莲花山1号隧道富水全强风化花岗岩地段施工技术探讨

燕全会

(广东省长大公路工程有限公司第三分公司， 广州　511431)



莲花山1号隧道富水全强风化花岗岩地段施工技术探讨

燕全会

(广东省长大公路工程有限公司第三分公司， 广州511431)

摘要：莲花山1号隧道进口段485 m为富水全强风化花岗岩地层，采用双侧壁导坑法开挖。施工过程中，通过采用合理的分部开挖、加强超前支护、洞内引排水及洞外井点降水，有效降低了全强风化花岗岩遇水崩塌的危险性，保证了施工安全与进度。介绍莲花山1号隧道在富水全强风化花岗岩地层中的施工技术，总结大断面隧道在此类地质条件下的施工方法，为同类工程施工提供参考。

关键词：莲花山1号隧道；富水地段；全强风化花岗岩；双侧壁导坑法

随着高速公路网的不断完善，高速公路建设不断向山区及丘陵地区延伸。因地区发展及通车量的需要，越来越多的隧道会穿越一些地质条件极为复杂的地段。因此，隧道施工过程中如何选择合理的施工方法，安全、快速地通过地质不良地段，关系到隧道的施工进度、质量与成本。

在建潮惠高速公路全线多座隧道穿越全强风化花岗岩地层。施工开挖揭示，该类围岩虽然结构上仍然保持其原岩结构的外观特征，但其受开挖扰动后呈砂状，稳定性差，且遇水后软化，承载力下降较大，随水流失，具有软化性和崩解性[1-2]。软化作用使得围岩的物理力学性能降低，掌子面易发生泥塑状流出，遇水后土体发生结构性分散，容易发生大变形[3]。所以，处于富水全强风化花岗岩地层的隧道自稳性很差，隧道开挖时掌子面极易滑塌、坍塌。隧道埋深较浅时，常伴随隧道开挖产生地表纵向及环向裂缝。处于该类地层中的隧道，如果施工方法选择及过程控制不当，极易出现变形无法控制情况，从而导致施工安全、质量和进度无法保障[4]。本文以潮惠高速公路全线多座隧道中具有代表性的莲花山1号隧道为例，对富水全强风化围岩大断面隧道的施工方法进行总结，以期对同类工程施工提供参考。

1工程概况

莲花山1号隧道作为潮惠高速公路控制性工程，按照双向6车道，左、右线分离布设。隧道左线里程ZK187+590～ZK192+780，长5 190 m；隧道右线里程YK187+590～ZK192+815，长5 225 m。隧道建筑界限净宽14.5 m，限高5 m，设计开挖断面129.7～169.2 m2。

隧址区属于中低山地貌，地形起伏较大，地表水较为发育，且地表水体为位于狭窄沟谷内的溪流，多属季节性溪流。该区域内冲沟发育，汇水面积大，水位及流量受季节控制明显。

进口端K187+590～K188+075为V级围岩区段，围岩主要由全强风化花岗岩组成，且强风化岩岩石结构构造大部分已经破坏，节理裂隙很发育，岩体呈碎裂结构，岩质较软，岩体极破碎。该段设计为Va 型复合式衬砌，初期支护全环设置I22 a 型工字钢，钢架纵向间距0.5 m/榀，拱墙部位设置Ф25 mm中空注浆锚杆，锚杆长4.0 m，环纵向间距100 cm×50 cm；喷射混凝土采用28 cm厚C25混凝土；2次衬砌拱墙和仰拱采用C35钢筋混凝土结构，厚60 cm；超前支护采用L=4.0 m，Ф50 mm超前注浆导管，环向间距40 cm，纵向间距2.5 m。设计开挖方法为双侧壁导坑法，开挖轮廓高约11.91 m，宽约17.65 m，开挖面积169.2 m2。

2施工方法

施工中，严格按照“新奥法”原理，遵循“早预报、管超前、非爆破、短开挖、少扰动、严治水、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则[4]，采用双侧壁导坑工法施工。侧壁导坑分上、中、下台阶施工，变形较大地段加设临时仰拱进行局部封闭成环，并通过加强超前支护、采用洞外井点降水以及洞内外引排水等方式确保施工安全与进度[5]。

2.1开挖支护

2.1.1隧道开挖

1) 隧道开挖采用双侧壁导坑工法。侧壁导坑分上、中、下3台阶开挖，局部富水软弱地段上台阶或中台阶设置临时仰拱。开挖步序：施工准备→超前支护施工→左(右)侧导坑开挖→左(右)侧导坑初期支护及仰拱成环→右(左)侧导坑开挖→右(左)导坑初期支护及仰拱成环→中导坑开挖→中导坑初期支护及仰拱成环→拆除临时侧壁→开挖循环结束。双侧壁导坑开挖立面如图1所示。

