特长隧道施工过程中的技术难题及解决措施

2021-04-10蔡欣

工程技术研究 2021年18期

蔡欣

中交二公局第三工程有限公司，陕西西安 710016

某特长隧道施工长度为8300m，埋深在20～930m，隧道所处地质条件复杂，影响因素较多，施工难度较大。在该特长隧道的施工中，存在长距离通风等重难点问题，并且该隧道存在周边围岩岩层稳定性差、地质断层现象明显、节理裂隙密集发育等不良地质现象，属高风险的特长隧道施工，经综合评估，判定该隧道的施工风险等级为5级。

1 特长隧道施工过程中的技术难题

（1）岩层滑移变形。在该隧道的施工过程中，隧道周围地质土层中的岩石性质为泥灰岩，岩体风化现象严重，同时因岩层性质较软，在挤压的过程中变形现象严重，岩体易破碎。由于隧道的开挖施工，引起隧道周围的围岩中应力重分布，在开挖的持续施工过程中，形成若干组剪切滑移面，并开始向洞内不断滑移，导致在隧道施工的早期出现初期支护破坏严重、二次衬砌开裂变形等严重施工技术问题。

（2）隧道内涌水。在该隧道的施工过程中，受到施工区域周围地质构造的影响，隧洞周边围岩稳定性差。隧址区存在着地下水丰富，在施工过程中渗水现象严重，特别是在岩层的交界位置，花岗岩中因存在着大量的承压水，一旦该岩层开挖，或者被击穿，都将造成大量涌水现象发生。在施工过程中，最大的涌水量达1500m³/h[1]。同时，由于该隧道距离周围的村庄较近，在发生隧道内涌水现象的同时，直接影响了附近村庄中群众的用水问题，也影响施工质量、施工效益。

（3）长距离抽排水。在该隧道的施工过程中，因为地质条件复杂、断层广泛分布、地下水系发育分布集中，存在涌水现象，所以需要同时加强对隧道施工开展抽排水的作业。其中，在斜井和主洞的施工中，大多数的里程为下坡洞现象，施工距离约为3000m。长距离的隧道内施工，以及涌水、渗水等现象的发生，很容易引起围岩的坍塌、洞内水淹等问题，需要及时开展抽排水操作。但在抽排水的操作过程中，存在反坡抽排的技术难题。

（4）长距离通风。长距离的隧道施工存在通风困难等施工难点。根据施工方案，该隧道的长距离施工被分成三个区段，采取从两端向中间的施工方式同时掘进施工。为了解决长距离通风的问题，设置了2条通风斜井，其中1号斜井在进入主洞之后，设置4个工作面，开展大小两个里程的同时施工任务。其中，受到施工方法、施工设备等因素的综合影响，在该隧道施工的过程中，斜井内的通风问题相对较大，存在不畅通的现象。

2 针对岩层变形问题的施工关键技术

对于施工中存在的岩层变形问题，结合隧道工程的施工特点，通过四个方面的施工关键技术应用，确保了施工质量。

（1）在施工的过程中注重对各种数据的监测，通过使用现代化的监控量测技术，获得准确的监控数据，对围岩结构、支护结构的稳定性进行校核计算，根据数据计算的结果，不断调整围岩的级别、支护的级别，有效应对变形问题带来的不良影响。

（2）在施工的初期阶段，在支护施工的过程中，要求对使用的支护钢拱架形成封闭的施工状态，在各种不稳定的地质影响中，尽快形成完整、封闭的支护结构，承载施工过程中的各种负荷，确保受力均匀。

（3）施工时结合地质情况调研数据分析，综合运用超前地质预报技术、超前支护技术、超前加固技术等施工技术，不断提高预测的准确性[2]。例如，在应用超前支护技术时对支护的钢拱架间距进行调密处理，增加工字钢型号的应用，进行锚管加粗设置等，通过多种方式结合，切实发挥初期支护的效果。

（4）在施工的过程中重点控制施工方法的选择、支护措施的选择、衬砌施工质量的控制等环节。使用分部开挖方法，每完成一次开挖之后，要立即形成封闭环后再开展后续开挖，确保开挖过程的支护安全、衬砌质量，有效应对变形问题。

