特长隧道工程建设中的富水破碎断层带施工技术.pdf

总651期2023年第21期（7月 下）0 引言穿越富水软弱地层施工一直是高速公路建设项目中的施工难点与关键点。结合实际情况，地下水丰富、断层软弱破碎对隧道掘进施工会造成极为不利的影响，且同时具备以上两个条件的隧道，其施工难度更是难上加难，导致施工单位无法保证最终的施工质量。穿越水库区域的地质条件相对比较复杂，由于其存在断层破碎地带，所以地层自身的稳定性比较差，意味着施工过程中出现坍塌、涌水现象的可能性也会随之增大。为保证施工中的安全性以及后期运营过程中的安全性，施工单位应结合施工现场的实际情况，合理选择施工方法，在必要的情况下，可以采用辅助施工措施。此外，施工单位还应加大对施工现场的管理力度，根据实际需求合理组织施工班组有序进行施工，确保建设项目如期顺利竣工。1 工程概况西香高速公路长柏隧道总长度设计为 11.455 km，是西香高速公路建设项目中最具代表性的控制性工程之一，同时也是西香高速公路中隧道第三长的隧道。结合前期的勘察报告，长柏隧道建设沿线分布有富水区域、断层区域、低瓦斯区域等不良地质，整体而言，长柏隧道途经的路段地质条件相对比较复杂。结合设计图纸来看，长柏隧道设计为双洞四车道形式，隧道的左线起止桩号设计为：C15ZK136+076C15ZK147+515，左线部分的总长度为11 439 m，沿线最大埋深设计为 781 m；隧道右线的起止桩号设计为：C15K136+071C15K147+525，隧道的总长度为 11 454 m，沿线最大埋深设计为794 m。2 工程难点长柏隧道沿线的围岩属于典型的软弱围岩，围岩缝隙发育，施工单位在控制围岩变形、降低围岩外部扰动时的施工难度相对较大。首先，隧道在开挖完成以后，隧道内渗漏出大规模的地下水，导致围岩因失水过多而出现固结现象，地表不断向下沉降，这种现象为附近的水库带来一定的安全隐患。然后，地下水向外渗漏会软化周围的围岩，围岩逐渐呈现出软塑状态，严重时可能会达到流塑状态，无法保证围岩自身的稳定性。因此，地下水控制对于长柏隧道施工至关重要，所以，在实际施工过程中，施工管理人员必须加大对现场的管理力度，避免围岩变形、坍塌事故发生1。3 施工技术3.1 加固圈超前预注浆为确保地下水不会大规模渗漏，施工单位应采取超前预注浆作业。超前注浆必须严格按照规范要求进行施工，严格控制每一道施工工序。3.1.1 钻孔施工测量员根据设计图纸提供的坐标，在掌子面使用红色油漆进行标记，并备注孔号。孔口的位置与设计要求之间的偏差不得超过15 cm，孔底部位的偏差量需控制在30 cm以内。具体情况可以参照图1中信息。钻孔作业时，先对外圈进行作业，然后对内圈进行钻孔，按照隔孔钻进的方式进行施工。施工过程中，施工人员检查注浆效果，根据检查结果对注浆参数进行合理的调整。3.1.2 浆液配比浆液的配比会对注浆质量造成直接影响，施工单收稿日期：2022-12-16作者简介：唐颖（1983），男，高级工程师，从事公路工程项目建设管理工作。特长隧道工程建设中的富水破碎断层带施工技术唐颖（中电建路桥集团西部区域总部，四川 成都 610000）摘要：西香高速公路长柏隧道位于软弱地层路段，区域内的断层发育，局部涌水量较大。分析了施工过程中的支护措施，如超前注浆止水、长管棚超前支护等，并提出要严格控制每一道施工工序，加大施工过程中的监管力度，严格按照标准化的三台阶四步开挖法施工，以保证隧道顺利穿过富水软弱地层路段。关键词：富水断层；特长隧道；施工安全中图分类号：U455文献标识码：A124交通世界TRANSPOWORLD位可以结合施工现场的涌水量、进浆状况确定浆液的配比。