图1　双侧壁导坑开挖立面

2) 采用人工配合挖掘机进行开挖施工。侧壁导坑上台阶每次开挖1～2榀，中台阶视围岩情况每次开挖2～3榀，下台阶开挖控制在每次2～3榀。

3) 为防止初期支护侵限，开挖轮廓线应适当扩大。富水地段预留变形量按20 cm设置，一般地段预留变形量按15 cm设置。

4) 施工过程中严格根据开挖面围岩情况以及监控量测数据控制开挖进尺及步距，沉降过大时，须立即封闭掌子面，并采取单工循环作业，以快速完成仰拱成环作业。

2.1.2支护参数加强措施

隧道衬砌设计采用Va型支护，现场施工在原有初期支护基础上采取了如下加强措施。

1) 锁脚锚管加强。锁脚锚管采用Ф42 mm，壁厚3.5 mm的热轧无缝钢管替代原设计Ф22 mm药卷锁脚锚杆。上台阶拱脚处打设4根(左右各2根)，每根长4 m；中台阶拱脚处打设4根(左右各2根)，每根长5 m；下台阶永久支护侧拱脚处打设2根，每根长5 m。锁脚锚杆向下倾角约30°，采用∪型钢筋将其与工字钢焊接牢固。

2) 加强超前支护。Va复合式衬砌地段超前支护采用Ф50 mm注浆小导管支护，原设计支护参数如表1所示。施工过程中，因富水段全风化花岗岩呈软塑-流塑状态，故需加长、加密原有设计，并采用侧壁导坑开挖。侧导坑开挖先行中导坑，故其侧导作为排水通道的功能得到充分体现，因此可进一步优化中导坑的支护参数。变更后的超前支护设计参数如表2所示。

表1　Va型复合式衬砌原设计超前小导管支护参数

表2　Va型复合式衬砌变更后超前小导管支护参数

采用风动凿岩机将小导管直接从型钢中部的导向孔中推送插入并填充注浆。设计注浆为水泥浆-水玻璃浆液。水泥浆水灰比1∶1，水泥浆与水玻璃体积比1∶0.5，水玻璃浓度35波美度，注浆压力0.5～1 MPa。

考虑到双浆液的注浆效果取决于水泥浆的水灰比、水玻璃模数以及水玻璃与水泥体积比[6]，因此，为保证现场注浆效果，进行超前支护注浆时视围岩渗涌水情况进行试验注浆以确定实际施工注浆参数。

1) 临时仰拱。当施工现场观察以及监控量测数据反馈洞内周边收敛以及拱顶沉降较大时，在上台阶或中台阶设置临时仰拱。临时仰拱采用I18工字钢，纵向连接钢筋为Ф22 mm螺纹钢，环向间距与主洞钢架间距相同，临时仰拱喷射厚度为20 cm。

2) 其他辅助施工措施。围岩因富水而呈软塑-流塑状态，开挖容易出现溜塌。为此，在下台阶、仰拱开挖之前打设了钢管土钉、挂钢筋网喷射混凝土、叠放砂袋反压坡脚等以确保掌子面稳定[7]。

2.2洞内引排水

开挖过程中需完善洞内临时排水系统，防止围岩渗水形成的积水侵泡拱(脚)或在施工现场漫流造成隧道基底承载力减低，影响现场施工设备效率。

洞内水以引排为主。对于线状出水，采取在初期支护背后加密埋设环向排水管的方式进行引排。对于股状流水，可插入钢管将其引出。掌子面出现较大的出水点时，可采用超前水平钻孔并安插用土工布包裹的PE管进行排水。

2.3洞外井点降水

井点降水作业主要是用于降低洞内地下水位。根据莲花山1号隧道施工现场情况，在隧道右洞K187+810~K187+830段布置了5处井点降水孔。

参数设置：降水井设置于隧道开挖轮廓外侧4 m，纵向间距5 m，单排布置。井点降水布置示意如图2所示。

图2　井点降水布置示意

降水井采用直径150 mm钢管，其钻孔深度需结合地表标高与隧道仰拱底标高确定，钻孔孔底标高控制在隧道仰拱底下10 m处。

降水管采用内径120 mm的高强度PVC管，管壁切割2 mm透水孔。降水管安装完成后，在井壁和水管间填充3～5 mm砂砾或米石反滤层。反滤层施工完成后，安装70 m高扬程自动水泵。

