試析高壓富水地層超深埋特長隧道施工技術

呂小華 / 中交二公局第四工程有限公司

試析高壓富水地層超深埋特長隧道施工技術

呂小華 / 中交二公局第四工程有限公司

在科學技術水平不斷提高的21世紀，對道路的需要越來越高，但是由于我國道路修建起步比較晚和很多發達國家相比還存在很大差距，尤其是在高壓富水地層超深埋特長隧道施工技術中出現了許多弊端。由于隧道在穿過高壓富水地層的過程中，突發涌水、突水的現象經常發生，進而使隧道出現塌方以及支護出現變形的情況。對隧道的施工造成了一定的影響，嚴重的還會危及到施工人員的自身安全、破壞施工施工設備。因此，為了保障高壓富水地層超深埋特長隧道施工可以正常開展，就要解決這些對人員和設備造成危害的因素。希望通過本文的分析對高壓富水地層超深埋特長隧道施工技術有一定的幫助。

高壓富水地層；超深埋；特長隧道；施工技術

引言：

在隧道施工過程中，高壓富水地層對正常施工有很大的影響，尤其是對隧道支護的影響，高壓富水地層受到巖層裂隙的影響，造成涌水、突水、滲水的現象，給隧道施工帶來很大的難度，減緩了施工進度同時，還在無形中使隧道施工加大了成本。這種情況下建造出來的隧道非常容易出現塌方，甚至會造成人員傷亡。為了解決這種滲水的情況，施工人員會利用小導管超前注漿來隔斷滲水的路徑。但是隧道施工中巖層的分化程度不同，同時還摻雜著很多其他種類的巖層，

在進行判斷涌水、突水的詳細位置的時候就加大了難度，運用注漿堵水的效果也就不是很明顯。因此，在進行隧道施工的時候，一旦約到非常復雜的地質情況，就要在施工之前做好地質調查，找出科學合理的方法來進行處理，以便于更好的進行施工。

1.工程概況

某隧道全長20km，由單車洞構成，而每兩個單車洞之間的距離都在40米左右，隧道的縱斷面也采取人字坡形，縱坡的范圍在0.5%到30%之間。這條隧道的凈空斷面的面積在35-60平方米之間，同時還在距離600-800米的位置建造一個橫通道。隧道在進行施工的時候，是由東西方向向中間開展施工的。其中東端8500m由中鐵九局承建，西端11500m由中鐵十四局承建。隧道的縱斷面示意圖見圖1：

圖1　某隧道縱斷面示意圖

從圖1中可以看出，此隧道的地質情況比較復雜，隧道的埋深超過1500m，占據整個隧道全長的75%。最大的埋深為2400m。此隧道的洞深受到西北、東南方向的地質結構的強烈影響。此隧道中部的巖石主要是大理巖，在東西兩端的巖石大多是砂板巖、綠泥石片巖。此隧道施工過程中主要的難題是怎樣解決高壓富水、施工通風、巖爆防治等問題。

2.施工方案的設計

由于此隧道地質結構比較復雜而且還有豐富的高壓富水。大大增加了施工難度，在施工過程中經常發生突水和用水的現象，使得支護嚴重變形，出現大面塌方的問題。所以在設計施工方案中要重視水害的治理，在水害治理的過程中采用防水、堵水、排水結合的方式。此隧道處于巖石風化程度不同摻雜其他巖石的巖層中，使得隧道在施工過程中很難掌握涌水、突水的準確位置，增加了水害治理的難度。

2.1地質預報

2.1.1施工前預報

由于此隧道地質結構比較復雜而且還有豐富的高壓富水，因此在進行施工之前要對建設隧道的山體的地質做一個詳細的調查與分析，通常采用的調查方法有：高密度電阻成像法以及可控音頻大地電磁探測法等兩種。在測量以后，要整理出數據來對地質情況作出分析。為下一步施工方案的制定做準備。

2.1.2施工中預報

在隧道施工過程中通過TSP-203地質預報和水平地質鉆取芯預報的方式，對隧道施工前方地質情況和高壓富水區域進準確的分析和測量。TSP-203地質預報主要是為了掌握隧道前方土質結構和水文情況，對巖石的強度、裂隙發育情況以及巖含水性進行充分的分析。水平地質鉆取芯的應用為了掌握巖石層中的具體情況和資料以便繪制地質結構柱狀圖。為接下來的施工提供技術指標【1】。

