富水隧道帶水作業(yè)規(guī)范化施工技術(shù)

翟建國 ZHAI Jian-guo

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原030024）

0 引言

隨著交通行業(yè)的迅速發(fā)展，山區(qū)隧道建設(shè)規(guī)模逐漸增大，以滿足選線的經(jīng)濟(jì)合理性，而山體內(nèi)分布的斷裂構(gòu)造，尤其是部分隧址區(qū)處于區(qū)域性斷裂帶內(nèi)，勢必造成山體斷裂構(gòu)造發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育，給隧道施工帶來了極大的困難和風(fēng)險(xiǎn)[1]，諸多工序?qū)⒚媾R在富水的惡劣環(huán)境下進(jìn)行施工，除涌突水達(dá)到一定程度而采用超前帷幕注漿措施外，其它不同程度的出水，都將采取帶水作業(yè)，施工中涉及到在水量大、面積大、水壓高等條件下的爆破鉆孔、裝藥、爆破、拱架安裝、連接筋安裝焊接、錨桿鉆孔及安裝、鋼筋網(wǎng)安裝焊接、噴射混凝土、仰拱（整平層）及后注漿等工序，施工難度極大，能耗高、功效低、進(jìn)度慢，隨著氣溫的降低，施工難度將會更大。

1 工程概況

鴻圖特長隧道全長6336m，最大埋深739.9m。2019年3月17日隧道出口端左線掘進(jìn)至1306m時(shí)出現(xiàn)涌水；2019年4月27日隧道出口端右線掘進(jìn)至1521m時(shí)出現(xiàn)涌水。右線涌水掌子面處于隧道反坡段，導(dǎo)致隧道內(nèi)的滲水、涌水在重力作用下會順坡往掌子面匯集。隧道在涌水初期，采取傳統(tǒng)施工方式進(jìn)行施工，施工效率低，能耗高，月平均進(jìn)尺21m，噴射混凝土表面不平整[2-4]。

針對多斷層富水隧道施工過程中的嚴(yán)峻考驗(yàn)及高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，在鴻圖特長隧道長距離富水段落施工中，結(jié)合長距離（2.0km）反坡排水，提出富水隧道規(guī)范化帶水作業(yè)施工技術(shù)，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，并成功應(yīng)用于隧道施工。

2 施工技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

在超前帷幕注漿范圍以外，通過規(guī)范爆破鉆孔、裝藥、爆破、拱架安裝、連接筋安裝焊接、錨桿鉆孔及安裝、鋼筋網(wǎng)安裝焊接、噴射混凝土、仰拱（整平層）及后注漿等施工工藝，充分規(guī)避帶水作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，最大程度提高施工功效，降低能耗，保證隧道施工安全、質(zhì)量及進(jìn)度，同時(shí)最大限度地保護(hù)了隧址區(qū)山體的生態(tài)環(huán)境及水系[5]。

2.2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，且超前探孔單孔出水量小于3m3/h，綜合考慮隧道掌子面、拱圈及底板出水范圍及水量，采取帶水作業(yè)方式進(jìn)行隧道的開挖及支護(hù)作業(yè)。

2.2.1 施工準(zhǔn)備

①收集帶水作業(yè)中裂隙水分布范圍、出水形式、水量、水壓、圍巖應(yīng)力（巖爆段）等數(shù)據(jù)，繪制地質(zhì)展開圖，為后注漿做好準(zhǔn)備。②做好防水板、注漿管、工字鋼、鋼筋等材料儲備。③配備皮劃艇、救生圈、雨衣（連體）、防滑鞋、藥品、護(hù)目鏡、烘干機(jī)、醫(yī)療應(yīng)急物資準(zhǔn)備、手電筒等，滿足隧道操作工人需要。④按照反坡排水方案配置抽水泵、排水管道等物資，按出水量1.2倍進(jìn)行配置。⑤檢查施工用電纜線絕緣性能，照明燈具應(yīng)做好防水。

2.2.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

超前探孔按掌子面出水情況及預(yù)測覆蓋范圍，分為1孔和3孔兩種形式。掌子面出水情況如圖1所示。

圖1 超前探孔出水情況

超前探孔（1孔）全斷面布設(shè)1個(gè)，探孔長30～50m左右，采用φ76mm孔徑鉆機(jī)取芯，對TSP預(yù)測方法不良地質(zhì)體的最后確認(rèn)，可以獲得地層、巖性、節(jié)理裂隙等特征，是一種直接有效的探水方法，結(jié)論直觀、可靠，但成本較高對施工有一定干擾[6]。

