劉前林

（重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 400013）

0 引言

公路隧道穿越富水軟弱斷層破碎帶圍巖路段時(shí)，容易出現(xiàn)突水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害，直接威脅施工人員和設(shè)備的安全[1]。水，尤其是高壓水，是影響施工安全、進(jìn)度和質(zhì)量最主要的因素。因此，需采取綜合手段探明水源[2]，并隨時(shí)保持施工面干燥、無(wú)積水，避免因地下水浸泡而產(chǎn)生的圍巖及支護(hù)體失穩(wěn)變形[3]。在解決了水的問(wèn)題后，應(yīng)對(duì)破碎地層采取可靠的超前加固措施，防止開(kāi)挖時(shí)發(fā)生坍塌[2]。但由于每次穿越富水軟弱斷層破碎帶圍巖路段時(shí)，會(huì)存在不同的水文地質(zhì)特性，需要針對(duì)性地開(kāi)展安全技術(shù)探討，深入研究，尋求合理的、有針對(duì)性施工方案，確保施工安全、質(zhì)量與工期。

1 工程概況

四川省九寨溝至綿陽(yáng)高速公路平武隧道為分離式雙線隧道，隧址區(qū)地處青藏高原東側(cè)，山體渾厚，地形復(fù)雜，地質(zhì)條件多變。隧道左線全長(zhǎng)4826m、右線全長(zhǎng)4829m，主要巖層為粉質(zhì)千枚巖、絹云千枚巖，圍巖等級(jí)為IV弱、V級(jí)。該隧道出口為崩坡、滑坡、洪積堆積體，且出口左上側(cè)為一巨型古滑坡，體量約為1050萬(wàn)m3，為防止古滑坡復(fù)活，故出口段1000m范圍內(nèi)禁止爆破施工。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件揭示，ZK139+830~ZK139+900（K139+808~K139+898）段為平武斷層及其影響帶。左線平武斷層末端距平武隧道左線出口約80m，右線平武斷層末端距平武隧道右線出口約100m。平武斷層左、右線地質(zhì)情況如圖1所示。

圖1 平武斷層地質(zhì)縱斷面圖

平武隧道斷層主要巖層地質(zhì)以斷層碎裂巖為主，呈灰色、深灰色，母巖成分以絹云千枚巖為主，夾少量的變質(zhì)砂巖和石英，巖體呈定向排列，排列傾角約為50~60°，揉皺擠壓嚴(yán)重，多呈碎裂粉末狀，圍巖級(jí)別為V級(jí)。

2 工程難點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)勘察資料提示，平武隧道出口段由碎石土、粉質(zhì)黏土及絹云千枚巖及平武斷層破碎帶及影響帶構(gòu)成。其中，上部覆蓋層厚度30m～40m，洞口開(kāi)挖后上覆土層易發(fā)生地質(zhì)滑動(dòng)，穩(wěn)定性差。隧道圍巖基巖由強(qiáng)風(fēng)化通化組絹云千枚巖及破碎帶及影響帶構(gòu)成，偶夾薄層狀變質(zhì)砂巖及灰?guī)r；巖質(zhì)極軟，受平武斷層及風(fēng)化、卸荷影響較重，片理發(fā)育；巖體極破碎，巖體完整性較差，且本段為順向坡，施工開(kāi)挖易發(fā)生順層變形，洞頂無(wú)支護(hù)時(shí)可能產(chǎn)生大坍塌，側(cè)壁小~中坍塌；地下水可能呈點(diǎn)滴狀或線狀出露，地下水對(duì)圍巖穩(wěn)定性有較大不利影響，特別是斷層帶有利于地下水的富集，有突水、突泥的可能，圍巖為V級(jí)，施工中應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

由此可見(jiàn)，本段施工的難點(diǎn)在于選取行之有效的堵排水措施，防止隧道開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生涌水、突泥災(zāi)害；選取合理的開(kāi)挖支護(hù)方案，避免松散破碎圍巖遇水軟化導(dǎo)致的坍塌和支護(hù)結(jié)構(gòu)過(guò)大變形；進(jìn)而保證施工安全、質(zhì)量及進(jìn)度。

