1、1隧洞浅埋富水层不良地质地段的施工摘要：本文结合某水库输水工程的施工实践，对隧洞穿越浅埋富水层的工程地质和水文条件进行了说明，详细介绍了不良地质段施工技术。根据隧洞浅埋富水及围岩透水性强、节理发育、完整性差状况，施工中结合隧洞断面尺寸和地表环境等情况采取超前注浆和超前支护、增强初期支护强度和刚度、径向阻水注浆、监控量测等施工措施，使得隧洞顺利贯通。 关键词：隧洞；浅埋富水层；不良地段；施工 Abstract: combining with the construction practice of the water conveyance project of a reservoir, to t
2、unnel through the shallow buried layer described the engineering geological and hydrological conditions, bad geological period of construction technology was introduced in detail. According to tunnel shallow buried rich water and the strong permeability of surrounding rock, joint development, integr
3、ity is poor condition, the construction of tunnel section size and the surface environment, and so on and so forth to take advance grouting and advance support, enhance early strength and stiffness, radial water-blocking construction measures such as grouting, monitoring, measurement, and make the t
4、unnel running 2smoothly. Key words: tunnel; Rich shallow buried layer; Bad location; The construction 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 1、工程概况 该水库输水工程是将浑江流域调来的水由该水库调节后，向辽宁省抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦等六城市输水的一项大型输水工程。水库输水工程三标段位于抚顺市境内，隧洞洞线穿越抚顺市南郊，主要工程为主洞 10.3km，支洞 6 个。主洞开挖断面形式类似马蹄形（约7.07.32m） ，开挖面积为 4045m2
5、，纵坡为 0.00074，成洞洞径为 6m的圆形断面。 当隧洞穿沟谷段时，地表第四系耕植土中富含地下水且有常年地表流水补给，洞顶基岩埋深 520m。由于埋深浅，加之洞室围岩受地下水及断层等地质构造影响多为全、强风化岩饱和抗压强度 010Mpa，开挖后随即风化为散体结构。地质钻孔结合 CSAMT、RT 地球物理探测电阻率层析成像分析发现浅埋沟谷地段属于低电阻异常区，岩体透水率强且地下水丰富属富水破碎带，施工中可能出现塌方涌突水事故。 2、浅埋富水不良地质段施工特点 我部承建的 10.3km 的隧洞中将穿越 2654m 的浅埋富水层沟谷地段，占总线路的 26%； 隧道埋深浅、涌水量大，水文地质条件
6、复杂多变，不同地段呈现3不同地质特性，开挖及初期支护形式变换频繁，施工地质工作难度大； 浅埋富水沟谷不良地段围岩风化严重且节理发育完整性差，以类围岩为主，隧洞稳定性极差，在施工过程中容易出现塌方涌突水施工，安全通过沟谷浅埋段是施工的难点之一； 本工程施工工序为正向开挖初期支护逆向二次衬砌，结构最长暴露时间将长达 35 个月，对衬砌支护强度、刚度和稳定性要求高； 隧洞开挖衬砌支护完成后方可施工二次衬砌混凝土，如在浅埋富水层不良地段地下水处理不彻底的情况下衬砌混凝土，衬砌后将可能造成混凝土强度不够、渗水等严重质量缺陷，故止水质量标准高。 3、主要施工措施 本工程运用超前地质预报指导现场施工，通过专
