富水隧道帶水環境無水作業施工技術研究

徐鋒XU Feng

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

山嶺隧道在城市間的交通連接中扮演了不可或缺的角色，是我國現代化交通網完善的重頭戲。其中，山嶺隧道在施工過程時，經常會遇到所選線路穿過富水環境的裂隙巖體或破碎巖體的情況。由于地下水的滲流作用，施工的掌子面會出現涌水、突泥等地質災害，導致施工效率降低。嚴重的時候甚至會造成隧道坍塌、人員傷亡等事故。因此在富水環境的隧道施工中，選擇合適的工法降低施工風險，提升施工效率顯得尤為重要。

隨著近年來富水隧道的工程案例增加，國內外的學者對其施工技術的研究也有所突破。白凈鈔[1]以樂園隧道穿越富水破碎帶工程為依托，使用數值模擬軟件對富水破碎帶進行開挖模擬，指出隧道開挖前應采取注漿止水，同時進行了全斷面法、臺階法、分部開挖法這三種不同開挖方法的影響研究，對施工方法的適用性做了合理評價；邢紹川[2]以滬昆高鐵的斗磨隧道與大獨山隧道為依托工程，通過現場實測數據與數值模擬結果相結合，對巖溶隧道的富水溶腔處理技術做了研究，總結在此種環境下得帷幕注漿規律，并對注漿的參數優化研究；高翔[3]依托深圳高速公路過境連接線工程，基于數值模擬的結果對施工工法與施工順序進行流固耦合計算，同時就注漿圈滲透系數的選取的進行了室內相似模型試驗；李卓霖等[4]以龍洲灣隧道為依托，將現場實測數據與數值計算結果進行對比，得出了所依托項目最適宜采用三臺階法施工，并確定了最適宜的臺階長度；張智健等[5]以馬家寨公路隧道工程為依托，基于數值模擬計算對富水隧道圍巖的穩定性進行分析，進一步提出相應措施。

通過調研歸納目前研究現狀可知，目前針對富水隧道的施工工法研究主要針對富水隧道穿越斷層破碎帶的開挖方法，注漿工藝的優化，帷幕注漿止水的改進，對于富水隧道的帶水環境無水施工技術領域研究進展還有所欠缺。基于上述背景，本文以廣東省的鴻圖公路隧道為依托，對富水隧道的施工技術進行研究，旨在為該類工程提出一種切實可行的施工工藝。

1 工程概況

鴻圖特長隧道位于廣東省梅州市豐順縣與五華縣交界地段，是一座雙洞單線公路隧道，設計車速100km/h。隧道左線全長6336m，右線全長6337m，最大埋深739.9m。隧道設計圍巖為中～微風化花崗巖，地質條件極其復雜、裂隙發育，隧址穿越16 條主斷裂構造及多條低阻異常帶。2019年3 月17 日隧道出口端左線掘進至1306m 時出現涌水，掌子面里程為ZK94+410，埋深約243m；2019 年4 月27日隧道出口端右線掘進至1521m 時出現涌水，掌子面里程為K94+221，埋深約304m。右線洞口至K94+480 段1262m 為順坡，坡度為-0.4%，以K94+480 為界沿掘進方向為反坡，即下坡段，坡度為2%，反坡施工長度達2.0km，右線涌水掌子面處于隧道反坡段，導致隧道內的滲水、涌水在重力作用下會順坡往掌子面匯集，因此，需要及時抽排積水，以防止施工掌子面水積聚過深，影響隧道圍巖的穩定和危及隧道施工的機械設備及施工人員的安全。隧道在涌水初期，采取傳統施工方式進行施工，施工效率低，能耗高，月平均進尺21m，噴射混凝土表面不平整。

基于現場的施工難題，提出了富水隧道帶水環境無水作業的施工工法。

2 施工技術

2.1 施工流程

富水隧道帶水環境無水作業施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

2.2 關鍵施工技術

2.2.1 超前鉆孔泄水降壓技術

鉆孔數量不少于3 個，孔深不低于40m，探明前方地質及水文情況，同時鉆孔兼做泄水孔。鉆孔應在掌子面中下部施作，根據超前預報結果及圍巖產狀，布置鉆孔位置和角度，鉆孔角度范圍呈發散型，從而充分穿越富水寬張裂隙，達到泄水降壓目的。超前鉆孔泄水降壓施工圖如圖2 所示。水壓較大時，在掌子面鉆孔，應在鉆孔孔口預安裝孔口管及高壓閘閥，以備水壓、水量測試及注漿使用。高壓閘閥如圖3 所示。

