高速公路富水泥岩段隧道施工方法研究

邱能登

（中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司 湖北武汉 430014）

在高速公路隧道工程中普遍存在富水和炭质泥岩等不稳定性因素，围岩开挖与扰动后，极易使隧洞发生变形、塌方等事故。如何保证施工的安全和质量意识是高速公路隧道施工的关键。因此，分析富水泥岩段隧道的施工方法，了解施工控制技术，具有非常重要的现实意义。

1 高速公路富水泥岩隧道工程特点

隧道工程一般是在水下、地下或者山体中，富水泥岩隧道施工和其他施工工程相比而言，对大多数的隧道口设计要求更加严苛，且其特性是高水压，所以，施工过程中就必须考虑渗透性以及侵害性。泥岩含有丰富的粘土矿物，会使这一岩类的强度大部分变低，它是一种很容易崩解软弱和膨胀的沉积岩，泥岩的流变性与遇水膨胀是其主要的地质特性，这是由于泥岩自身的强度较低，又富含水，造成其出现流变性[1]。在实际施工过程中，极易受地质影响而产生突水等问题，尤其是在富水区域，施工很容易发生涌水、涌泥现象，进而使高速公路富水泥岩隧道施工进度严重受阻。

2 高速公路富水泥岩隧道施工质量控制方法

2.1 隧道开挖施工方法

为大大减少高速公路富水泥岩隧道施工中对围岩的扰动，控制好变形，在富水区，上部弧形导坑可通过人工风镐开挖施工方法，如有必要也可辅之弱爆破。因洞径较小，可采用小型的农用三轮车进行运输作业。施工过程中，根据高速公路隧洞的实际地质情况，判断其围岩自稳性，并及时采取有效开挖支护方法。具体支护方法如下：①钢支撑支护方法，可采用钢筋格栅拱架或者工字钢，并根据施工进度和供应情况有选择性地进行施工。钢支撑在施工现场进行弯制与焊接，并进行分节安装，其间距通常在50～80cm范围内，可根据施工现场的实际情况予以适当调整，安装钢支撑后应同步进行锁脚锚杆施工，施工深度一般为0.8～1.5m之间，并将锁脚锚杆和钢支撑进行焊接固定，然后再进行全断面的开挖施工。②插板支护施工方法，对富水泥岩段隧道施工来说，采用插板施工能有效保证围岩的稳定性，避免发生坍塌事故，插板是厚度为2～3cm的硬杂木板，在安装并固定好钢支撑后，可将成型的木板通过人工方式插入围岩和钢支撑的结合面之间，同时用木楔或片石将其楔紧，使其能牢牢固定。

2.2 地下水和施工用水的综合治理方法

在富水泥岩隧道施工过程中，可通过超前管棚或者小导管进行注浆，将岩石的裂隙进行堵塞，从而形成一种止水帷幕，将起到隔绝地层的作用，能有效减小地下水的渗流。同时在开挖后应马上喷混凝土，将洞壁与掌子面进行封闭，从而将施工隧洞的透水层向膨胀性围岩的通路进行封闭，进而防止泥岩和空气中水分进行接触[2]。施喷时，应保证喷头和受喷面是处于垂直状态，其距离要保持在1m左右，完成喷射后，可采用锤敲击对混凝土和岩面的粘接情况进行检查，如果出现脱壳或空鼓等情况，及时凿除，将其清理干净后重新喷混凝土。混凝土的喷射应分层进行，先从墙角处开始，向上进行喷射，每层厚度约在5～10cm左右。另外，加强防排水施工。在掌子面附近通过设置钢板集水池，将掌子面渗流水以及施工用水引入集水池，再利用抽水机将这些水排除洞外。同时安排专人负责掌子面和初期支护后的滴水、渗水集中在集水池内，并及时将其排除洞外。