如果涌水量小于30 L/min时，可以选择使用纯水泥浆；如果涌水量保持在30200 L/min之间时，应优先选择使用胶凝时间为46 min的浆液；如果涌水量超过200 L/min时，则应优先选择使用胶凝时间为34min的浆液。3.1.3 注浆方法注浆采用后退式分段注浆法，将止浆塞放置在注浆孔中，利用输气装备膨胀止浆塞，促使止浆塞与岩体之间形成一个整体。注浆作业应分段进行施工，分段的长度控制在510 m，首次注浆作业完成以后，将止浆塞向后移动至第二段注浆点，反复循环直至注浆完成。注浆作业前，施工单位应在类似地质条件的地层中进行注浆试验，结合试验结果确定注浆作业技术参数。注浆作业应按照注浆孔出水、测量水压与出水量、压水试验、注浆作业、注浆孔清理、再次注浆、注浆完成的标准流程施工。当注浆管路连接完成后，施工人员先压水持续25 min检查注浆管路，保证其畅通2。3.2 洞身长管棚施工超前管棚施工的目的是提高围岩的稳定性，避免围岩出现坍塌事故。3.2.1 导向钢架施工将初期支护设置的钢架作为导向架，在钢架的腹板部位开孔，孔径为110 mm，孔与孔之间的距离设置为40 cm，钻孔的外插角不得超过12。管棚施工的具体情况可以参照图2中信息。3.2.2 钢管制作钢管选择使用热轧无缝钢管，钢管的规格为89mm，钢管的壁厚为5 mm。钢管的分节长度为1 m、3 m、3 m、3 m。每节钢管的两侧使用丝扣进行连接，丝扣的长度为15 cm。注浆孔的间距设置为15 cm，注浆孔的孔径控制在1016 mm之间，将注浆孔布设为梅花状。采用机械与人工配合的方式将钢管落放至钻孔中，在落放钢管的同时，还应不断接长钢管。两根钢管使用丝扣进行连接，然后使用电焊进行焊接，焊缝需要进行处理。3.3 三台阶四步开挖当超前长管棚施工完成后，即可开挖洞身。在开挖断层带时，应使用三台阶四步开挖方法进行作业。具体的开挖流程为：台阶部部、台阶部、台阶部，开挖仰拱部位。实际开挖时使用小挖机作业，人工从旁辅助作业。3.3.1 工序一1）将钢架作为隧道内的超前支护；2）对台阶部进行爆破作业；3）对台阶部进行初期支护施工，喷射混凝土，混凝土的厚度设置为 4cm，安装支护钢架，安装锁脚锚管；4）坑底及侧面铺设I18型号临时钢架，底部设置20cm的混凝土，对台阶部位的仰拱进行施工，如果情况比较特殊可以将掌子面进行封闭处理；5）喷射混凝土，直至达到设计厚度要求。3.3.2 工序二1）对台阶部进行爆破，然后开挖土方；2）喷射导坑表面的混凝土，喷射厚度为4 cm，安装支护钢架，设置锚杆；3）底部及侧面铺设I18型号临时钢架，底部设置20 cm的混凝土，对台阶部位的仰拱进行施工，如果情况比较特殊可以将掌子面进行封闭处理；4）喷射混凝土，直至达到设计厚度要求。3.3.3 工序三1）对台阶部进行爆破，然后开挖土方；2）喷射导坑表面的混凝土，喷射厚度为4 cm，安装支护钢架，设置锚杆；3）底部及侧面铺设I18型号临时钢架，底部设置8 cm的混凝土，对台阶部位的仰拱进行施工，如果情况比较特殊可以将掌子面进行封闭处理；4）喷射混凝土，直至达到设计厚度要求3。3.3.4 工序四1）对台阶部进行爆破，然后开挖土方；2）喷射导坑表面的混凝土，喷射厚度为4 cm，安装支护钢架，设置锚杆；3）喷射混凝土，直至达到设计厚度要求。图1 钻机角度示意图2 洞身段管棚施工纵断面示意图125总651期2023年第21期（7月 下）3.3.5 工序五台阶部位的仰拱灌注混凝土，混凝土灌注应分次进行施工。3.3.6 工序六对监测到的结果进行分析，当初期支护收敛以后，使用衬砌台车进行二次衬砌作业。3.4 特殊情况处理1）隧道开挖过程中，应频繁观察围岩变形状况，严禁施工现场出现塌方事故。若隧道在开挖过程中出现塌方事故，如果塌方规模较小，则应对未塌方的路段进行加固，避免塌方面积进一步扩大；如果塌方的规模比较大，则应对掌子面进行封堵处理，并回填枕木或洞渣，待隧道稳定以后恢复施工。