的圍巖情況，采取TST法與CFC法、鉆探法進行地質預報。掌子面W60+825前方100m范圍內，通過TST地震波和CFC電磁波法，并結合地質資料的綜合分析推斷。圍巖巖性以花崗巖為主，未發現較大規模斷層，但存在多處軟弱夾層以及受此影響產生的塌腔。同時發現4處含水帶，具體如下：

60+825～60+795段長度30 m。推斷該段圍巖為強-全風化花崗巖，巖體強度較低。圍巖構造發育，呈碎塊狀，完整性和穩定性較差，特別是在60+820～60+810、60+808、60+800附近受當前坍塌以及巖體破碎影響，呈現局部空洞。該段圍巖地下水分布不均，60+820～60+814之間較多，呈股狀涌水，60+814～60+800之間地下水較少，以滴水線狀為主，60+814～60+810之間地下水略有增多，或為線狀、股狀。施工中易發生坍塌，有發生突水、突砂可能，應及時并嚴格按V類圍巖支護。

60+795～60+775段長度20m。推斷該段圍巖為中-微風化花崗巖，巖體強度較高。圍巖節理裂隙稍發育，呈大塊狀，完整性和穩定好。地下水較少，以潮濕滴水為主。施工中易發生掉塊，應及時并嚴格按III類圍巖支護。

60+775～60+725段長度50m。推斷該段圍巖為強-中風化花崗巖，巖體強度較低。圍巖構造發育，完整性和穩定性差，在60+773～60+762、60+747～60+740之間或為全風化軟弱夾層。大部分區域地下水稍多，以滴水線狀為主。在上述軟弱夾層區域，地下水稍多，或呈線狀、涌水狀。施工中易發生坍塌，有發生突水、突砂可能，應及時按V類圍巖進行支護。

2.2" "超前探孔

根據超前預報結果，掌子面前方30m為破碎帶，存在富水情況，有塌方和涌水風險，為進一步探明掌子面前方地質情況，準備采用超前探孔探明。由于洞室內空間狹小，主梁上部安裝鉆機相對困難，選擇在主梁進人孔安裝潛孔鉆機（鉆機型號H20100A）。拆除一把中心刀（1～3#刀），超前鉆孔位置位于洞軸線以下0.2m處。超前探孔情況見表1。

超前探孔情況如下：超前鉆總進尺7m，夾鉆停止鉆孔。4m厚為破碎帶，鉆孔至5.5m時出現夾泥層，6m時出現出水，但水量不大;4.0～4.5m位置出現鉆頭突進情況;推斷該段為軟弱夾層或斷層破碎帶，圍巖裂隙發育，局部巖石巖質軟弱，整體呈破碎狀。

3" "復雜地質條件下隧道施工要點

3.1" "隧道開洞門施工

隧道開洞門施工中，要求完成隧道開口段附近的初襯施工。要求對隧道施工進行綜合應用管控，在洞口處設置2榀，并將外側拱架與連接筋進行連接，做好隧道開洞門施工質量的控制。將豎井與格柵進行焊接，再進行隧道施工。

3.2" "超前小導管預注漿支護

本次導管施工中選擇25mm×5mm熱軋鋼無縫鋼管。導管設計長度為170cm，導管間的環向間距設計為30cm。導管施工中，要求外插腳控制在10°～15°以內。綜合考慮鉆孔、插入鋼管、封堵、注漿等施工工藝，以完成對注漿流程的實際管控，確保隧道施工效果，最大程度上提升隧道施工質量。應用鉆孔機進行鉆孔施工，孔徑控制在25mm左右。鉆孔完畢之后插入鋼管，并完成對注漿封堵，最后采用改性水玻璃漿液進行注漿施工。

3.3" "土方開挖

采用上下臺階開挖施工方法。將開挖土寬度和高度長度分別設計為2.5m、1m，縱向開挖長度為2m。要求其墊板厚度達到20mm，尺寸規格為30cm×30cm。

3.4" "格柵鋼架和鋼筋網安裝

設計格柵間距為50cm，選擇應用25#鋼拉桿進行施工。鋼拉桿的間距控制在50cm范圍之上，合理應用鋼拉桿施工工藝，以提升施工效果。控制鋼拉桿的搭接長度，并做好鋼筋網的安裝。

3.5" "混凝土噴射

在隧道洞內混凝土噴射過程中，選擇普通硅酸鹽水泥作為主要材料，水灰比控制在0.4左右。混合料采用專用的攪拌機進行均勻拌和，運輸到現場的混凝土應該在1h內使用完成。噴射過程中要求從下至上進行噴射，噴射壓力控制在0.15MPa，側壁厚度控制在70mm左右。

3.6" "塌方涌水處理

進行塌方涌水處理的關鍵是治水。地表具備地表阻水灌漿實施條件。再對TBM主梁上部實施超前管棚作業空間進行鉆機模擬布置，確認其具備管棚實施空間。故采用洞內超前管棚為主，洞外地表阻水灌漿為輔的處理方案。隧道塌方涌水注漿施工工藝流程如圖1所示。