圖2 超前鉆孔泄水降壓施工

圖3 高壓閘閥

針對單側水量較大、較難通過段落，可將開挖工法改為單側壁導坑法施工，將涌水引至涌水較少一側，先行開挖涌水側，待涌水側施工一定長度，再施工另一側，如此反復向前掘進。

2.2.2 編制地質編錄展示圖

編制地質編錄展示圖記錄隧道圍巖地質及裂隙水發育情況，為后注漿施工提供充分的依據。重點記錄裂隙范圍、位置、長度、寬度、走向；裂隙水出水點位置、出水形式等。地質編錄展示圖如圖4 所示。

圖4 鴻圖隧道左線地質編錄展示圖

2.2.3 初期支護——作業防護——后注漿施工體系

在鋼拱架背后分片鋪設防水板或土工布，并用扎絲固定牢固（見圖5）。噴射混凝土前，在防水板與鋼拱架間用高強砂漿墊塊隔離。鋼筋網按雙層布設，內層焊接于鋼架內側，以增加噴射混凝土附著力。

圖5 鋼拱架安裝

鋼拱架安裝后，應于圍巖表面打孔、安裝短鋼筋固定排水半管，將裂隙水引至拱腳。對于股狀集中出水，可通過安裝排水鋼管直接引至臨時集水坑（見圖6）。

圖6 股狀集中出水處理

在圍巖與拱架間預留100mm 的PVC 注漿管（見圖7），注漿管穿過防水板，避免初期支護背后出現空洞及噴射混凝土與圍巖不密貼的情況出現。

圖7 預留注漿管

利用鋼拱架背后防水板噴射混凝土，形成受力拱圈，可最大限度減少噴射混凝土工程量，并縮短噴射混凝土作業時間，降低施工風險。初期支護完成后，通過注漿管泵送噴射混凝土同標號混凝土填充初支背后空洞，按10m 分段落進行泵送混凝土處理，填補初支背后空洞，保證結構安全。

設計反坡抽排水段落，貫徹“以堵為主、限量排放”的原則。為減小隧道施工期間的排水壓力，保證運營期間結構安全，根據不同涌水形式采取不通的封堵方式。為了盡量減少地下水資源的流失，采用限量排放的原則。在隧道施工過程中，施作初期支護后，如出現大面積淋水或嚴重滲漏水現象，采用全斷面注漿止水；在隧道施工過程中，施作初期支護后，如出現局部大量涌水或嚴重滲漏水時，采用局部注漿止水。注漿管布置圖見圖8。

圖8 注漿管布置圖

根據已經繪制的地質編錄展示圖，富水段落按照圍巖裂隙及斷裂走向進行后注漿加寬處理，裂隙或斷裂走向兩側根據裂隙水發育情況各加寬3～5m，并對注漿后仍存在的出水點繼續進行后注漿處理，最終達到只存在點滴狀裂隙水的目的。圖9 為拱部后注漿施工。

圖9 拱部后注漿施工

拱部后注漿施工按自兩側向中部、自下而上的順序進行，注漿采用由易到難、由周邊向集中出水點逐步壓縮的方式進行，注漿順序不宜采用單向推進壓注方式，應按跳孔間隔注漿方式進行。宜從水頭高的一端開始注漿。圖10為底板后注漿跳孔鉆孔施工。

圖10 底板后注漿跳孔鉆孔施工

已完成初期支護及整平層施工的段落，在防水板掛設前，對初期支護及底板分段進行后注漿處理，因裂隙水力聯系暢通，對應段落的初期支護和底板后注漿宜同時進行，防止裂隙水被擠壓至拱圈，影響二襯結構安全。例如，初期支護后注漿完成后掛設防水板、施工二襯，再進行底板后注漿，底板后注漿完成后，裂隙水被擠壓至拱圈，造成二襯滲水。體系形成保證初期支護背后密實及封閉裂隙水通道，保證二襯結構受力穩定。

3 施工效果

鴻圖特長隧道雙線均采用此工法，月平均進尺達到83m。鋼拱架安裝工序時間大大縮短，噴射混凝土表面平整，噴射混凝土用量大大降低，降低了施工能耗，縮短了單工序作業時間，提高了施工進度，為后注漿、防水板施工提供了較好的工作面，取得了理想的效果。實現了安全生產。“富水隧道帶水環境無水作業施工工法”在鴻圖特長隧道應用效果明顯。

4 結論與建議

①為解決在鴻圖特長隧道中產生的隧道涌水造成的施工效率低，施工風險大等問題，提出富水隧道帶水環境無水作業的施工工法，利用超前地質預報有效的判別了地下水的水壓與水量，結合超前鉆孔泄水降壓技術與初期支護——作業防護——后注漿施工體系，有效的解決了隧道富水段施工難題。②根據各隧道的不同水文地質條件，超前地質預報在不同的精度等級中交叉使用可以在保證施工質量的同時增加施工效率。③通過后注漿施工工藝的研究，提高了隧道的施工進度，對類似的富水隧道開挖施工有一定指導作用。