浅谈不良地质隧道富水浅埋地段施工处理方法

2016-08-12中铁二十五局集团第三工程有限公司湖南长沙410001

低碳世界 2016年17期

关键词：水玻璃富水间距

谭　剑（中铁二十五局集团第三工程有限公司，湖南长沙 410001）

谭剑（中铁二十五局集团第三工程有限公司，湖南长沙 410001）

隧道工程一直处于是高风险、高建设成本的状况，无论是铁路隧道还是公路隧道或者是水利隧道，隧道的大部分风险源主要都来源于不良地质和地下水。现结合衡茶吉铁路鹅岭隧道施工现场实际情况，对不良地质隧道富水浅埋段的施工处理方法进行介绍。

不良地质；隧道；富水浅埋；施工方法

1　工程概况

衡茶吉铁路鹅岭隧道位于江西省境内罗霄山脉山区，是江西省内第一长大隧道，起讫里程为DK6+625～DK17+070，长度为10445m，全隧道设置两座斜井辅助施工。隧道地区位于韩江褶皱断裂带内，它由一个近南北走向，呈一条东西宽阔，南北狭窄，地质复杂。隧道进口端位于拿山断陷盆地的西缘，散布有丘陵及溶蚀谷地；出口端为构造剥蚀花岗岩丘陵地貌，水系发育，两端均存在较大的进出洞风险。隧道洞身穿越鹅岭山区，其中共穿越1处褶皱带（鹅岭向斜）、8处断裂带（F1～F8），及240m的浅埋地段，岩体节理裂隙发育，地下水丰富，施工风险较大。

DK7+280～DK7+520段为该隧道设计浅埋段，长度为240m，为富水浅埋区。该段埋深为0～120m，DK7+400处为该隧道埋深最浅处，埋深仅为14m。该段地下水水位深度为3～6m，属孔隙潜水；地表河流常年流水，丰水期水量约为70m3/s，枯水期水量约为30m3/s，隧道上方DK7+300有一处河流（拿山河）通过，地下水及地表水丰富。

2　富水浅埋段施工方案

考虑到富水浅埋段存在地表水、地下水，且地质情况较差，先采用井点降水对隧道范围内地下水进行抽排，采用河道铺砌对既有地表水系进行防堵；洞内则加强支护类型，并在隧道四周施做径向帷幕注浆，进一步实施洞内堵水；配合施工过程中的监控量测，确保施工安全。具体见“富水浅埋段施工工艺流程图”。

图1　富水浅埋段施工平面图

3　井点降水

井点降水范围为隧道线路DK7+280～+520范围，长度240m，采用深井管井降水，沿隧道两侧共布置31个井位，降水井施工设备采用冲击钻进行钻孔，成孔直径65cm，深度32～36m。具体施工工序为：降水井场地布置（降水井位置测量定位）→排水沟、泥浆池布置→降水施工试验→降水井钻孔施工→井管安装→抽水→使用完毕、回收钢管、回填孔眼

降水管采用集中加工，按照6m/段分节。井管结构要求：井管采用325×7.5mm热轧无缝钢管，并将井管下端600cm长度范围进行轴条形成虑水钢管。滤水管在钢管上分三段进行轴条，管外缠80目尼龙布，纵向间距1m用12号铁丝缠牢。滤水管最后1m内填充碎石，作为过滤段。滤水管末端焊5号角钢，底端用φ8圆钢焊成2cm×2cm网片，圆钢与角钢焊接。

井管采用钻机吊装就位，井口焊接。在井内填筑碎石砂子。降水管就位后采用粘土对将水管周边井口进行封堵。将水管口加盖，避免杂物等进入管内。

4　地表河道防渗铺砌

4.1河道改移

河道铺砌前先开挖一条临时渠道将河流改道，上游采用编织袋装土筑坝拦截，确保施工范围内的河道无水流通过。河道铺砌施工应避开阴雨天及因雨导致上游来水较大的时间。河道防渗段处理长度为隧道中线向河道上、下游各200m范围。

4.2河道清理

河道铺砌前对河床进行处理，采用挖掘机对河道防渗段河床内的大、中型卵石进行挖除，同时对河道进行平整。如遇到较大块无法挖除的大块石头或河床不规则，铺设防水板困难，采用装入土石的编织袋码砌河槽。保证河床地面平整，流水纵坡平顺，避免带有尖锐角的石块扎破防水板。挖除的大块石头应堆积在河床两岸河滩，不得乱弃，避免损坏农田。

