淺談小凈距淺埋偏壓富水段隧道施工技術

張 翼

(廣西龍靖高速公路有限公司，廣西 南寧 530000)

0 引言

在公路山嶺隧道建設過程中，會遇到各種各樣的特殊地質條件，例如淺埋、偏壓、斷層、巖溶發育、涌水突泥等。對于單一的不良地質條件下的隧道施工技術措施目前已經比較成熟，但是對于存在多種不良地質的隧道施工技術報道較少，因此有必要對小凈距淺埋偏壓富水隧道施工技術進行研究，以指導以后的隧道工程建設。

1 工程概況

靖西至龍邦高速公路龍邦隧道是一座雙向四車道分離式(含小凈距)隧道，左洞全長2 895 m，起訖里程ZK29+741～ZK32+636；右洞全長2925 m，起訖里程YK29+735～YK32+660。隧道洞身埋深較深，最大埋深約225 m。隧道區屬剝蝕中低山及巖溶峰叢洼地地貌，地形起伏較大，山體連綿起伏。地表上沿隧道走向自進洞口至樁號ZK31+490(YK31+450)為灰巖分布區，多存在正、負地形；自樁號ZK31+490(YK31+450)至出洞口為硅質巖分布區，正、負地形不明顯，沖溝較發育，切割較淺，呈雞爪狀分布，植被相對較發育。

龍邦隧道出口右洞YK32+440～YK32+540段屬于Ⅴ級淺埋、偏壓富水圍巖，該段圍巖為黏土混碎石及強中風化硅質巖，其中強風化硅質巖風化較強烈。巖體極破碎，中風化硅質巖以薄層狀為主，局部呈中厚狀，屬堅硬巖，巖體較破碎，節理裂隙較發育。該段洞身右側地表為沖溝，沖溝常年有水，水量受大氣降雨影響明顯，雨季常發生洪流，隧道較沖溝最低處僅2.5 m。

2 施工方案

YK32+440～YK32+540段隧道施工難點在于洞頂距離地表沖溝最低處只有2.5 m，沖溝常年流水，水流量較大，且該沖溝無其他水系引排。如何防止沖溝水滲入隧道內是本工程難點，同時隧道埋深很淺，該段又存在偏壓，極易出現塌方和冒頂，隧道開挖施工是工程控制的重點。

針對上述情況，以及該段隧道為小凈距設計，兩洞室的間距較近，施工中會相互影響，制定了總體施工方案，較好地解決了此項難題：

(1)右洞先行，待右洞完全通過此段后再進行左洞開挖；(2)該段隧道開挖前先對地表沖溝進行永久改溝和引水，做好沖溝的防滲處理；(3)施工臨近該位置時，加強超前地質預報，并進行必要的超前水平鉆，孔數至少為3個；(4)隧道掘進嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、早封閉、勤量測”的施工原則。

2.1 地表沖溝處理

沖溝處理分兩部分進行：(1)永久改溝；(2)沖溝的防滲處理。

2.1.1 永久改溝和引水

為摸清該段隧道的埋深、地形地貌及沖溝對隧道開挖的影響，我們對該段隧道地表進行了現場勘察，并對沖溝的位置和高程進行了詳細的測量，沖溝平面圖見圖1。

圖1 沖溝平面圖

根據勘察的結果，我們采取如下改溝措施：

(1)永久改溝沿沖溝右側臺地靠山腳部位開挖基槽，基槽深度一般不超過60 cm，改溝采用30 cm厚C30現澆混凝土+C16主鋼筋(@15 cm，L=4 m)+C10縱向分布鋼筋(20@20 cm，L=溝長)，溝寬1 m，深度1 m，溝兩側翼寬50 cm。

(2)改溝完成后，在隧道小樁號YK32+450附近沖溝上游處修筑一個攔水壩，把原沖溝水流接至永久改溝內，通過臨時改溝接入原沖溝下游。其中攔水壩高2 m，采用C15混凝土澆筑。澆筑前鋪設防水板進行防水處理。永久改溝從攔水壩接出，在YK32+520處接入原沖溝下游，臨時改溝長度約100 m。改溝示意圖見圖2。

圖2 改溝示意圖

2.1.2 沖溝防滲處理

沖溝防滲處理采用防水板+C15鋼筋混凝土(最小厚度控制為10 cm，鋼筋網片采用A8@20×20 cm)，兩側高出溝底50 cm。在隧道穿過此段后可作為備用排水通道。

2.2 超前地質預報

本隧道采用新奧法施工，在不良地質條件下，超前地質預報顯得尤為重要。隧道施工臨近YK32+440～YK32+540段時，采取地質雷達及超前水平鉆的綜合預報方法來判定掌子面前方圍巖的地質狀況。超前地質預報的結果及超前水平鉆的芯樣表明，該段圍巖主要為強～中風化硅質巖，巖體破碎，裂隙發育，與設計基本相符。掌子面滲水量較前期預報有所增大，受地表沖溝及淺埋地形影響，雨季掘進時隧道的涌水量會大大增加。由于巖體有偏壓現象，隧道掘進時易剝落掉塊、局部塌方，開挖方式不當或支護不及時易出現大的塌方或冒頂。