7、家论证和详细计算分析，采用洞内超前注浆和超前支护、增强初期支护强度和刚度、径向阻水注浆、监控量测等施工措施保证隧洞顺利施工，有效地把地表沉降和隧洞收敛变形控制在一定范围内。 3.1、超前地质预报 对浅埋富水不良地质地段隧洞岩石的强度、岩性、岩层的破碎程度、宽度、断层带位置、岩体完整程度、地下水压力、水量等内容进行准确的预测预报，一边选择合理的施工方法及参数，除地质隐患。本工程主要采用地质分析法和超前水平钻孔法，两种方法有机结合，组成地质超前预报完整的技术体系，达到判释准确。 3.1.1 地质分析法 地质分析法有地质调查和隧洞开挖面地质素描两种方法，本工程主4要采用 隧洞开挖面地质素描法。地质预
8、报人员对隧洞开挖面的地质状况作如实的调查和编录，采集必要的数据，具体包括：开挖面地层、岩性、节理发育程度、受构造影响程度、围岩稳定状态等进行编录。并通过对当前围岩地质情况预测前方 10m 范围类的地质围岩情况指导现场施工。 3.1.2 超前水平钻探 采用超前水平钻探法，对开挖面前方 1530m 范围的含水构造、水量及水压进行预测，在长期长距和其它长期短距预报的基础上，用超前水平钻探法进一步对特别差的地质段取得可靠的资料。 3.2、超前注浆和超前支护施工措施选择 结合超前地质预测预报、超前地质钻孔及 CSAMT、RT 地球物理探测报告等探明的地质条件、节理裂隙发育程度、易发生突水突泥的位置、规模
9、及岩体的综合渗透系数等决定不同的超前止水和超前支护施工措施，具体施工措施选择见表 1。 表 2 超前注浆和超前支护施工措施选择 3.2.1 超前固结灌浆 灌浆浆液通过围岩裂隙与洞室松散破碎岩石结合形成固结体，在整个起拱线以上形成封闭式止水帷幕。灌浆施工前先采用喷射混凝土止浆墙对在掌子面进行封闭,止浆墙的厚度由最大灌浆压力、隧洞半径及喷射混凝土拉压强度确定。止浆墙厚度按下列公式确定： 5公式为：B B止浆墙厚度； P0最大灌浆浆压力； 隧道半径； 混凝土拉压强度。 超前固结灌浆孔布置于起拱线以上延开挖轮廓线双层布置。施工参数：108mm 灌浆孔，外环布置 8 个孔，孔深 30m，环向间距 1.8
10、12m，外插角 6；内环布置 7 个孔，孔深 25m，环向间距 1.553m，外插角 3，梅花形布置。 超前固结灌浆钻孔采用全液压锚固工程钻机，用型钢搭设钻机安装平台，并将钻机按设计孔斜固定平稳牢固；所有灌浆孔均镶铸孔口管，108mm 普通钢管，长度为 3.0m。管壁进行钻孔,孔口端焊接法兰盘，用于安装孔口封闭器，防止突发性涌水。孔口管采用直径 130mm 超大钻头钻孔深 3.0m，插放入孔口管，采用缠麻和药卷锚固剂固定。超前固结灌浆采用水泥水玻璃双液浆，水泥浆水灰比 1.5:11:1，水玻璃浓度3035Be ，水泥水玻璃浆液体积比 1:11:0.5，缓凝剂掺量 13%。灌浆压力根据灌浆实验确
11、定，采用不大于 0.5Mpa 低压灌浆加固。超前固结灌浆注浆量按下列公式计算： 公式为：Q=An/100 Q注浆量，m； A固结灌浆范围底层体积，m； n孔隙率，%； 6填充率，%。 3.2.2 超前大管棚注浆施工 超前大管棚在掌子面及已施工段的工字钢支撑下，形成简支梁式结构，以防止围岩的崩塌和松驰，保证在施工过程中围岩不变形，起到防止地表下沉作用。施工参数：超前大管棚设置在起拱架线以上部位，采用 108 大管棚，环向间距 50cm，每环 21 根，每根长 15m。管棚外倾角控制在 7，不设导向墙。纵向前后相邻两排管棚搭接的水平投影长度不小于 3.0m。 施工时选用 YG-60 型工程钻机，该
12、机最大钻孔孔深可达 40m，钻孔仰角可达 090，钻孔直径为 100209mm。钻孔时采用大扭矩回转套管钻进穿孔,提高了孔向精度及钻深能力，钻架配置两度液动夹头,方便夹紧及卸拧钻具丝扣,减少劳动强度。内置液动注水泵,简化清孔排渣及洗孔工序。超前大管棚压注水泥水玻璃双液浆， （浆液比 1：0.50.8） ，灌浆压力 0.51.0Mpa。注浆采用 KBY-80/70 液压注浆机（水泥浆）或ZG6310 注浆机（水泥砂浆） ，浆液由水泥砂浆拌合机或 NJ-600 混浆机拌制。 3.2.3 超前小导管注浆施工 超前小导管注浆对围岩有一定得稳定作用，在围岩有一定自稳能力或地面沉降要求不高的地段，可以有效