3 施工方案

針對(duì)本次隧道穿越斷層圍巖特點(diǎn)，采取的施工方案為：綜合使用TGP法、地質(zhì)雷達(dá)法、探測(cè)開(kāi)挖面前方不良地質(zhì)體分布情況、含水情況、界面的性質(zhì)以及產(chǎn)狀。根據(jù)探測(cè)結(jié)果確定開(kāi)挖支護(hù)方案，采用人工配合破碎錘進(jìn)行掘進(jìn)，避免因不可控震動(dòng)破壞巖體完整性及巖層間結(jié)合力而導(dǎo)致的隧道坍塌。

4 主要施工方法

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

為確保施工安全，由第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)組成監(jiān)控量測(cè)及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)小組，配備相關(guān)專業(yè)人員和設(shè)備，采用工程地質(zhì)分析法(地質(zhì)調(diào)査和全斷面地質(zhì)素描)、超前水平鉆探、TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、紅外線探水、地質(zhì)雷達(dá)等方法，查明和核實(shí)掌子面前方的不良地質(zhì)情況，為隧道動(dòng)態(tài)施工提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

4.2 超前預(yù)支護(hù)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及平武隧道前期開(kāi)挖施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合前期超前施工過(guò)程中部分破碎段小導(dǎo)管注漿后剛度不足易發(fā)生變形的經(jīng)驗(yàn)，超前支護(hù)采用雙層支護(hù)體系，緩傾角層采用Φ51自進(jìn)式錨桿，錨桿長(zhǎng)度6m，外插角14°，搭接長(zhǎng)度2m。陡傾角層采用Φ42注漿小導(dǎo)管，外插角40°，小導(dǎo)管長(zhǎng)度4.5m，搭接長(zhǎng)度1m。在拱部120°范圍布置，環(huán)向間距40cm，上、下層交錯(cuò)布置，緩傾角層和陡傾角層采用隔榀打設(shè)方法。雙層超前支護(hù)見(jiàn)圖2所示。

圖2 雙層超前支護(hù)圖

4.3 開(kāi)挖作業(yè)

洞內(nèi)開(kāi)挖采用小松PC220型挖掘機(jī)，配合單勾及破碎錘開(kāi)挖。出碴采用ZL50側(cè)翻裝機(jī)及載容15m3以上的自卸汽車運(yùn)輸出碴至棄碴場(chǎng)。仰拱及臺(tái)階法施工的下斷面洞碴由挖掘機(jī)裝碴。

開(kāi)挖采用三臺(tái)階七步開(kāi)挖法，其開(kāi)挖方法見(jiàn)圖3所示。

圖3 三臺(tái)階七步開(kāi)挖法示意圖

三臺(tái)階七步開(kāi)挖法有以下幾個(gè)主要步驟:

（1）上臺(tái)階弧形導(dǎo)坑環(huán)向開(kāi)挖，施作上臺(tái)階初期支護(hù);

（2）中臺(tái)階左、中臺(tái)階右、下臺(tái)階左、下臺(tái)階右錯(cuò)位開(kāi)挖，施作各部初期支護(hù):

（3）中部核心土開(kāi)挖、仰拱開(kāi)挖，施作仰拱初期支護(hù)。

（4）每部開(kāi)挖后均及時(shí)支護(hù)，仰拱初期支護(hù)后及時(shí)施作仰拱混凝土，盡早封閉成環(huán)。

4.4 開(kāi)挖后周邊注漿

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，注漿采用鑿巖機(jī)成孔，注漿孔孔徑A46mm，孔深300cm，注漿孔孔口縱、環(huán)向間距150cm，梅花型布置，孔口設(shè)50cm長(zhǎng)Φ48×5熱軋無(wú)縫鋼管作為孔口管，管口采取止?jié){措施。注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿，其參數(shù)為：水泥漿∶水玻璃=1∶(0.4~0.6)(體積比)，水泥漿水灰比W/C=0.8∶1~1∶1（重量比），水泥采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，注漿凈壓力為1.0MPa。開(kāi)挖后周邊注漿見(jiàn)圖4所示。

圖4 開(kāi)挖后周邊注漿示意圖

4.5 二次襯砌

按施工圖設(shè)計(jì)要求完成洞身1.5mm厚EVA防水板＋350g/m2無(wú)紡?fù)凉げ挤琅潘畬邮┕ず?，二次襯砌作業(yè)采用自行式全斷面液壓模板臺(tái)車、混凝土輸送泵和混凝土攪拌運(yùn)輸車等配套設(shè)備進(jìn)行機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化施工?；炷敛捎冒韬险炯邪柚疲炷翑嚢柽\(yùn)輸車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，混凝土輸送泵泵送入模，用插入式振搗器及附著式振搗器振搗密實(shí)。