超前探孔（3孔）覆蓋范圍更大，基本能夠涵蓋整個(gè)掌子面的出水及地質(zhì)情況，同時(shí)，鉆孔耗費(fèi)時(shí)間也將更長。

2.2.3 超前鉆孔泄水降壓

利用全新智能型多功能鉆機(jī)進(jìn)行隧道超前鉆探，鉆孔數(shù)量不少于3個(gè)，孔深不低于40m，探明前方地質(zhì)及水文情況，同時(shí)鉆孔兼做泄水孔。超前鉆孔泄水降壓如圖2所示。鉆孔應(yīng)在掌子面中下部施作，根據(jù)超前預(yù)報(bào)結(jié)果及圍巖產(chǎn)狀，布置鉆孔位置和角度，鉆孔角度范圍呈發(fā)散型，從而充分穿越富水寬張裂隙，起到泄水降壓目的。若3個(gè)泄水孔完成后，泄水效果仍不能滿足開挖要求，需增加泄水孔數(shù)量[7]。水壓較大鉆孔，應(yīng)在鉆孔孔口預(yù)安裝孔口管及高壓閘閥，以備水壓、水量測試及注漿使用。高壓閘閥如圖3所示。

圖2 超前鉆孔泄水降壓施工

圖3 高壓閘閥

2.2.4 洞身開挖

①鉆孔。

超前鉆孔泄水降壓后，以簡易鉆孔臺車作為作業(yè)平臺，利用YT28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)。因水壓大而無法鉆進(jìn)的孔位，應(yīng)在周邊繼續(xù)開孔，以降低水壓，水壓降低后，鉆孔至交底孔深。工人配備安全帽、連體雨衣、雨鞋及護(hù)目鏡，并穿戴整齊，防止長時(shí)間皮膚被水浸泡而降低身體抵抗能力。因鉆孔直徑小，水壓力相對較大，易發(fā)生鉆機(jī)被頂出傷人事故，故工人作業(yè)時(shí)應(yīng)站在鉆機(jī)側(cè)后方，并時(shí)刻保持警惕。鉆孔作業(yè)如圖4所示。

圖4 鉆孔作業(yè)

因風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)氣腿需支撐在簡易臺車的平臺鋼筋網(wǎng)上，每層臺架上根據(jù)掌子面出水位置，局部設(shè)置防水板，引排至下層作業(yè)空間以外，為下層作業(yè)人員創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境。

針對單側(cè)水量較大、較難通過段落，可將開挖工法改為單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，將涌水引至涌水較少一側(cè)，先行開挖涌水側(cè)，待涌水側(cè)施工一定長度，再施工另一側(cè)，如此反復(fù)向前掘進(jìn)。單側(cè)壁導(dǎo)坑法如圖5所示。

圖5 涌水段單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

②裝藥。

因鉆孔孔徑小，裝入炸藥后，孔內(nèi)過水?dāng)嗝鏈p小，孔內(nèi)裂隙水壓力增大，裝藥時(shí)炸藥易被沖出孔外。為保證炸藥在孔內(nèi)位置穩(wěn)定，將炸藥用防水膠帶綁扎在鋼筋上，同導(dǎo)爆索或雷管送入孔內(nèi)，并在孔口處用木楔等將鋼筋固定。除周邊眼外，炸藥應(yīng)盡量避免切割，以保證孔內(nèi)過水間隙，周邊眼炸藥切割后，應(yīng)用防水膠帶將小節(jié)炸藥切割端頭纏繞封閉后綁扎在鋼筋上。

③爆破。

因孔內(nèi)水壓力大，炸藥隨時(shí)都有可能被沖出孔外而造成單孔失效，從而影響整個(gè)爆破網(wǎng)絡(luò)起爆及爆破效果。裝藥及分區(qū)連線期間，由專職安全員安排人員撤離及警戒事項(xiàng)，完成連線后，應(yīng)立即撤離掌子面，同時(shí)關(guān)閉通風(fēng)風(fēng)機(jī)及近距離水泵，由專職爆破員起爆，防止炸藥沖出而帶來的安全隱患。