13、地防止隧洞周边围岩的坍塌和掉块。小导管布置在隧道起拱线以上部位外边缘。施工参数：小导管采用38mm 热轧钢管，长 5m，环向间距为 2050cm，每 3m 设置一环。小导管外倾角 10，在洞外加工场按设计长度加工成一端为尖头、一端带丝7扣，并带有 68mm 小孔的钢花管，花孔间距 1020cm 布置。 3.3、增强初期支护强度和刚度 为减小地表的沉降和增加支护结构强度，在初期支护通过减少钢支撑间距、将原设计 I16 工字钢改为 I22 工字钢和施工底板仰拱封闭等方式进行加强支护处理。 初期支护施工参数见表 2。 表 2 初期支护施工参数表 3.4、径向阻水灌浆 径向止水灌浆在初期支护完成后，对
14、出水量较大直接影响后期二衬混凝土施工的地段采取灌浆止水。灌浆孔孔径为 42，根据地下水出水形式的不同采用以下三种布孔形式： 大面积渗漏形成的涌水段，孔间距 2m，梅花型布置，中间部位孔深 2m，边孔深 3.0m。 裂隙渗漏形成的线流段，孔深 3.5m，孔位设在渗漏部位。 大股涌水段，灌浆孔布置在水流上游，孔间距 2.5m，孔深 3.5m。 灌浆压力 0.3Mpa，灌浆压力可根灌浆后阻水效果进行调整。灌浆浆液采用纯水泥和水泥水玻璃将两种，水泥浆液的标准浓度宜为3：1、1：1、0.5：1（重量比）三个等级，灌浆的水泥浆初始浓度宜为3：1。当某一比级浆液注入量已达 200L 以上，或灌浆时间已达 1
15、5min，而灌浆压力的注入率均无显著变化时，应换浓一级水灰比浆液灌注。阻8水灌浆采用围截灌浆法，由远及近由外及里，即由水流量大处为中心，由外围开始逐渐向中心靠拢的方法灌浆。单孔一次性注浆完成。 3.5、监控量测 3.5.1 监控量测的意义 通过现场量测对隧洞围岩及支护结构进行动态监测，并对监控数据进行分析。通过数据分析掌握施工中围岩稳定程度与支护受力、变形的力学动态和信息，指导隧洞的开挖、支护结构的施工设计。 3.5.2 监控量测的内容及量测断面布置 本工程监控量测分为洞室围岩收敛变形量测和地表下沉量测两种。对富水不良地质段，洞室收敛观测每 20m 设施一处，地表下沉每 50m 设置一处，在过
16、公路、桥梁或民房时另行加设观测点。 洞室围岩收敛变形量测 由于洞室埋深不大，洞径均小于 10m，所以一般采用三点三线制的测点布置；在地质条件差，如穿越较大断层带、涌水量较大等需采用台阶开挖时，可在在拱腰和边墙部位各设一条水平测线，采用五点六弦制的测点布置。 地表下沉量测 根据各地表下沉量测段的地层情况、埋深条件，考虑到地表沉陷可能影响的最大范围，一般地段按 50m 方格网布置，在建筑物区段，按 25m方格网布置见下图。 地表沉降观测点布置图 3.5.3 量测频率 9水平收敛位移量测和拱顶下沉量测的频率，主要根据位移速度及离工作面的距离确定，量测频率见表 3。 表 4 位移量测频率表 注：B 为
17、毛洞宽度 在遇变形明显增加时，应缩短观测时间间隔，宜为表频率的 2 倍。 当位移速率明显下降，水平收敛速度小于 0.2mm/d，拱顶位移速度0.1mm/d 时，持续稳定 3 周，经地质工程师批准，可停止量测。 3.5.4 量测数据回归分析及成果运用 根据隧洞施工的稳定规律，对观测数据的分析中选用指数函数： 公式为： 式中：a、b回归常数； t初读数后的时间（d） ； u位移值（mm） 。 计算时令： x=1/t、y=lnu 则有： x=1/t、y=lnu 、n 为观测次数则有： 随着隧洞的不断向前掘进，对周边收敛和拱顶下沉的量测中，通过对数据分析，绘制位移量与时间关系曲线。通过对监测结果分析，
18、实测10变形量已达到理论最大变形量的 95.1%，且变形速率逐渐减小，末连续三次量测变形速率0.2mm/d,围岩达到基本稳定，可继续按原方法正常施工。 4、实践效果 （1）在开挖前使用超前固结灌浆、超前大管棚注浆施工、超前小导管注浆等超前措施对前方围岩裂隙和洞室松散破碎岩石进行填充和固结，形成封闭式止水帷幕止水效果明显。 （2）通过加强初期支护强度和刚度，确保了结构的安全性，在浅埋富水层不良地质段有效的控制了围岩的收敛变形和减小了地表沉降。 （3）通过对已开挖渗水段的径向止水灌浆，不仅加固了洞室围岩也起到了较好的止水效果，改善了施工作业环境。 （4）通过隧洞施工中的监控量测工作掌握围岩和支护结构的状况，以便对危险部位及时采取措施，防患于未然，确保了隧洞安全施工。 5、结束语 实践证明，超前注浆和超前支护、增强支护刚度、径向阻水注浆和监控量测等施工技术方案运用于浅埋富水层不良地质段施工是成功的。方案实施后，隧洞止水效果明显为隧洞开挖创造了有利条件，也大大改善了施工作业环境；在隧洞开挖过程中掌子面及两侧围岩稳定，未再出现较大的塌方现象；初期支护完成后机构稳定安全，确保了隧洞的顺利贯通。