2）施工单位应清楚地认识到，隧道内的排水措施与初期支护同样重要，所以在设置初期支护时，应兼顾排水问题；当掌子面出现涌水现象时，可以使用小导管注浆方式将水堵住，然后进行开挖作业。3）开挖过程中如果遇到大粒径的孤石时，应在孤石周围注浆，将周围的土体固结，待浆液达到强度以后移除孤石，最后进行初期支护。3.5 防排水施工工艺隧道穿越富水段以及断层地带时，排水方案应以“防、排、堵、截相结合”为基本原则，将“堵”作为主要实施目的，保证地下水排放畅通，掌子面具有良好的防水效果，排水措施应具备经济性与可行性。3.5.1 堵水措施隧道穿越富水段以及断层地带可使用小导管注浆进行堵水，小导管的管径为50 mm，导管的壁厚为5 mm。当初期支护完成以后，将小导管设置在拱墙部位，导管应沿着垂直方向打设在岩面。导管的环向间距应设置为100 cm，纵向间距应设置为 160 cm。浆液选择使用水泥-水玻璃双浆液，水泥选择使用普通硅酸盐水泥。3.5.2 排水措施1）隧道的中间部位设置排水沟，排水沟的尺寸设计为90 cm90 cm，将其作为隧道内的主要排水沟。2）隧道两侧设置暗沟，保证路面的积水及时排出。3）隧道二次衬砌施工完成以后，安装双壁波纹管（规格为160），沿着横向盲沟将地下水顺利排放至排水沟中。4）对于初期支护表面出现的渗水部位，可以安装半圆式的排水钢管（规格为40，钢管的间距设置为12.5 m），将钢管内的水排放至双壁波纹管中。3.5.3 防水措施1）隧道的防水层设计使用防水卷材+无纺布形式，防水卷材的厚度为1.2 mm，使用双焊缝施工方法进行施工，无纺布的规格为350 g/m。2）结合地下水的水质检测结果分析，隧道内的地下水具有一定的弱碱性，所以二次衬砌应选择使用防水混凝土，混凝土的抗渗性能至少为S8。3）施工缝部位、变形缝部位需要设置止水带。4 施工注意问题1）进洞以后，在拱脚部位、边墙部位1 m处开挖排水沟，将地下水顺利排放至洞外。2）开挖洞身时应预留15 cm的变形量，实际预留量可以根据检测结果进行调整，但是需要保证不会出现超挖现象，同时不得出现欠挖现象。3）当断面开挖成型以后，应及时喷射35 cm的混凝土，对围岩进行封闭处理，提高围岩的稳定性。4）结合设计图纸的要求对钢拱架进行施工，严格控制钢拱架的标高，钢架的合理偏差控制在 15 cm 以内，钢架的倾斜度控制在2 以内。5）结合施工现场的实际情况，合理布设锚杆，尽可能沿着垂直方向进行开挖，锚杆的外露长度控制在5cm以内。6）钢筋骨架可在洞外加工完成以后直接进行安装，钢筋骨架的搭接宽度不宜小于10 cm4。7）纵向连接筋严禁使用焊接连接方式。8）围岩表面的混凝土需要保证平整度、厚度符合设计及规范要求。9）基面应拥有足够的承载力，保证钢架的拱脚不会出现失稳现象；拱脚支垫可以使用混凝土进行找平，保证拱脚不会出现沉降现象。10）将拱脚悬空部位混凝土全部凿除，以保证上下部混凝土连接为一个整体。5 结束语综上所述，西香高速长柏隧道穿越富水断层破碎带，区域内的断层发育，局部涌水量较大，通过超前注浆、长管棚超前支护等处理措施，有效地解决了隧道内的涌水问题，使项目得以顺利竣工。参考文献：1 蒋权，王小强，海大鹏，等.浅析城市隧道分界岩层反坡施工技术J.智能城市，2021（18）：163-164.2 解春林.铁路隧道穿越富水断层破碎带施工技术研究J.四川建材，2021（1）：115-116.3 张亮.高原铁路隧道施工中穿越富水断层破碎带期间的技术要点研究J.中国科技纵横，2022（2）：109-110.4 杨佳庆.特长隧道TBM掘进施工方案研究及应用J.现代交通技术，2021（6）：49-53.126