2.2地下水治理方案

此隧道工程中高壓富水量比較大，涌水、突水的地段比較多。怎樣有效的防止地下水，加快治理速度的同時還能使施工安全與進度得到保障，是非常重要的問題。通過研究發現，此隧道工程的地下水治理采用以堵為主，適當排放的原則，通過相關的模擬實驗分析選擇超前預注漿、擇機封堵等相關技術，是治理地下水的有效措施。

2.2.1超前預注漿

目前在隧道施工中選擇的超前于注漿是在原有的灌漿技術上，把壓力控制加大的同時孔口管也要加大。當富水的壓力在2MPa以下，那些超前預注漿的壓力就控制在4～6MPa。也就是要保證灌漿壓力是富水壓力的2～3倍。如果富水壓力在2～5MPa之間，灌漿壓力就需要按照實際狀況來確定，一般情況下選擇的灌漿壓力不要超過7MPa。如果遇到的富水壓力超過5MPa，選擇的灌漿壓力高于富水壓力的2～3MPa即可。

2.2.2擇機封堵技術

在進行擇機封堵施工的時候，首先要保證施工的安全，然后在地下水露出表面，設備進入超前出水點的一定范圍后，再對地下水進行治理。能有效提高治理地下水的效率。

2.3巖爆防治技術

此隧道工程中平均深埋超過1500m的隧道占據隧道總長的75%左右，實測埋深1 350 m處最大主應力44. 2MPa,最大埋深2 375m處最大主應力70. 1MP，圍巖強度和水平應力，達到巖爆的條件。通過技術分析，弱巖爆占據總巖爆洞段的20%、中等巖爆占據總巖爆洞段的60%、強巖爆占據總巖爆洞段的15%、極強巖爆占據總巖爆洞段的5%。因為在隧道中，強巖爆以及極強巖爆所占的比例非常大。 所以在巖爆防治技術中采用一些幾種方式：

2.3.1建立超前應力解除、掛網、噴超細沸石粉添加劑、混凝土支護定一下巖爆防護體系，能有效控制巖爆對隧道造成的傷害。如果巖爆強度比較高，在建立臨時支護以后立刻完善住戶系統。

2.3.2在隧道中，發生巖爆以及遭受災害最嚴重的位置就是掌子面的正前方，在選擇錨桿和噴護的加固方法以外，還會采取了9孔和14孔超前應力解除爆破法，取得的效果也很好【2】。

2.4富水洞段混凝土噴射技術

通過調查發現，此隧道中高壓富水洞段占據整體隧道的40%左右，隧道的支護方式主要是錨噴支護技術，因為時間的限制，高壓富水的全部位置不能都采取防護措施，所以在噴射過程中采用線狀或者滴狀噴射混凝土的方式，對富水洞段混凝土進行噴射，既能保證隧道施工的進度，還能提高隧道的質量。

2.5特長隧道快速施工技術

此隧道施工的工期是50個月，這就要求每個月的施工進度將近200多米。在施工過程中既要治理地下水，又要進行巖爆防治、還要進行通風處理。同時還要調配相關的機械設備，這些問題每一個都會影響施工的工期。所以在此隧道的施工過程中，會采用下面幾點措施來解決后部工序間存在的矛盾【3】。

2.5.1面對難度較大的巖石的爆破，可以利用小斷面中孔大直徑直眼分段掏槽爆破技術來解決，炮孔的利用率可以高達93%，甚至更高。

2.5.2在高壓富水區域,通過減壓分流，分次爆破的方式進行施工。在保證施工安全的前提下，保證施工進度

2.5.3使用進口設備與國產設備相結的設備配套模式,解決了隧道的快速施工。

3 結束語

綜上所述，在進行高壓富水地層超深埋特長隧道施工的過程中，通過對施工中碰到的問題進行分析與解決，提高了施工技術水平，還保證了隧道的質量希望通過本文的分析，對高壓富水地層超深埋特長隧道施工技術提供一定的參考。

[1]李錚,汪波,何川,王均勇,程天健. 城市淺埋隧道穿越飽和砂土復合地層時適宜的施工工法[J]. 中國鐵道科學,2015,01:75-82.

[2]馬建,孫守增,趙文義,王磊,馬勇,劉輝,張偉偉,陳紅燕,陳磊,魏雅雯,葉飛. 中國隧道工程學術研究綜述·2015[J]. 中國公路學報,2015,05:1-65.

[3]常志軍. 廣昆鐵路秀寧隧道不良地質段綜合施工技術[J]. 鐵道建筑技術,2014,10:44-47+121.