④出渣（反坡）。

因掌子面爆破拋渣距離約為60m，反坡排水段落，出渣過程中，渣堆覆蓋底板且掌子面挖掘機(jī)、裝載機(jī)、出渣車等多機(jī)械作業(yè)，出渣過程中因水位上漲淹沒出渣車排氣管而無法連續(xù)出渣，為保證爆破～出渣過程中的抽水不間斷，出渣過程中，需多次向前移動(dòng)水泵進(jìn)行不間斷抽水，以滿足出渣要求。為縮短出渣期間抽水時(shí)間，臨時(shí)集水坑中水泵的抽水鋼管應(yīng)根據(jù)掌子面進(jìn)度向前安裝，保證固定在邊墻上的鋼質(zhì)排水管端頭距掌子面距離約30m。臨時(shí)集水坑與泵站如圖6所示。

圖6 臨時(shí)集水坑與固定泵站

掌子面后方應(yīng)根據(jù)涌水情況，施作相應(yīng)尺寸的臨時(shí)集水坑，以攔截后方匯水，最后抽排至固定泵站，排至洞外。

2.2.5 初期支護(hù)

①接地處理。爆破開挖后，掌子面及整圈環(huán)向開挖面均裸露，裂隙水大量呈點(diǎn)滴～線流狀～股狀向下滿布工作空間，開挖臺車因淋水而易導(dǎo)電，開挖臺車就位后，應(yīng)設(shè)置至少兩處接地，以保證淋水狀態(tài)下電焊作業(yè)施工安全。

②鋼拱架安裝。在鋼拱架背后分片鋪設(shè)防水板或土工布，并用扎絲固定牢固，工人在防水板下進(jìn)行安裝縱向連接筋、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、鉆孔、安裝錨桿等作業(yè)，保證作業(yè)安全。噴射混凝土前，在防水板與鋼拱架間用高強(qiáng)砂漿墊塊隔離。鋼筋網(wǎng)按雙層布設(shè)，內(nèi)層焊接于鋼架內(nèi)側(cè)，以增加噴射混凝土附著力。鋼拱架安裝如圖7所示。

圖7 鋼拱架安裝

為創(chuàng)造良好的施工環(huán)境，鋼拱架安裝后，應(yīng)于圍巖表面打孔、安裝短鋼筋固定排水半管，將裂隙水引至拱腳。對于股狀集中出水，可通過安裝排水鋼管直接引至臨時(shí)集水坑。股狀集中出水處理如圖8所示。

圖8 股狀集中出水處理

③預(yù)留注漿管。

鋼拱架安裝完成后，應(yīng)根據(jù)圍巖破碎及超挖情況，預(yù)留φ100mmPVC注漿管，注漿管穿過防水板，避免初期支護(hù)背后出現(xiàn)空洞及噴射混凝土與圍巖不密貼的情況出現(xiàn)。

④噴射混凝土。因淋水狀態(tài)下，噴射混凝土極難附著于巖面，且淋水～股狀出水范圍無法附著混凝土。利用鋼拱架背后防水板噴射混凝土，形成受力拱圈，可最大限度減少噴射混凝土工程量，并縮短噴射混凝土作業(yè)時(shí)間，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。初期支護(hù)完成后，通過注漿管泵送同標(biāo)號混凝土填充初支背后空洞，按10m分段落進(jìn)行泵送混凝土處理，填補(bǔ)初支背后空洞，保證結(jié)構(gòu)安全。

2.2.6 仰拱（整平層）

整平層清底完成后，對節(jié)理裂隙走向及寬度、出水點(diǎn)及出水形式進(jìn)行記錄，按每5m一個(gè)斷面編制地質(zhì)編錄展示圖，以指導(dǎo)初期支護(hù)完成后的后注漿施工。為保證仰拱（整平層）的施工質(zhì)量，富水段落的仰拱施工根據(jù)涌水量大小采用截流排放的方法，阻斷仰拱兩端水流流向仰拱，盡可能減少出水對仰拱施工的影響[8]。富水路段應(yīng)加密縱、橫向排水管（盲溝）設(shè)置，強(qiáng)化隧道排水體系。整平層混凝土澆筑前，對集中出水位置，設(shè)置橫向排水管將集中出水引排至邊溝，以保證混凝土施工質(zhì)量。仰拱（整平層）混凝土澆筑完成后，應(yīng)立即用彩條布等材料覆蓋混凝土表面，避免初期支護(hù)表面點(diǎn)滴～線流狀～股狀水沖刷破壞混凝土。整平層開挖完成后，清理虛渣，統(tǒng)計(jì)出水部位，混凝土施工完成后，對底板出水點(diǎn)范圍進(jìn)行后注漿處理。

