吐庫二線中天山隧道富水段開挖實施效果分析★

楊 凱

(烏魯木齊鐵路局南疆吐庫二線鐵路建設指揮部，新疆庫爾勒 841001)

1 概述

中天山特長隧道位于托克遜、和碩間中天山東段的嶺脊地區，穿越中天山北支博爾托烏山中山山地，平均海拔1 100 m～2 950 m，最高海拔為2 951.6 m。山嶺南北兩側地形切割劇烈，山高坡陡，基巖裸露，溝壑縱橫，地形復雜，植被稀疏，相對高差800 m～1 200 m。隧道起訖里程為DK141+593～DK164+042(左線)、DyK141+573～DK164+040(右線)，左線全長22 449 m，右線全長22 467 m，全隧道為單面上坡，除出口308 m位于曲線上外，其余均位于直線上。左右線線間距36 m。中天山隧道進口采用兩臺開敞式TBM施工，出口采用鉆爆法施工。TBM施工段采用圓形斷面，直徑為8.8 m。

中天山隧道出口右線隧道施工至DyK154+901處，在超前探孔突遇高壓涌水，水柱噴射長度達30 m，呈霧化狀，實測水壓高達6.3 MPa，單孔出水量約5 000 m3/d，由于涌水量大于反坡抽排水能力，導致隧道被淹，施工停止。水壓之高不僅給機器設備及人員心理造成極大的傷害，而且還嚴重影響隧道的正常掘進，進而導致工程施工成本增加、工期壓力劇增。

2 富水段施工方案確定

中天山隧道高壓富水段施工采用“注漿減排、排水降壓”的處理原則。通過超前注漿堵水減少了掌子面的涌水量，達到了開挖施工條件，開挖前施作泄壓孔以減小掌子面的水壓力。在開挖、初期支護、防排水、襯砌等各工序施工，均在泄水降壓的狀態下進行，防止高壓裂隙水擊穿注漿填充體，出現施工安全隱患(如圖1所示)。

圖1 泄水降壓情況下進行各工序施工

3 富水段泄壓孔施工

2012年8月8日注漿完成后，對原左側泄水孔X2，X3進行重新掃孔至設計深度，其中X2泄水量為95 m3/h，X3孔泄水量為25 m3/h，開挖揭示掌子面涌水量為13 m3/h，泄壓孔達到泄水降壓目的。

4 富水段開挖施工過程

2012年8月8日～8月21日，出口工區先后進行注漿設備撤離、注漿平臺清除、止漿墻爆破等圍巖開挖前準備工作。

8月21日對掌子面圍巖進行開挖，開挖方式采用上、下臺階法施工。上臺階高度為4 m，施工中嚴格按“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測”的原則進行，盡量減少對圍巖的擾動，加強光面爆破成型控制，確保注漿巖盤抗水壓能力，保證施工安全。下臺階開挖時為保證上臺階支護結構的穩定，左、右分部開挖且分部支護，不得出現上臺階兩側拱腳同時懸空，帶來安全隱患。施工過程中根據現場圍巖情況及時對循環進尺進行調整，每循環進尺控制在1.0 m以內。截至9月10日，已完成高壓富水段第一循環的圍巖上臺階開挖，上臺階里程為DyK154+888。

4.1 開挖效果

1)從開挖后掌子面漿液擴散情況看，圍巖揭露后顯示，圍巖內的所有滲水通道都被漿液有效填充，掌子面涌水量比注漿前明顯減小，能夠保證順利開挖。但掌子面存在局部裂隙水滲漏現象(見圖2)。

圖2 開挖后涌水情況

分析其原因:

a.由于普通水泥的結石率不高，漿液凝結后，孔內殘留的未結晶水體，產生新的滲水通道;b.漿液擴散半徑取2.0 m，可能偏大，造成終孔間距太大，需要縮小;c.由于注漿的局限性，注漿盲區難以避免，加固體內可能會有小的裂隙沒有被漿液填充，開挖后出現淋水，此時需立即采取噴漿、徑向注漿等措施處理。

2)開挖揭示的地質情況與檢查孔預測的地質情況基本吻合，說明開挖前的地質預測工作有效地指導了開挖施工。

3)在隧道開挖至里程DyK154+898時，掌子面上半斷面左側遇到軟弱破碎帶，圍巖破碎、穩定性較差，從里程DyK154+896破碎帶開始向掌子面右側延伸，寬度約為3 m(見圖3)。