3.6.1" "地表阻水灌漿

洞內TBM掌子面前方出現塌方及涌水，且掌子面前方塌方及涌水情況不明，為此進行地表阻水灌漿，以起到阻水及固結圍巖效果，防止出現淹機及卡機風險。采用地表鉆孔，對隧洞洞身附近圍巖進行灌漿阻水，灌漿范圍暫定38m，樁號W60+830～W60+792，灌漿孔間排距均為3.0m，采用梅花形布置，暫定灌漿范圍洞頂以上8m、洞底以下3m，灌段長16.17m。

根據探孔情況，若出現水量過大或巖體破碎，加密灌漿孔，確保阻水效果。采用水泥注漿，必要時采用水泥+水玻璃雙液灌漿，每排分二序施工，排內先灌Ⅰ序孔后灌Ⅱ序孔。考慮該部位壓力不宜過大，暫定I序孔的灌漿壓力0.8MPa左右，II序孔的灌漿壓力為1.0MPa左右。

灌漿施工整體思路是“先探后灌，由外到里，由近到遠，逐層灌漿”，即施工時先施工探孔，探明灌區的圍巖情況及地下水情況，由此確定具體灌漿深度。先灌外圈孔，再灌內圈孔，外圈孔主要起到阻水、隔水作用。施工時由大樁號向小樁號方向施工，逐層加密，確保灌漿效果。

若探孔情況相對較好，屬于基巖，則灌漿方法為：灌漿段的鉆孔采用潛孔鉆鉆孔，146mm鋼管跟管至基巖進行護壁。然后鉆孔至灌段頂高程，下入外徑114mm鋼管至灌漿孔頂高程。固管待凝后，鉆設灌漿段洗孔、壓水試驗后進行灌漿。灌漿方法為孔口封閉式全孔一次灌漿法，灌漿方式為孔內循環式灌漿。

若探孔揭露斷層破碎帶，鉆孔采用潛孔鉆鉆孔，146mm跟管至基巖，成孔至灌漿段頂高程，下入外徑114mm鋼管，固管后再采用潛孔鉆鉆孔（孔徑90mm），由上而下鉆一段、灌一段。灌漿方法為自上而下分段灌漿，灌漿方式為孔內循環式灌漿。分段灌漿長度根據現場施工情況確定。

3.6.2" "超前管棚措施

目前掌子面前方已出現塌方，根據超前地質預報及超前探孔資料顯示，前方圍巖仍呈破碎狀，并且巖質軟弱，自穩能力差，極不穩定。第一循環擬采用20m長管棚進行超前支護，具體實施長度視鉆孔情況進行調整，管棚前端約6m段采用鋼花管，注入漿液以起到阻水和固結巖體作用。漿液采用水灰比為1：1的水泥漿液，后端采用鋼管，鋼管內注入的漿液凝固后，可增強管棚強度，同時也防止后端灌入漿液固結住刀盤。

將70A型管棚鉆機布置在TBM錨桿鉆機操作平臺位置，受主梁上部空間限制，調整鉆機仰角約15°～17°。沿TBM護盾向前方鉆孔，采用管徑Φ108mm、壁厚5mm的鋼管，單根管長1.5m，管間以絲扣連接，環向間距30～50cm，管內注漿為水泥漿，壓力0.5～1MPa。

管棚鉆孔時，需要對已經支護好的鋼拱架開孔。鋼拱架開孔前，采用型鋼與TBM主梁焊接牢固，確保拱架不能發生變形。由于地質條件差，采用跟管鉆進。鉆孔過程中，要始終注意鉆桿角度的變化，并保證鉆機不移位。控制好鉆孔角度，以確保鉆孔方向及管棚棚護效果。

3.7" "監控量測

對于塌方段加密布設監控量測點，每天進行2次監測并及時對數據分析。當變形值達到預警值時，第一時間通知施工現場人員及值班領導，提醒現場施工人員注意施工安全。當變形值達到報警值時，第一時間通知施工現場人員及值班領導，駐地監理代表、監理單位、業主單位。

對此施工現場負責人應采取必要的措施，并加大監測的頻率。隨后采用預警快報的形式，對超過控制值點位進行書面上報。當變形值達到報警值仍然以較大速率變形時，建議施工現場負責人停止施工，并加大監測的頻率，直到日均沉降速率正常穩定、解除報警為止。

4" "結論

為提高復雜地質條件下隧道施工安全性，現結合工程實例，對其出現的塌方和涌水等病害情況進行了總結。該施工地區巖石富水性強，地質情況復雜，出現涌水情況較為常見，要提前做好預防措施。首先要布置好排水管路，保證涌水的排放。其次要將超前地質預報與中長期地質預報相結合，及時調整TBM掘進參數。

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