浅谈小净距浅埋偏压富水段隧道施工技术

张 翼

(广西龙靖高速公路有限公司，广西 南宁 530000)

0 引言

在公路山岭隧道建设过程中，会遇到各种各样的特殊地质条件，例如浅埋、偏压、断层、岩溶发育、涌水突泥等。对于单一的不良地质条件下的隧道施工技术措施目前已经比较成熟，但是对于存在多种不良地质的隧道施工技术报道较少，因此有必要对小净距浅埋偏压富水隧道施工技术进行研究，以指导以后的隧道工程建设。

1 工程概况

靖西至龙邦高速公路龙邦隧道是一座双向四车道分离式(含小净距)隧道，左洞全长2 895 m，起讫里程ZK29+741～ZK32+636；右洞全长2925 m，起讫里程YK29+735～YK32+660。隧道洞身埋深较深，最大埋深约225 m。隧道区属剥蚀中低山及岩溶峰丛洼地地貌，地形起伏较大，山体连绵起伏。地表上沿隧道走向自进洞口至桩号ZK31+490(YK31+450)为灰岩分布区，多存在正、负地形；自桩号ZK31+490(YK31+450)至出洞口为硅质岩分布区，正、负地形不明显，冲沟较发育，切割较浅，呈鸡爪状分布，植被相对较发育。

龙邦隧道出口右洞YK32+440～YK32+540段属于Ⅴ级浅埋、偏压富水围岩，该段围岩为黏土混碎石及强中风化硅质岩，其中强风化硅质岩风化较强烈。岩体极破碎，中风化硅质岩以薄层状为主，局部呈中厚状，属坚硬岩，岩体较破碎，节理裂隙较发育。该段洞身右侧地表为冲沟，冲沟常年有水，水量受大气降雨影响明显，雨季常发生洪流，隧道较冲沟最低处仅2.5 m。

2 施工方案

YK32+440～YK32+540段隧道施工难点在于洞顶距离地表冲沟最低处只有2.5 m，冲沟常年流水，水流量较大，且该冲沟无其他水系引排。如何防止冲沟水渗入隧道内是本工程难点，同时隧道埋深很浅，该段又存在偏压，极易出现塌方和冒顶，隧道开挖施工是工程控制的重点。

针对上述情况，以及该段隧道为小净距设计，两洞室的间距较近，施工中会相互影响，制定了总体施工方案，较好地解决了此项难题：

(1)右洞先行，待右洞完全通过此段后再进行左洞开挖；(2)该段隧道开挖前先对地表冲沟进行永久改沟和引水，做好冲沟的防渗处理；(3)施工临近该位置时，加强超前地质预报，并进行必要的超前水平钻，孔数至少为3个；(4)隧道掘进严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、早封闭、勤量测”的施工原则。

2.1 地表冲沟处理

冲沟处理分两部分进行：(1)永久改沟；(2)冲沟的防渗处理。

2.1.1 永久改沟和引水

为摸清该段隧道的埋深、地形地貌及冲沟对隧道开挖的影响，我们对该段隧道地表进行了现场勘察，并对冲沟的位置和高程进行了详细的测量，冲沟平面图见图1。

图1 冲沟平面图

根据勘察的结果，我们采取如下改沟措施：

(1)永久改沟沿冲沟右侧台地靠山脚部位开挖基槽，基槽深度一般不超过60 cm，改沟采用30 cm厚C30现浇混凝土+C16主钢筋(@15 cm，L=4 m)+C10纵向分布钢筋(20@20 cm，L=沟长)，沟宽1 m，深度1 m，沟两侧翼宽50 cm。

(2)改沟完成后，在隧道小桩号YK32+450附近冲沟上游处修筑一个拦水坝，把原冲沟水流接至永久改沟内，通过临时改沟接入原冲沟下游。其中拦水坝高2 m，采用C15混凝土浇筑。浇筑前铺设防水板进行防水处理。永久改沟从拦水坝接出，在YK32+520处接入原冲沟下游，临时改沟长度约100 m。改沟示意图见图2。

图2 改沟示意图

2.1.2 冲沟防渗处理

冲沟防渗处理采用防水板+C15钢筋混凝土(最小厚度控制为10 cm，钢筋网片采用A8@20×20 cm)，两侧高出沟底50 cm。在隧道穿过此段后可作为备用排水通道。

2.2 超前地质预报

本隧道采用新奥法施工，在不良地质条件下，超前地质预报显得尤为重要。隧道施工临近YK32+440～YK32+540段时，采取地质雷达及超前水平钻的综合预报方法来判定掌子面前方围岩的地质状况。超前地质预报的结果及超前水平钻的芯样表明，该段围岩主要为强～中风化硅质岩，岩体破碎，裂隙发育，与设计基本相符。掌子面渗水量较前期预报有所增大，受地表冲沟及浅埋地形影响，雨季掘进时隧道的涌水量会大大增加。由于岩体有偏压现象，隧道掘进时易剥落掉块、局部塌方，开挖方式不当或支护不及时易出现大的塌方或冒顶。