2.2.7 后注漿

設(shè)計(jì)反坡抽排水段落，應(yīng)貫徹“以堵為主、限量排放”的原則。為減小隧道施工期間的排水壓力，保證運(yùn)營期間結(jié)構(gòu)安全，根據(jù)不同涌水形式采取不通的封堵方式。為了盡量減少地下水資源的流失，采用限量排放的原則。在隧道施工過程中，施作初期支護(hù)后，如出現(xiàn)大面積淋水或嚴(yán)重滲漏水現(xiàn)象，采用全斷面注漿止水；在隧道施工過程中，施作初期支護(hù)后，如出現(xiàn)局部大量涌水或嚴(yán)重滲漏水時(shí)，采用局部注漿止水[9]。注漿之前，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，根據(jù)圍巖情況確定注漿實(shí)際參數(shù)。后注漿參數(shù)：采用水泥、水玻璃雙液注漿，終壓可采用靜水壓力的1.5倍，且不低于2MPa。水泥漿水灰比1∶1，水玻璃模數(shù)為2.6，濃度為35Be'，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.3，緩凝劑摻量按水泥用量2%計(jì)列[10]。注漿順序不宜采用單向推進(jìn)壓注方式，應(yīng)按跳孔間隔注漿方式進(jìn)行。宜從水頭高的一端開始注漿。單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min以上，或單孔注漿量與設(shè)計(jì)注漿量大致相同，且進(jìn)漿速度小于20L/min，可以結(jié)束本孔注漿。注漿效果檢查：一個(gè)注漿段的注漿孔全部注完后，鉆檢查孔對注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查孔數(shù)量不少于總孔數(shù)的5%且不小于3個(gè)，并取巖芯觀察填充情況，同時(shí)檢查孔內(nèi)涌水量不大于5L/min，否則應(yīng)加密鉆孔注漿，補(bǔ)充注漿[11]。根據(jù)已經(jīng)繪制的地質(zhì)編錄展示圖，富水段落按照圍巖裂隙及斷裂走向進(jìn)行后注漿加寬處理，裂隙或斷裂走向兩側(cè)根據(jù)裂隙水發(fā)育情況各加寬3～5m，并對注漿后仍存在的出水點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行后注漿處理，最終達(dá)到只存在點(diǎn)滴狀裂隙水的目的。拱部后注漿施工按自兩側(cè)向中部、自下而上的順序進(jìn)行，注漿采用由易到難、由周邊向集中出水點(diǎn)逐步壓縮的方式進(jìn)行，最終達(dá)到只存在點(diǎn)滴狀裂隙水的目的。考慮行車因素，底板后注漿按半幅實(shí)施，半幅采取跳孔鉆孔形式，孔深5m，間距3×3m，梅花針布置，即先實(shí)施一半孔數(shù)進(jìn)行鉆孔，鉆孔完成后進(jìn)行后注漿施工，再實(shí)施另一半孔數(shù)后注漿。半幅后注漿實(shí)施完成后，再實(shí)施另半幅底板后注漿施工。已完成初期支護(hù)及整平層施工的段落，在防水板掛設(shè)前，對初期支護(hù)及底板分段進(jìn)行后注漿處理，因裂隙水力聯(lián)系暢通，對應(yīng)段落的初期支護(hù)和底板后注漿宜同時(shí)進(jìn)行，防止裂隙水被擠壓至拱圈，影響二襯結(jié)構(gòu)安全。

3 結(jié)束語

鴻圖特長隧道雙線采用本技術(shù)后，月平均進(jìn)尺達(dá)到83m，工程質(zhì)量滿足要求，施工進(jìn)度得到了提高，工人身體健康得到了保障，反坡抽排水費(fèi)用大大減少，降低了工程造價(jià)。通過與傳統(tǒng)施工工藝對比，技術(shù)措施合理有效，能夠有效地解決隧道富水段施工難題，山體地表生態(tài)環(huán)境得到了有效保護(hù)，并保證工程質(zhì)量和施工安全[12]。該工藝適用于隧道出水水壓及水量不滿足超前帷幕注漿標(biāo)準(zhǔn)、裂隙水出水面積范圍大、出水點(diǎn)分散的富水隧道施工。通過規(guī)范化施工工藝，規(guī)避了帶水施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)；通過后注漿工藝，封閉了初期支護(hù)背后節(jié)理裂隙，保證了二襯結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定；最大限度的保護(hù)了隧址區(qū)生態(tài)環(huán)境。