4.3河道铺砌

采用厚度为1.5mm的EVA复合式防水板铺砌河床。防水板连接采用隧道防水板焊接方式进行，焊缝搭接不小于15cm，采用爬焊机焊接，焊缝两道。防水板焊接在铺设现场进行，搭接为上游防水板压下游防水板。

为避免因水流冲刷及洪水中夹杂的石块对防水板造成损坏，设防渗段范围防水板上采用装有土石的编织袋进行铺砌，铺砌厚度30cm。在防渗段与非防渗段接头处防水板需埋入河床下不小于1m，并用装入砂石的编织袋压实。

5　洞内支护

5.1开挖方法

开挖采用三台阶留核心土环形开挖法施工。台阶长度控制在3～5m，中、下台阶开挖时左右侧交错开挖。仰拱一次开挖长度控制在3～5m。由于进入浅埋段隧道埋深较小，为确保隧道施工安全，该段开挖尽量减轻对围岩的扰动，主要采用机械进行开挖，局部岩层相对硬度、完整性较高的围岩采用挖掘机开挖较为困难的，再进行爆破处理。爆破炮眼布置严格按照多布眼、少装药的原则，以降低围岩扰动程度，充分发挥围岩的自稳性，确保隧道施工安全。

5.2支护措施

（1）采取双层超前小导管进行预支护，超前小导管采用φ42无缝钢管制作，长3.5m，壁厚3.5mm。在前部钻注浆孔孔径8mm，孔间距15cm，梅花型布置，前端加工成20cm的锥形，尾部长度不小于30cm，作为止浆段。采用拱部设置双层小导管，外插角分别为10°和30°，并注水泥-水玻璃双液浆进行围岩预加固。双液浆采用25Be的水玻璃，水泥浆液：水玻璃浆液（体积比）=1：0.4，注浆压力控制在1～2MPa。经过试验该双液浆配合比凝胶时间较短，早期强度适中，能满足围岩加固要求，可在地下水丰富时采用。

（2）隧道全断面设置I18型钢钢架，钢架间距为0.6m/榀，并纵向每2榀钢架（纵向间距1.2m）设置一道I18临时横撑。临时横撑设置于上台阶拱架拱脚处。

（3）系统锚杆采用L=3.0m砂浆锚杆，间距 1.0m根×0.8m环；钢筋网采用φ8钢筋，间距20cm×20cm；喷射混凝土采用C25喷射混凝土，厚度25cm。

（4）二次衬砌段按照“Ⅴ级围岩复合式加强衬砌断面图”相关设计参数组织施工，厚度45cm。

6　径向帷幕注浆

径向帷幕注浆施工采用风机钻开孔，孔径为52mm，注浆孔按浆液扩散半径2m布设，注浆孔按梅花型布置，每环设21孔，孔底环向间距约300cm，开孔环向间距1.6m，纵向间距2.6m。

注浆管采用φ50mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长1m，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施，防止浆液外泄。注浆加固范围为拱墙开挖轮廓线外5m，环向注浆顺序由下到上，隔孔钻进逐步加密，纵向由小里程向大里程方向进行。

注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，即25Be的水玻璃，水泥浆液：水玻璃浆液（体积比）=1：0.4，注浆压力控制在1～2MPa。

径向帷幕注浆加固施工与正洞开挖支护同步进行，其作业面距离开挖控制在20m左右，在二衬施工前完成。

7　监控量测

7.1监控量测方案（如表1）

7.2监控量测管理（如表2）

当监测数据达到管理基准值的70%时，定为警戒值，应加强监测频率。当监测数据达到或超过管理基准值时，应立即停止施工，修正支护参数后方能继续施工。

8　结论

不良地质隧道富水浅埋地段的施工，着重需要注意的是处理好防、排水工作及浅埋所导致的较差地质情况给施工带来的风险。在本工程中，洞外通过井点降水抽排地下水，河道铺砌防堵地表水，使得施工期间地下及地表水未对工程造成隐患；洞内则采取超前小导管、钢拱立架、径向帷幕注浆等措施，保障围岩稳定；施工过程中，通过监控量测工作来规避富水浅埋条件对隧道施工的危害，最终确保了隧道安全通过富水浅埋地段，取得了良好的社会经济效益。