4.2 初期支護參數及設置方法

每循環開挖前拱部施作φ42超前小導管預支護，間距40 cm。初期支護嚴格按照Ⅵ級圍巖進行加強支護，各支護參數均滿足設計及規范要求。初期支護采用C25噴混凝土，厚30 cm，在噴混凝土時安設盲管，將滲漏水集中引排，全斷面鋪設 φ8鋼筋，拱部120°范圍設φ25中空錨桿，邊墻設φ22砂漿錨桿，隧道全環安設Ⅰ22b型鋼架加強支護，鋼架間距為0.5 m(見圖4)。

圖3 開挖后掌子面圍巖情況

圖4 掌子面架設Ⅰ 22b鋼拱架

4.3 施工安全性及進度預測

在注漿效果達到開挖施工條件，泄水降壓的狀態下進行高壓富水段施工是安全可靠，沒出現坍塌及突涌水事故。

開挖支護按Ⅵ級圍巖采用上、下臺階施工，為減少對加固圍巖體的擾動，采用短進尺，弱爆破，循環進尺1 m，架立鋼拱架2榀。根據循環時間統計分析，上臺階開挖支護進尺1 m需12.3 h，一循環上臺階開挖按17 m計，需用時9 d，止漿墻開挖用時2 d，考慮施工干擾高壓富水段每循環開挖支護需用時13 d，下臺階開挖支護在上臺階施工中同時進行(見表1)。

表1 隧道上臺階開挖支護循環作業時間分析

5 結果分析

1)開挖后揭露圍巖存在3 m厚軟弱夾層，掌子面存在淋水現象，與前期超前探孔情況基本一致，說明超前地質預報工作能有效的指導施工生產，確保施工安全。

2)由于注漿堵水的局限性，注漿盲區難以避免，因此在開挖過程中應做到:超前探測，小導管超前支護，短進尺、強支護、快封閉、勤量測。開挖時應注意觀察開挖出水情況，若出水量較大，必要時應封閉掌子面，進行小導管補充注漿，開挖后，應及時進行初期支護;應做好應急和搶險準備，保證排水和通訊系統暢通，防止突涌水，確保開挖安全。

3)超前小導管、鋼拱架、錨桿、鋼筋網等嚴格按照設計文件和規范要求施作，保證了施工安全。但錨桿的角度與巖面垂直較難做到，過程中通過調整鉆釬的長度，支架的位置最大程度的滿足錨桿垂直度。錨桿原材料規格、長度、直徑符合設計要求，錨桿孔位、孔深及布置形式均符合設計要求，錨桿角度大部分符合規范要求。

4)根據監控量測計劃，本段每5 m設一個量測斷面，每個斷面設拱頂下沉、周邊收斂量測點。并進行地質素描觀測，從量測的結果反饋顯示，本段支護按Ⅵ級圍巖進行施工，拱頂下沉和周邊收斂速率均小于5 mm/d。將量測數據進行處理與回歸分析后，繪出位移—時間曲線，配合地質、施工各方面的信息，再與由經驗和理論所建立的標準進行比較，對于設計所確定的結構形式、支護設計參數、施工方法和工藝及各工序施作時間等進行檢驗，若與原設計指標基本相符，則可繼續施工，若差別過大，應立即加強支護，改變施工方法，調整作業時間，以求安全可靠，經濟合理，所以監控量測能較好的指導施工。

5)在帶水作業條件下，噴射混凝土厚度能滿足設計要求，但噴混凝土回彈十分嚴重，工序作業時間長，已施工段噴混凝土設計量為48.75 m3，現場實際噴射混凝土用量為199.8 m3。噴混凝土過程已安設盲管將滲漏水及時集中引排，待初支完成后必須及時進行初支后回填注漿或徑向注漿。

6)在帶水作業條件下開挖及初支的工序循環時間增長。經統計在帶水作業條件下平均開挖每循環時間為6 h，架設鋼架、錨桿及小導管施工時間為8 h，噴混凝土時間為12 h，施工中需加強工序銜接，提高工作效率。

7)開挖過程中對爆破設計進行動態調整，加強光面爆破成型控制，確保注漿巖盤抗水壓能力，保證施工安全。

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