富水隧道帶水作業規范化施工技術

翟建國 ZHAI Jian-guo

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原030024）

0 引言

隨著交通行業的迅速發展，山區隧道建設規模逐漸增大，以滿足選線的經濟合理性，而山體內分布的斷裂構造，尤其是部分隧址區處于區域性斷裂帶內，勢必造成山體斷裂構造發育，節理裂隙發育，給隧道施工帶來了極大的困難和風險[1]，諸多工序將面臨在富水的惡劣環境下進行施工，除涌突水達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，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至1306m時出現涌水；2019年4月27日隧道出口端右線掘進至1521m時出現涌水。右線涌水掌子面處于隧道反坡段，導致隧道內的滲水、涌水在重力作用下會順坡往掌子面匯集。隧道在涌水初期，采取傳統施工方式進行施工，施工效率低，能耗高，月平均進尺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峻考驗及高風險作業，在鴻圖特長隧道長距離富水段落施工中，結合長距離（2.0km）反坡排水，提出富水隧道規范化帶水作業施工技術，降低了施工安全風險，并成功應用于隧道施工。

2 施工技術

2.1 技術原理

在超前帷幕注漿范圍以外，通過規范爆破鉆孔、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，充分規避帶水作業安全風險，最大程度提高施工功效，降低能耗，保證隧道施工安全、質量及進度，同時最大限度地保護了隧址區山體的生態環境及水系[5]。

2.2 施工工藝流程及操作要點

結合超前地質預報結果，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，采取帶水作業方式進行隧道的開挖及支護作業。

2.2.1 施工準備

①收集帶水作業中裂隙水分布范圍、出水形式、水量、水壓、圍巖應力（巖爆段）等數據，繪制地質展開圖，為后注漿做好準備。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、護目鏡、烘干機、醫療應急物資準備、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倍進行配置。⑤檢查施工用電纜線絕緣性能，照明燈具應做好防水。

2.2.2 超前地質預報

超前探孔按掌子面出水情況及預測覆蓋范圍，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1個，探孔長30～50m左右，采用φ76mm孔徑鉆機取芯，對TSP預測方法不良地質體的最后確認，可以獲得地層、巖性、節理裂隙等特征，是一種直接有效的探水方法，結論直觀、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，基本能夠涵蓋整個掌子面的出水及地質情況，同時，鉆孔耗費時間也將更長。

2.2.3 超前鉆孔泄水降壓

利用全新智能型多功能鉆機進行隧道超前鉆探，鉆孔數量不少于3個，孔深不低于40m，探明前方地質及水文情況，同時鉆孔兼做泄水孔。超前鉆孔泄水降壓如圖2所示。鉆孔應在掌子面中下部施作，根據超前預報結果及圍巖產狀，布置鉆孔位置和角度，鉆孔角度范圍呈發散型，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，需增加泄水孔數量[7]。水壓較大鉆孔，應在鉆孔孔口預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平臺，利用YT28風動鑿巖機進行鉆孔作業。因水壓大而無法鉆進的孔位，應在周邊繼續開孔，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、雨鞋及護目鏡，并穿戴整齊，防止長時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，易發生鉆機被頂出傷人事故，故工人作業時應站在鉆機側后方，并時刻保持警惕。鉆孔作業如圖4所示。

圖4 鉆孔作業

因風動鑿巖機氣腿需支撐在簡易臺車的平臺鋼筋網上，每層臺架上根據掌子面出水位置，局部設置防水板，引排至下層作業空間以外，為下層作業人員創造良好的作業環境。

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

圖5 涌水段單側壁導坑法施工

②裝藥。

因鉆孔孔徑小，裝入炸藥后，孔內過水斷面減小，孔內裂隙水壓力增大，裝藥時炸藥易被沖出孔外。為保證炸藥在孔內位置穩定，將炸藥用防水膠帶綁扎在鋼筋上，同導爆索或雷管送入孔內，并在孔口處用木楔等將鋼筋固定。除周邊眼外，炸藥應盡量避免切割，以保證孔內過水間隙，周邊眼炸藥切割后，應用防水膠帶將小節炸藥切割端頭纏繞封閉后綁扎在鋼筋上。

③爆破。

因孔內水壓力大，炸藥隨時都有可能被沖出孔外而造成單孔失效，從而影響整個爆破網絡起爆及爆破效果。裝藥及分區連線期間，由專職安全員安排人員撤離及警戒事項，完成連線后，應立即撤離掌子面，同時關閉通風風機及近距離水泵，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、裝載機、出渣車等多機械作業，出渣過程中因水位上漲淹沒出渣車排氣管而無法連續出渣，為保證爆破～出渣過程中的抽水不間斷，出渣過程中，需多次向前移動水泵進行不間斷抽水，以滿足出渣要求。為縮短出渣期間抽水時間，臨時集水坑中水泵的抽水鋼管應根據掌子面進度向前安裝，保證固定在邊墻上的鋼質排水管端頭距掌子面距離約30m。臨時集水坑與泵站如圖6所示。