4.6 施工排水

施工過(guò)程采用提前排水降壓，再注漿固結(jié)止水的原則。平武斷層初支施工后出現(xiàn)較大滲水，為減少對(duì)隧道周邊生態(tài)環(huán)境的破壞，堅(jiān)持環(huán)境保護(hù)的施工理念，根據(jù)地下水的形態(tài)，本著“堵排結(jié)合、大堵小排、因地制宜、綜合治理”的原則，對(duì)滲水段落采取注漿固結(jié)堵水。

施工過(guò)程中為保持洞內(nèi)干燥，避免積水對(duì)仰拱及邊墻基礎(chǔ)浸泡破壞，各臺(tái)階均預(yù)留排水溝，引入隧道中軸部的積水坑內(nèi)后排出洞外。

5 監(jiān)控量測(cè)及補(bǔ)強(qiáng)措施

依據(jù)監(jiān)控量測(cè)方案及以往施工經(jīng)驗(yàn)，本段主要進(jìn)行拱頂下沉量測(cè)、周邊位移及收斂量測(cè)、洞內(nèi)觀察等監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目。通過(guò)監(jiān)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)，分析支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)變形趨勢(shì)，為隧道動(dòng)態(tài)施工提供監(jiān)測(cè)依據(jù)。

周邊收斂量測(cè)斷面與拱頂下沉量測(cè)斷面布置在同一平面上，每5.0m布置一道斷面，每斷面布設(shè)1個(gè)拱頂下沉測(cè)點(diǎn)及4個(gè)收斂測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)量測(cè)頻率保持一致；周邊收斂采用收斂計(jì)量測(cè)，拱頂下沉采用水準(zhǔn)儀量測(cè)。本段監(jiān)測(cè)凈空收斂最大累計(jì)值為183mm，拱頂下沉最大值為352mm。斷面測(cè)線布置見(jiàn)圖5所示。

施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)后，初支封閉成環(huán)前，初支拱腳處出現(xiàn)8處裂縫，初支封閉成環(huán)后拱墻連接處出現(xiàn)5處裂縫，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)預(yù)警。針對(duì)此情況，本段采取沿裂縫于鋼架兩側(cè)補(bǔ)打6組共24根中空錨桿注漿，并將錨桿與鋼架焊接牢固，強(qiáng)化鋼架的支撐作用。增設(shè)鎖腳錨桿后，初期支護(hù)過(guò)大變形得到了有效的控制，監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)也趨于穩(wěn)定。錨桿布置見(jiàn)圖6所示。

圖5 斷面測(cè)線布置圖

圖6 錨桿布置圖

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）隧道斷層段施工解決好水的問(wèn)題是關(guān)鍵，斷層巖體破碎，富水性強(qiáng)，是地下水的天然通道，是施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度最主要的影響因素，施工前應(yīng)采取綜合手段探明水源，施工過(guò)程中應(yīng)采用提前排水降壓，再注漿固結(jié)止水的原則，并采取有效措施避免掌子面積水、初支拱腳泡水，進(jìn)而保護(hù)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

（2）在開(kāi)挖前，采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，準(zhǔn)確及時(shí)取得掌子面前方地質(zhì)圍巖情況，為隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工提供地質(zhì)依據(jù)。

（3）在施工過(guò)程中，應(yīng)增加監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)密度和量測(cè)頻率。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)日常施工管理，確保施工安全和質(zhì)量。

（4）采取可靠的超前加固措施，防止開(kāi)挖時(shí)發(fā)生坍塌事故。認(rèn)真分析超前支護(hù)效果，找到不足之處，根據(jù)檢測(cè)、檢驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，形成了安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的加固方案。

（5）選用“三臺(tái)階七部開(kāi)挖方法”，利用人工配合破碎錘進(jìn)行隧道掘進(jìn)，避免了對(duì)圍巖的過(guò)大擾動(dòng)，維護(hù)了圍巖的相對(duì)穩(wěn)定。

（6）遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的施工原則，有效控制圍巖和支護(hù)體系變形，確保了圍巖和支護(hù)體系的安全穩(wěn)定。