降水井建成后进行了抽水试验，发现通过洞外井点降水后洞内渗水明显减少，开挖以及初期支护施作后仅局部出现渗水，且水量很少。

2.4隧道监控量测与超前地质预报

莲花山1号隧道施工中加强了监控量测和超前地质预报，且根据监控量测数据以及超前地质预报结果及时调整施工方法，控制施工开挖进尺。

2.4.1监控量测

1) 地质和支护状况观察。观察并记录掌子面工程与水文地质情况，做好地质素描。观察开挖面附近初期支护状况，判断围岩稳定性和初期支护的可靠性。

2) 洞内拱顶下沉及收敛量测。施工时按分布施工设水平测线，其测点布置如图3所示。图3中，G为拱顶下沉量测点，AB、AC、BG、EG、GD、GF为周边位移收敛测线。

图3　双侧壁开挖测点布置示意

3) 浅埋地表沉降观测。V级围岩浅埋地段地表每5 m布设沉降观测点，其与洞内拱顶下沉及收敛量测点布置在同一横断面内。横向从衬砌中线处向两侧按照2～5 m间距设地表下沉检测点，每个断面设置不少于7个点。地表下沉测点布置如图4所示。

图4　浅埋地表测点布置示意

2.4.2超前地质预报

莲花山1号隧道施工时，将超前地质预报作为隧道的施工工艺纳入现场施工组织管理中。在富水全强风化花岗岩段施工过程中，充分开展了地质雷达、TSP预报以及超前水平钻孔工作，并采用地质调查与勘探相结合、物探与钻探相结合、长距离以及短距离相结合的综合预报方法来提高前方围岩预报的科学性和准确性，并利用地质预报的结论及时进行动态设计与施工[8]，确保施工安全。

3结束语

莲花山1号隧道施工过程中，通过采用合理的分部开挖、加强超前支护、洞内水引排及洞外地表降水等施工措施，有效提高了富水全强化花岗岩地段隧道施工的安全性，提高了施工进度，隧道月平均开挖进尺达到35 m/月，满足了隧道整体施工进度要求。同时，通过加强隧道监控量测以及超前地质预报工作，及时掌握了隧道围岩稳定以及初期支护变形的情况，使后续开挖“心中有数，游刃有余”，保证了后续隧道开挖施工的安全性。

参 考 文 献

[1]陈洪江.花岗岩类全风化带的工程地质性质[J].港工技术，1995(3)：61-65.

[2]赵建军，王思敬.香港全风化花岗岩的固结特性[J].河海大学学报(自然科学版)，2005，33(1)：85-88.

[3]关宝树，赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]崔红琴.超浅埋富水全风化花岗岩大断面隧道施工技术[J].铁道建筑技术，2014(3)：1-4.

[5]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[6]余朝阳.袖阀管压密注浆在浅埋隧道施工中的应用[J].采矿技术，2011(4)：74.

[7]王乐明.高速铁路隧道穿越富水全风化花岗岩地层施工方法研究[J].石家庄铁道大学学报，2013(9)：105-114.

[8]交通运输部公路局.高速公路施工标准化技术指南[S].北京：人民交通出版社，2012.

Probe into Construction Techniques for Water-rich Fully and Strongly Weathered Granite Section of No. 1 Tunnel of Lianhua Mountain

YAN Quanhui

Abstract:Inlet section at a length of 485m of No.1 Tunnel of Lianhua Mountain is water-rich fully and strongly weathered granite stratum and is excavated in two side-wall pilot tunnel method. During construction,adoption of reasonable partial excavation, reinforcement of leading support, water diversion and drainage in tunnel and well-point dewatering outside the tunnel effectively reduces the risk of collapse of fully and strongly weathered granite when encountering water and guarantees construction safety and progress. This paper introduces construction techniques for No.1 Tunnel of Lianhua Mountain in water-rich fully and strongly weathered granite stratum, and summarizes construction methods for large-crosssection tunnels under such geological condition to provide a reference for construction of similar projects.

Keywords:No.1 Tunnel in Lianhua Mountain; water-rich section; fully and strongly weathered granite; two side-wall pilot tunnel method

文章编号：1009-6477(2016)01-0105-04

中图分类号：U455.4

文献标识码：B

作者简介：燕全会(1987-)，男，山东省东营市人，硕士，工程师。

收稿日期：2015-08-21

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.023