分析高压富水地层超深埋特长隧道施工技术

禹 平

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550000)

分析高压富水地层超深埋特长隧道施工技术

禹 平

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550000)

结合隧道工程实际情况，针对穿越高压富水地层的超深埋特长隧道，在掌握隧道基本特点的基础上，提出了隧道的施工方案、施工方法和机具设备选型，并对主要施工技术进行了深入分析，内容涵盖超前地质预报、地下水处理、岩爆预防、隧道快速施工和施工安全监测，其中地下水处理和岩爆预报是研究的重点，可为其他类似隧道提供技术参考的结论。

高压富水地层；超深埋特长隧道；技术

1 施工方案、施工方法

1.1 施工方案

本工程采取先探测后掘进的整体方案，施工工艺选用钻爆法，无轨道运输。

1.2 施工方法

(1)开挖施工。开挖采用钻爆法，由三臂液压台车进行钻孔，非电微差起爆与直眼掏槽。

(2)开挖出渣。利用装载机直接装渣，由自卸车向洞外运输渣土。

(3)喷锚施工。由机械手进行混凝土喷射施工，锚杆钻孔运用液压台车，砂浆灌注采用砂浆泵。

(4)衬砌施工。由液压台车泵送混凝土，振捣器振捣；利用小块模板进行水沟混凝土施工；人工摊铺路面，振捣器振捣。

(5)地下水处理。严格遵循防堵结合与限量排放的基本原则，处理方法主要有超前预注浆和径向封堵等。

(6)岩爆预防。岩爆预防主要采用超前支护与超前应力接触等方法。

2 主要施工技术

2.1 超前地质预报

本隧道直接穿越大理岩地层，具有硬度大、富水和高压等特征，有发生岩爆与突水的危险，施工具有较大风险，应进行超前地质预报，根据预报结果编制相应的方案，以保证施工安全。

开工前探究过程中，相继使用多种物探方式进行综合对比，创建以雷达和TSP为核心，以地质分析和钻探为辅的地质预报体系，统一了长距离、中长距离和短距离地质预报，以实时跟踪预报，实现提高预报真实性的目标。

2.2 地下水处理

(1)随时封堵

结合超前预报结果的综合分析结论，在保证安全的基础上，先对地下水进行揭露，在掌子面开挖出水点一定的距离之后，立刻采取措施进行处理。

(2)超前预注浆

在高压富水条件中，其超前灌浆的工艺和材料与常规的帷幕灌浆没有太大差别，仅仅是孔口管设计与压力控制实现了创新。如果静水压力在2 MPa以内，则灌浆压力可确定为压力值的2～3倍；如果静水压力保持在2～5 MPa范围内，则可根据实际情况灵活确定灌浆压力，但最大不能超出7 MPa；如果静水压力在5 MPa以上，则灌浆压力应比静水压力高2～3 MPa。

(3)径向封堵灌浆

①局部灌浆。主要采用常规水泥砂浆，适量掺加惰性材料；灌浆压力需保持动水压2～3倍范围内；灌浆孔的深度为4.8～8.0 m。

②高压灌浆。主要采用水泥砂浆，不同段的灌浆压力不同，第一段为渗水压力2～3倍或在水压力的基础上提高1.5 MPa；以后各段取5～8 MPa。灌浆厚度根据外水压力确定。

③灌浆设备。钻孔采用电钻或地质钻，由常规灌浆泵进行灌浆。

④孔口管。孔口管由无缝地质钢管加工制成，其长度在1.0～3.0 m范围内；若灌浆孔的压力与出水量较大，则需架设长度为3～5 m的封水装置。

2.3 岩爆预防

(1)建立了联合超前钻孔、水胀式锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土等方法的岩爆预防整治体系，从本质上避免了岩爆灾害的发生。

(2)若掌子面开挖超前达到洞径的两倍，应使支护系统实现开挖同步跟进；如果岩爆具有很高的强度，则要在临时支护的基础上进行系统支护。

(3)掌子面的正前方为岩爆最严重区域，对此除了要对掌子面正前方进行加固与喷护，还要积极实行超前钻孔工艺。

2.4 富水段与岩爆段施工

(1)当喷射混凝土的水胶比保持在0.45～0.5范围内时，按照水泥量5%～10%的比例向混凝土中掺加超细沸石粉，同时对速凝剂掺量进行严格控制，当其掺量为水泥量6%-8%时，可发挥最佳喷射效果。

(2)对岩爆段而言，混凝土中的钢纤维材料掺加量应为40～60 kg/m3；则在富水段，其钢纤维材料掺加量应为0.9 kg/m3。

(3)岩爆段施工采用常规喷护工艺即可。富水段应在常规工艺的基础上联合使用引排措施，按由下至上的顺序在有较大出水量的位置开始施工。

(4)在将喷锚作为核心支护手段的富水段，充分借助锚杆和辅助排水措施，是确保支护结构免遭水压破坏的重要举措。

2.5 快速施工方法

(1)利用小断面中孔大直径直眼分段掏槽爆破技术，专门针对爆破难度较大的大理岩，提高循环进尺，其炮孔的平均利用率可达94%，效果显著。

(2)在强富水段，利用特殊装药结构与减压分流实行分次爆破开挖，既保证了安全，又加快了施工效率。

(3)在设备选型方面，充分结合了国产与进口设备，满足快速施工硬件要求。

2.6 施工安全监测

本隧道主要运用了动态设计与施工的方法，将喷锚作为核心支护手段，对高压富水地层及超深开挖岩爆等风险对应的监测技术进行深入研究，这是从根本上保证施工安全的重要前提。在工程研究过程中，采用离散单元法对数值进行模拟分析，为隧道施工中要岩爆灾害的防治提供了可靠的理论支持。

对于围岩变形，采用将收敛点作为核心的观测方法，并在此基础上合理应用了多种观测仪器。整合不同的方法对围岩变形特征进行分析，不同方法之间相互验证，有效保证了围岩分析的客观性与全面性。

3 总 结

(1)本隧道施工主要存在地下水处理、岩爆预防和快速施工等难题。

(2)根据综合分析结果，决定采用随时封堵、超前预注浆和径向封堵灌浆等措施处理地下水，避免地下水对施工造成不利影响。

(3)对于岩爆灾害，建立了联合超前钻孔、水胀式锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土等方法的岩爆预防整治体系。

(4)富水段与岩爆段根据各自的特点和要求采取不同的方式进行施工、支护。

(5)采用隧道快速施工技术在保证质量与安全的前提下，有效加快了施工效率，满足了工期要求。同时借助隧道安全跟踪监测技术，实现了隧道施工风险及围岩变形特征的全掌握，为施工控制奠定了坚实基础。

(6)本隧道顺利完工，期间未发生安全事故，结构安全与质量合格，为我国隧道施工技术发展积累了宝贵经验。

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U455.49

C

1008-3383(2017)09-0170-02

2017-06-07

禹平(1980-)，男，贵州平坝人，工程师，研究方向：公路工程施工与管理。