圖6 臨時集水坑與固定泵站

掌子面后方應根據涌水情況，施作相應尺寸的臨時集水坑，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

①接地處理。爆破開挖后，掌子面及整圈環向開挖面均裸露，裂隙水大量呈點滴～線流狀～股狀向下滿布工作空間，開挖臺車因淋水而易導電，開挖臺車就位后，應設置至少兩處接地，以保證淋水狀態下電焊作業施工安全。

②鋼拱架安裝。在鋼拱架背后分片鋪設防水板或土工布，并用扎絲固定牢固，工人在防水板下進行安裝縱向連接筋、鋪設鋼筋網、鉆孔、安裝錨桿等作業，保證作業安全。噴射混凝土前，在防水板與鋼拱架間用高強砂漿墊塊隔離。鋼筋網按雙層布設，內層焊接于鋼架內側，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

為創造良好的施工環境，鋼拱架安裝后，應于圍巖表面打孔、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預留注漿管。

鋼拱架安裝完成后，應根據圍巖破碎及超挖情況，預留φ100mmPVC注漿管，注漿管穿過防水板，避免初期支護背后出現空洞及噴射混凝土與圍巖不密貼的情況出現。

④噴射混凝土。因淋水狀態下，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時間，降低施工風險。初期支護完成后，通過注漿管泵送同標號混凝土填充初支背后空洞，按10m分段落進行泵送混凝土處理，填補初支背后空洞，保證結構安全。

2.2.6 仰拱（整平層）

整平層清底完成后，對節理裂隙走向及寬度、出水點及出水形式進行記錄，按每5m一個斷面編制地質編錄展示圖，以指導初期支護完成后的后注漿施工。為保證仰拱（整平層）的施工質量，富水段落的仰拱施工根據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]。富水路段應加密縱、橫向排水管（盲溝）設置，強化隧道排水體系。整平層混凝土澆筑前，對集中出水位置，設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量。仰拱（整平層）混凝土澆筑完成后，應立即用彩條布等材料覆蓋混凝土表面，避免初期支護表面點滴～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，統計出水部位，混凝土施工完成后，對底板出水點范圍進行后注漿處理。

2.2.7 后注漿

設計反坡抽排水段落，應貫徹“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，保證運營期間結構安全，根據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，施作初期支護后，如出現大面積淋水或嚴重滲漏水現象，采用全斷面注漿止水；在隧道施工過程中，施作初期支護后，如出現局部大量涌水或嚴重滲漏水時，采用局部注漿止水[9]。注漿之前，應進行現場注漿試驗，根據圍巖情況確定注漿實際參數。后注漿參數：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%計列[10]。注漿順序不宜采用單向推進壓注方式，應按跳孔間隔注漿方式進行。宜從水頭高的一端開始注漿。單孔注漿結束標準：注漿壓力達到設計終壓并繼續注漿10min以上，或單孔注漿量與設計注漿量大致相同，且進漿速度小于20L/min，可以結束本孔注漿。注漿效果檢查：一個注漿段的注漿孔全部注完后，鉆檢查孔對注漿效果進行檢驗，檢查孔數量不少于總孔數的5%且不小于3個，并取巖芯觀察填充情況，同時檢查孔內涌水量不大于5L/min，否則應加密鉆孔注漿，補充注漿[11]。根據已經繪制的地質編錄展示圖，富水段落按照圍巖裂隙及斷裂走向進行后注漿加寬處理，裂隙或斷裂走向兩側根據裂隙水發育情況各加寬3～5m，并對注漿后仍存在的出水點繼續進行后注漿處理，最終達到只存在點滴狀裂隙水的目的。拱部后注漿施工按自兩側向中部、自下而上的順序進行，注漿采用由易到難、由周邊向集中出水點逐步壓縮的方式進行，最終達到只存在點滴狀裂隙水的目的。考慮行車因素，底板后注漿按半幅實施，半幅采取跳孔鉆孔形式，孔深5m，間距3×3m，梅花針布置，即先實施一半孔數進行鉆孔，鉆孔完成后進行后注漿施工，再實施另一半孔數后注漿。半幅后注漿實施完成后，再實施另半幅底板后注漿施工。已完成初期支護及整平層施工的段落，在防水板掛設前，對初期支護及底板分段進行后注漿處理，因裂隙水力聯系暢通，對應段落的初期支護和底板后注漿宜同時進行，防止裂隙水被擠壓至拱圈，影響二襯結構安全。

3 結束語

鴻圖特長隧道雙線采用本技術后，月平均進尺達到83m，工程質量滿足要求，施工進度得到了提高，工人身體健康得到了保障，反坡抽排水費用大大減少，降低了工程造價。通過與傳統施工工藝對比，技術措施合理有效，能夠有效地解決隧道富水段施工難題，山體地表生態環境得到了有效保護，并保證工程質量和施工安全[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準、裂隙水出水面積范圍大、出水點分散的富水隧道施工。通過規范化施工工藝，規避了帶水施工中的安全風險；通過后注漿工藝，封閉了初期支護背后節理裂隙，保證了二襯結構受力穩定；最大限度的保護了隧址區生態環境。