2.3 仰拱和二次衬砌施工方法

富水泥岩段隧道施工在仰拱封闭前，由于围岩收敛变形大，速度较快，难以稳定，在进行仰拱封闭成环之后，其变形很快就趋向稳定。由此可见，仰拱施工是富水泥岩段浅埋软岩段隧道施工的关键。在仰拱开挖时，为不影响前面掘进和支护，在掌子面钻孔时进行开挖作业，通过振动锤和挖掘机进行跳槽开挖，可每3～4m为一组，再上铺约1m左右宽的2道行车钢便桥，保证正常通车，并严格控制开挖的标高和掘进尺，防止出现超欠挖情况。最后，将底部虚渣清理干净，排干积水，再立模灌注仰拱混凝土，并严格按照设计要求做好相应的防水措施。二次衬砌施工是在围岩与初期支护变形基本稳定之后方可进行，也就是说，当拱顶相对下沉速度＜0.15mm/d，拱脚的水平相对净空变化速度＜0.2mm/d，就可进行二次衬砌施工。二次衬砌施工可采用整体式钢模板台车进行，每次施工长度一般为12m，而混凝土可采用拌合站进行集中搅拌。通过合理的施工方法，为隧洞围岩提供有力支撑，从而使变形减缓，甚至使其处于稳定状态。

3 富水泥岩施工技术控制方法

3.1 涌水施工处理技术

对施工中出现的涌水问题，可通过加强地质预报和预防来解决这一问题。通过液压钻孔台车和地质预报相结合进行综合的分析判断。利用超前探明前方的水文以及地质情况。也可通过注浆堵水方法解决涌水问题，在掌子面中部间钻孔，形成纵向平行排列的探水孔，钻孔的深度≥30m，当施工区域的涌水量＞5m3/h时，应及时进行注浆堵水。注浆采用水泥浆，如有必要也可使用双液浆，注浆的实际配比应根据施工现场的实际情况进行确定。注浆开孔的直径需≥140mm，注浆的终孔直径≥120mm，钻注浆孔前，需利用混凝土在掌子面进行全断面封堵。注浆钻孔和注浆作业的顺序一般为：先外圈再内圈，同一圈孔需间隔进行施工，如果钻孔达到设计位置，然后可采用后退式注浆，最后再安装孔口管进行补注浆操作。

3.2 施工监控量测技术

在富水泥岩段隧道施工全过程中，应采用施工监控量测技术，利用有效的技术手段来获取准确可靠的变形数据，从而正确判断初期支护安全状态，一旦发现问题，可及时进行设计参数修正。同时还可为隧道施工的二次衬砌支护的合理时间提供参考依据，并对一些险情进行预测，以便及时调整支护参数，确保施工的质量和安全，控制施工成本。通过信息化监测管理平台，针对隧道洞口、破碎带、围岩段等极可能发生变形或大变形的地段，进行监测。具体措施如下：①加强和超前地质预报的信息传递和共享，重点关注隧道工程施工段岩层的产状和地下水的分布情况，并根据监测数据信息，分析隧道的稳定性，同时密切关注掌子面的水对泥岩的软化作用，避免发生大变形；②将必测内容和选测内容相结合，做到有的放矢，并加强断面的监测频率，以便及时分析和处理收集到的相关数据，了解围岩的变化情况，同时，建立分级预警机制，一旦发现异常，及时预警，及时反馈，及时解决，实现动态管理，保证隧道工程施工顺利进行；③穿越施工时，对可能会引发大变形的区域，可适当加密必测内容，以全面、有效掌握围岩的变形情况，以科学地、合理地预留出变形量。通过科学化、信息化的技术手段，进行信息化施工，更加准确的预防事故的发生，有效保证隧道施工的质量和安全。

4 结束语

综上所述，在高速公路富水泥岩段隧道的施工过程中，很容易出现涌水突泥情况，所以，为有效控制隧道变形，确保围岩处于稳定的状态，需通过隧道开挖施工方法、地下水和施工用水的综合治理方法、仰拱和二次衬砌施工方法等施工方法，同时通过涌水施工处理技术和施工监控量测技术，及时、准确了解围岩的变形情况，制定出对富水泥岩段隧道施工更加安全、合理和科学的施工方法，保证施工能顺利、高效、高质量完成。

[1]周超月.富水岩溶地层大断面公路隧道开挖稳定性及失稳特征研究[D].成都：西南交通大学，2016.

[2]任文峰.高水压隧道应力场——位移场——渗流场耦合理论及注浆防水研究[D].长沙：中南大学，2013.