2.3 洞身開挖

根據工期要求、地質條件，為確保施工安全，在綜合比較各開挖方法的優缺點后，我們選擇了CD法開挖。CD法開挖步驟圖見圖3。

圖3 CD法開挖步驟圖

由于靠近沖溝一側圍巖更為薄弱，CD法開挖工序如下：

A沖溝一側導洞上臺階開挖；B沖溝一側導洞上臺階初期支護及側壁臨時支護；C沖溝一側導洞下臺階開挖；D沖溝一側導洞下臺階初期支護及側壁臨時支護；E中夾巖柱一側主洞上臺階開挖；F中夾巖柱一側主洞上臺階初期支護；G中夾巖柱一側主洞下臺階開挖；H中夾巖柱一側主洞下臺階初期支護，拆除主洞側導洞臨時支護；I現澆仰拱襯砌。

由于該段圍巖為硬質巖，須進行爆破開挖。根據“短開挖、弱爆破”的原則，嚴格控制開挖步距及炸藥用量：每循環進尺1榀，即50 cm，開挖后及時進行支護；爆破采用弱爆破，輔以人工風鎬或挖掘機掘進，嚴格控制單眼藥量和總藥量，采用毫秒延時爆破，周邊間距控制在40 cm左右，防止對圍巖進行過大擾動，出現塌方、冒頂現象。

2.4 復合式襯砌支護

本隧道采用新奧法施工，復合式襯砌。小凈距淺埋偏壓富水段隧道復合式襯砌支護參數如表1所示。

根據該段淺埋偏壓的特點，為避免隧道在掘進過程中出現塌方、冒頂現象，調整了超前支護參數：

超前支護采用雙環小導管L=450 cm，上環和下環環向錯開布置；下環為原設計XS5-P超前導管(注漿花管)，傾斜角10°～15°，環向間距@40 cm，縱向間距@250 cm；上環與XS5-P超前導管(注漿花管)等長，傾斜角30°～40°(角度根據覆蓋層厚度調整)，環向間距@40 cm，縱向間距@250 cm；小導管管口均采用早強速凝藥卷堵塞管壁與孔壁之間的空隙形成止漿塞，漿液以及注漿參數同超前小導管設計，適當加5%的速凝劑。雙層小導管排布圖見下頁圖4。

表1 小凈距淺埋偏壓富水段隧道復合式襯砌支護設計參數表

圖4 雙層小導管排布圖

由于小凈距隧道中夾巖柱較薄弱，為增強圍巖的整體性和結構承載力，確保右洞支護穩定及左洞后續開挖安全，采用φ25自進式中空注漿錨桿對中夾巖柱進行注漿加固。為增強初期支護承載力，確保可以承受淺埋偏壓Ⅴ級圍巖的松動變形壓力，鋼拱架采用了強度和剛度更大的Ⅰ22b工字鋼。為保證淺埋偏壓富水圍巖狀態下的隧道二襯結構的受力抗裂性能，二次襯砌采用鋼筋混凝土，鋼筋主筋間距15 cm。根據隧道施工“早封閉”的原則，嚴格執行開挖一榀支護一榀，及時跟進仰拱、二次襯砌的施工。

2.5 監控量測

為掌握施工過程中所采取措施的實際效果，對龍邦隧道出口小凈距淺埋偏壓富水段進行了地表沉降(地表沉降斷面與測點平面布置示意圖見圖5)、拱頂沉降和周邊收斂的監控量測，并將監控量測納入工序管理，通過監控量測的結果來進一步指導隧道施工，以便及時調整開挖方法及支護參數。

圖5 地表沉降斷面與測點平面布置示意圖

經過2個多月的監控量測，監控量測結果顯示，地表沉降最大值為44.0 mm(見表2)，拱頂沉降最大值為9.8 mm(見表3)，周邊收斂最大值為2.2 mm(見表4)。

表2 龍邦隧道出口淺埋偏壓富水段地表沉降監測一覽表

表3 龍邦隧道淺埋偏壓段典型斷面拱頂沉降結果匯總表

表4 龍邦隧道淺埋偏壓段典型斷面水平收斂結果匯總表

從監控量測的結果來看，由于采取了以上各種有效的技術和施工措施，并且在施工中嚴格按設計及施工規范要求實施，使變形基本穩定，未出現急劇變形及塌方、冒頂現象。隧道順利通過了該小凈距淺埋偏壓富水段。目前，該段落澆筑二次襯砌已有1年多，總體無異常現象。

3 結語

(1)在淺埋、偏壓富水圍巖地段，監控量測和超前地質預報顯得尤為重要。應綜合運用超前地質預報探明掌子面前方圍巖情況，加大監控量測頻率，并根據量測數據和前方地質情況及時調整開挖進尺和開挖方法，確保施工安全。

(2)針對淺埋偏壓富水地段，地表有徑流時，應在隧道掘進前提前做好永久改溝和地表防水措施，防止地表水下滲給施工帶來不利因素，威脅隧道內人員和機械設備的安全。

(3)隧道掘進應嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、早封閉、勤量測”的施工原則，必要時及時調整相關支護參數，加強超前支護等。

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范[S].