2.3 洞身开挖

根据工期要求、地质条件，为确保施工安全，在综合比较各开挖方法的优缺点后，我们选择了CD法开挖。CD法开挖步骤图见图3。

图3 CD法开挖步骤图

由于靠近冲沟一侧围岩更为薄弱，CD法开挖工序如下：

A冲沟一侧导洞上台阶开挖；B冲沟一侧导洞上台阶初期支护及侧壁临时支护；C冲沟一侧导洞下台阶开挖；D冲沟一侧导洞下台阶初期支护及侧壁临时支护；E中夹岩柱一侧主洞上台阶开挖；F中夹岩柱一侧主洞上台阶初期支护；G中夹岩柱一侧主洞下台阶开挖；H中夹岩柱一侧主洞下台阶初期支护，拆除主洞侧导洞临时支护；I现浇仰拱衬砌。

由于该段围岩为硬质岩，须进行爆破开挖。根据“短开挖、弱爆破”的原则，严格控制开挖步距及炸药用量：每循环进尺1榀，即50 cm，开挖后及时进行支护；爆破采用弱爆破，辅以人工风镐或挖掘机掘进，严格控制单眼药量和总药量，采用毫秒延时爆破，周边间距控制在40 cm左右，防止对围岩进行过大扰动，出现塌方、冒顶现象。

2.4 复合式衬砌支护

本隧道采用新奥法施工，复合式衬砌。小净距浅埋偏压富水段隧道复合式衬砌支护参数如表1所示。

根据该段浅埋偏压的特点，为避免隧道在掘进过程中出现塌方、冒顶现象，调整了超前支护参数：

超前支护采用双环小导管L=450 cm，上环和下环环向错开布置；下环为原设计XS5-P超前导管(注浆花管)，倾斜角10°～15°，环向间距@40 cm，纵向间距@250 cm；上环与XS5-P超前导管(注浆花管)等长，倾斜角30°～40°(角度根据覆盖层厚度调整)，环向间距@40 cm，纵向间距@250 cm；小导管管口均采用早强速凝药卷堵塞管壁与孔壁之间的空隙形成止浆塞，浆液以及注浆参数同超前小导管设计，适当加5%的速凝剂。双层小导管排布图见下页图4。

表1 小净距浅埋偏压富水段隧道复合式衬砌支护设计参数表

图4 双层小导管排布图

由于小净距隧道中夹岩柱较薄弱，为增强围岩的整体性和结构承载力，确保右洞支护稳定及左洞后续开挖安全，采用φ25自进式中空注浆锚杆对中夹岩柱进行注浆加固。为增强初期支护承载力，确保可以承受浅埋偏压Ⅴ级围岩的松动变形压力，钢拱架采用了强度和刚度更大的Ⅰ22b工字钢。为保证浅埋偏压富水围岩状态下的隧道二衬结构的受力抗裂性能，二次衬砌采用钢筋混凝土，钢筋主筋间距15 cm。根据隧道施工“早封闭”的原则，严格执行开挖一榀支护一榀，及时跟进仰拱、二次衬砌的施工。

2.5 监控量测

为掌握施工过程中所采取措施的实际效果，对龙邦隧道出口小净距浅埋偏压富水段进行了地表沉降(地表沉降断面与测点平面布置示意图见图5)、拱顶沉降和周边收敛的监控量测，并将监控量测纳入工序管理，通过监控量测的结果来进一步指导隧道施工，以便及时调整开挖方法及支护参数。

图5 地表沉降断面与测点平面布置示意图

经过2个多月的监控量测，监控量测结果显示，地表沉降最大值为44.0 mm(见表2)，拱顶沉降最大值为9.8 mm(见表3)，周边收敛最大值为2.2 mm(见表4)。

表2 龙邦隧道出口浅埋偏压富水段地表沉降监测一览表

表3 龙邦隧道浅埋偏压段典型断面拱顶沉降结果汇总表

表4 龙邦隧道浅埋偏压段典型断面水平收敛结果汇总表

从监控量测的结果来看，由于采取了以上各种有效的技术和施工措施，并且在施工中严格按设计及施工规范要求实施，使变形基本稳定，未出现急剧变形及塌方、冒顶现象。隧道顺利通过了该小净距浅埋偏压富水段。目前，该段落浇筑二次衬砌已有1年多，总体无异常现象。

3 结语

(1)在浅埋、偏压富水围岩地段，监控量测和超前地质预报显得尤为重要。应综合运用超前地质预报探明掌子面前方围岩情况，加大监控量测频率，并根据量测数据和前方地质情况及时调整开挖进尺和开挖方法，确保施工安全。

(2)针对浅埋偏压富水地段，地表有径流时，应在隧道掘进前提前做好永久改沟和地表防水措施，防止地表水下渗给施工带来不利因素，威胁隧道内人员和机械设备的安全。

(3)隧道掘进应严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、早封闭、勤量测”的施工原则，必要时及时调整相关支护参数，加强超前支护等。

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范[S].