隧道冰磧體段落施工技術(shù)應用

李輝

冰磧體地層主要由冰川堆積作用，所挾帶和搬運的碎屑構(gòu)成的堆積物；其具有堆積物質(zhì)分布不均勻，粒徑變化較大，密實度差，不隔水，整體膠結(jié)性較差等特點，成分多為塊石、漂石、角礫和礫石等；遇水時浸泡軟化呈流塑狀走，易導致掌子面失穩(wěn)、溜塌。通過現(xiàn)場加固措施、支護參數(shù)的不斷優(yōu)化和總結(jié)，目前形成一套適應此地層施工的方案。

隧道施工伴隨著極強的不可預見性，不良地質(zhì)較多，安全風險大；在超前支護措施、開挖工法、支護參數(shù)等需要一定的適應性，冰磧體開挖作業(yè)采用超前預注漿+密排管棚+超細水泥注漿，有效保證漿液擴散效果和土體加固密實度，在安全質(zhì)量、進度效益等方面均能得到保障，實現(xiàn)隧道施工技術(shù)的提升。

一、工程概況

本單位承建的某隧道工程隧道全長15.7km，為該段6座特級高風險隧道之一，最大埋深約1600m，其中3號橫洞，洞口高程為2858m;與正洞相交里程為DK1078+000，橫洞長度1950米，坡度-1.05%；洞身巖性以Ⅳ級、Ⅴ級圍巖為主。

圖1 隧道主線與橫洞位置關(guān)系圖

二、施工問題

在進行某隧道3號橫洞穿越冰磧體段施工時，存在巖體里含水量高，整體膠結(jié)性較差，角礫土和塊石土之間的泥沙填充物隨著流水的不停沖刷和浸泡被帶走，導致巖體中顆粒級配失穩(wěn)；當作業(yè)面開挖時，臨空面變大，出水點從流塑狀變成淋雨狀或股狀涌水，流水通道越來越大，角礫土與塊石土之間的空隙不斷擴展，加劇泥沙、卵石、塊石等物質(zhì)的流失，圍巖整體性快速失穩(wěn)，掌子面易發(fā)生大范圍突泥涌水和掉塊等情況。通過現(xiàn)場統(tǒng)計和核算，洞內(nèi)出水量為1800m3/d~2640m3/d，泥沙流失量為75m3/d~110m3/d。

同時圍巖空隙小、孔隙率大，注漿漿液不易擴散；根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)情況，采取怎樣的超前加固措施和注漿材料是決定開挖過程掌子面的穩(wěn)定性的關(guān)鍵!

三、解決方案

針對上述問題，經(jīng)現(xiàn)場反復研究探討，施工過程中根據(jù)現(xiàn)場地層含水情況，對不同超前加固方式、注漿加固材料、工藝、循環(huán)長度、帷幕厚度、注漿范圍、開挖工法、支護參數(shù)等進行了試驗，得出了相對成熟的一套施工體系。

1.圍巖較差突泥涌水較大時，拱墻范圍內(nèi)施作30m長上半段面超前帷幕注漿，注漿加固圈為開挖輪廓線外5m，漿液擴散半徑2m，共41個注漿孔；注漿完成后，拱部180°范圍施作環(huán)向間距30cm的密排管棚。

2.圍巖一般突泥涌水較小時，拱部180°范圍進行超前周邊注漿，加固圈為開挖輪廓線外3m，共4環(huán)39個孔，單孔擴散半徑為1m；注漿完成后，拱部150°范圍施作環(huán)向間距30cm的密排管棚。

3.注漿材料和壓力：冰磧體地層孔隙小，從注漿完成后孔內(nèi)成像結(jié)果分析，注漿宜采用超細水泥，富水時采用超細水泥+水玻璃，注漿壓力應較常規(guī)其他地層注漿壓力適當加大。（1）普通硅酸鹽水泥凝膠時間過長，結(jié)石率低、粒徑較粗，加固質(zhì)量差；（2）硫鋁酸鹽水泥漿液，顆粒相對較細，結(jié)石率高，凝膠后泌水少、收縮小，受地層孔隙密度影響，注漿效果不佳；（3）超細水泥顆粒最細、目數(shù)最小，凝結(jié)快，強度強，適應砂層、砂卵石層及細小裂隙地層注漿效果最好。（4）地層遇水軟化、呈流塑狀、淤泥質(zhì)，為保證漿液的擴散半徑和漿液劈裂、填充效果，注漿壓力相對較大。

圖2 現(xiàn)場水量和泥沙流失

圖3 掌子面發(fā)生突水突泥情況

4.其他方面：為保證施工過程中的作業(yè)人員安全，現(xiàn)場應加強超前地質(zhì)預報和監(jiān)控量測工作。（1）采用多種探測手段加強對掌子面前方地質(zhì)條件的探測，探明水系發(fā)育情況，地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定情況，為方案的制定提供指導意見；（2）縮短監(jiān)控量測布置斷面距離，加密圍巖監(jiān)測頻率。（3）冰磧體地層施工流水是對現(xiàn)場安全最大的風險，現(xiàn)場開挖過程中及時打設(shè)泄水孔，做好散水的收集和引排工作；設(shè)置臨時排水溝、排水管、集水箱和水泵等。