3 针对涌水问题的施工关键技术

针对该隧道施工过程中存在的涌水问题，采用止浆墙承压的方式，对涌水严重的施工段进行全断面双浆液注浆堵水。

（1）掌子面涌水段的处理。掌子面水涌现象发生时水压较大，为了保证止浆墙的稳定性，需要将止浆墙设置成阶梯的形状，上下两个部分的厚度不同，并使用混凝土进行浇筑处理，确保止浆墙的稳定应用。另外，在掌子面和沿边墙的周围设置钢筋锚杆，并将该锚杆和止浆墙的钢筋网片进行连接，形成整体性的效果，在锚杆拉力、浆液握裹力的共同作用中，减少止浆墙的后移现象，确保一次性注浆成功。同时，需对止浆墙、边墙等位置进行灌浆处理，避免出现漏浆的现象[3]。

（2）堵水设施的预埋设。在该项施工技术的应用中，需要提前设置各种堵水设施，如在止浆墙中焊接法兰盘，在预埋孔的钻孔中使用大小相适宜的钻头。在造孔开始之前，要提前设置防喷设施，对涌水过程中的水压问题进行处理，以确保钻机造孔施工的顺利开展。

（3）双浆液的选择应用。根据该隧道施工中涌水现象的实际情况，选择使用水泥、水玻璃浆液组合的双浆液开展堵水作业。在具体堵水灌浆的过程中，采用孔口封闭的一次性灌浆方法，根据具体的涌水情况，调整灌浆的顺序，确保灌浆、堵水作业成功[4]。通过该项技术的应用，有效地解决了隧道施工中的涌水问题，并且有效防止了地下水资源的过度浪费，确保了周围群众的生活用水安全。

4 针对长距离抽排水问题的施工关键技术

在该隧道的施工过程中，抽排水问题主要发生在1号斜井的操作过程中。为此，采取分段排水的方案，将整个抽排水分为3个阶段：第一阶段对斜井的施工过程进行抽排水；第二阶段对顺坡的施工过程进行抽排水；第三阶段对反坡的施工过程进行抽排水。

（1）针对斜井施工段的抽排水操作，通过设置泵站，以最大的抽排水任务量进行计算，安设6台离心泵确保抽排水作业的效率。

（2）针对顺坡施工过程中的抽排水作业，将集水坑集中的水转到1号泵站中进行抽排，确保顺坡段的抽排水顺利进行。

（3）针对反坡施工过程中的抽排水作业，要使用分级泵站、接力排水的方法，在2号、3号、4号泵站的接力应用过程中确保抽排水作业的顺利进行。其中，在不同泵站的排水操作过程中，要根据整体隧道的施工方案，提前设置排水的线路，对各个不同的泵站选择搭配使用不同的泵机，确保对施工中存在的不同涌水进行及时抽排。通过这种分段抽排水的方法，有效地实现了快速抽排水，有效改善了施工中存在的涌水、渗水问题。

5 针对长距离通风问题的施工关键技术

针对该隧道施工中长距离通风的技术难点，从加强风机选型、通风设计、风仓设计等方面着手[5]。在该隧道的施工过程中，隧道的斜井在进入主洞之后，呈现出“土”字形的施工特点，在上坡施工时平均掘进的长度为2.5km；在下坡施工的过程中，平均掘进的长度为3.0km。其中，在下坡施工的过程中斜井和主洞之间存在夹角问题，不能很好地实现通风、排烟的效果。针对这种特点，运用上下两种通风组合的方式，确保风仓的正常运行。在风仓的作用下，整个通风系统得到了调节、平衡，对不同的掌子面进行平均风量的分配。在风仓的运行过程中，通过使用数值模拟的方法，对风仓的断面、长度、高度等数据进行计算。通过这种有效的方法，解决了该隧道施工过程中存在的通风排烟问题。另外，对现场的风量进行检测发现，透过可调压风仓的设计，能够充分保障整个施工过程中对风量的需求，改善施工过程中的空气质量。