四、工藝原理

1.對加固的長度不斷優(yōu)化，一次性加固太短工效較低，一次性加固太長質(zhì)量無法保證，現(xiàn)場控制在18~21m。

2.對注漿的填充效果和劈裂效果進行驗證，通過孔內(nèi)成像質(zhì)量和圍巖漿脈揭示，注漿壓力控制5~8Mpa。

3.為了提高注漿工效和質(zhì)量，現(xiàn)場主要采用超前水平袖閥管和TSS管注漿，可以定點加固，注漿效果最好、注漿效率最高，不占用鉆機鉆孔時間；當成孔較難時或者止?jié){墻加固時，管口采用前進式注漿效果好，但耗時較長；當成孔容易，退鉆桿時塌孔嚴重，采用后退式注漿較好，但耗時相對長。

五、施工工藝技術(shù)及控制要點

1.加固方案的選取：主要通過超前地質(zhì)預報探測和孔內(nèi)成像分析，對地表水的補給、地層富水的含量和圍巖穩(wěn)定情況進行判斷；最終穩(wěn)定在全斷面超前帷幕注漿或半斷面的超前帷幕注漿+超前周邊注漿，密排管棚的范圍控制在180°，間距30cm。現(xiàn)場施工需控制注漿孔的間距和外插角度，形成一層加固殼。

2.加固長度的優(yōu)化：每循環(huán)加固長度決定著恢復開挖的進尺情況，有效控制加固范圍的搭接，既能節(jié)省成本又能提高工效；現(xiàn)場分別實施9m、12m、15m、18m和30m，對比18m的加固圈、開挖15m最優(yōu)。

圖4 掌子面全斷面超前注漿示意圖

圖5 掌子面半斷面超前注漿示意圖

3.注漿工藝的改進：通過對地層密實度和孔隙率的分析，冰積體地層較一般圍巖更可注（孔隙率大）、更難注（孔隙度小），為保證注漿的飽滿度和填充性，管口為保證止?jié){墻的止?jié){效果（或塌孔嚴重無法下管）采用前進式注漿，成孔好注漿要求高采用TSS管和水平袖閥管定點注漿；成孔后易塌孔采用后退式注漿。過程中嚴格控制漿液的濃度和注漿壓力，防止發(fā)生串孔、堵管和爆管等現(xiàn)象。

六、結(jié)語

冰磧體施工應“精選材、重加固、嚴注漿、優(yōu)工法、強支護、早封閉”，并重視做好施工過程中排水：

1.注漿材料：冰磧體地層具有孔隙小、孔隙率大、富水等特點，現(xiàn)場注漿需要凝膠快、顆粒細的水泥材料，通過對普通水泥、硫鋁酸鹽水泥、超細水泥的注漿效果進行對比，采用超細水泥效果最好。

2.加固措施：冰磧體地層水系發(fā)育，且無一定規(guī)律性，應加強措施采用全斷面超前帷幕注漿，帷幕厚度5m，施工完成后施工密排管棚。

3.注漿效果：冰磧體地層遇水軟化，呈流塑狀，易發(fā)生溜塌和掉塊現(xiàn)象，現(xiàn)場需要嚴格把控注漿效果，保證巖體密實、膠結(jié)。

4.施工工法：冰磧體地層自穩(wěn)能力差，掌子面易產(chǎn)生縱向位移，需要采用合理的開挖方法，如三臺階法+預留核心土保證掌子面的穩(wěn)定。

5.加強支護：冰磧體地層圍巖軟弱，開挖過程形成臨空面，沉降收斂變形較大，現(xiàn)場需加強支護措施，采用高強度鋼拱架和密排超前小導管（超前管棚）。

6.快速封閉：開挖完成后第一時間進行初噴，由于圍巖自穩(wěn)性差，初噴厚度可適當增加，防止圍巖被流水浸泡或施工擾動發(fā)生持續(xù)掉塊。

7.排水工作：洞內(nèi)出水是對冰磧體施工安全最大的危害，經(jīng)過沖刷和浸泡后，巖石土體軟弱呈流塑狀，加劇掌子面的突泥涌水的風險；現(xiàn)場應做好超前泄水孔和初支面出水點的引排和拱腳、仰拱底部散狀水的收集工作。

總之，通過對安全、質(zhì)量和揭示效果等方面的綜合分析，冰磧體地層施工合適方案是首選，嚴格控制是保障，深入落實是要求，面對隧道作業(yè)環(huán)境惡劣、地質(zhì)復雜多變、事故隱患多發(fā)、工程周期長和成本壓力大等特點，類似地段施工采用超前預注漿加固+密排管棚支護+超細水泥注漿顯得更為適用，月進度在25m左右，具有很高的推廣及實際應用價值。