浅谈天成山隧道富水断层花岗岩段施工方法

汪卫东

（漳州厦蓉高速扩建工程有限公司）

浅谈天成山隧道富水断层花岗岩段施工方法

汪卫东

（漳州厦蓉高速扩建工程有限公司）

本文通过厦成高速公路天成山隧道花岗岩段富水断层的施工方案的介绍，为此类地质情况异常复杂隧道施工提供参考和借鉴。

隧道；富水断层；施工要点

1　工程概况

厦成高速公路漳州段天成山隧道位于漳州角美与厦门交界附近，是一座双向六车道特长隧道，隧道左线全长3372m，右线全长3390m，主洞开挖断面面积216.7m2。

2　水文地质概况

隧址区岩层属南园组凝灰岩（J3n）及燕山期侵入花岗岩（γ53），表层覆盖有残坡积成因的粘性土，局部有花岗斑岩脉（λπ）侵入。实际施工揭露围岩地质、水文状况异常复杂，以Ⅳ～Ⅴ级围岩为主，多次穿越断裂构造带或节理密集带，断裂构造带或节理密集带导水性较好，且赋存于其中的构造裂隙水水量大。该隧道在施工中多次发生突泥涌水等地质灾害，因此，该隧道穿越富水断层段施工方法及注浆止水工艺，对于类似隧道施工，具有较好的指导意义。

3　施工总体方案概述

本隧道穿越富水断层施工总体遵循“管超前，小断面，短进尺，弱爆破，强支护，紧封闭，勤量测，预注浆”二十四字的施工方针。

4　降水排水

由于该段地下水较丰富，存在地表水补给条件，确定治水原则为“释能降压，排堵结合”，采用泄水孔结合井点降水方法降低断层内含水量。

（1）在距已施工仰拱部位设置40m深井点降水，在隧道两侧各设置4个水平的泄水孔。为防止泥沙流出，泄水孔应采用土工布进行包裹。同时设置4个角度向下30°的降水孔，采用水泵进行抽水。泄水孔和降水孔深度均进入断层带，其中部分泄水孔采用跟管或分段前进式注浆方式穿过断层，以排出断层接触带地下水。开挖过程中，对围岩渗水在初支背后设置弹簧盲管引入临时排水沟内，排水沟应距拱脚1m，严禁拱脚被水浸泡。

（2）为防止掌子面积水侵泡拱脚，采用人工对中台阶及未施做仰拱段的下台阶的临时排水沟及侧沟中淤泥采用人工清理。待断层通过后，各泄水孔均安装弹簧盲管，在防水板背后增设环向盲管，将水引入隧道两侧排水管。

5　超前预注浆

由于断层围岩为饱水状态下砂土状全风化花岗岩，单靠强支护及降水措施难以保证掘进施工安全，必须对断层上部洞身及开挖轮廓线5m范围内全风化花岗岩围岩采用预注浆固结，进行堵水和加固围岩。

注浆孔先采用φ130mm钻头进行钻孔，钻孔深度3m，钻孔并清孔后安装φ127×5mm孔口管，单根长度3m。孔口管安装时外露掌子面20～30cm。为防止后续续孔过程中泥沙涌出，孔口管前端焊接法兰盘或抱箍式接头。孔口管安装前先将孔口管插入端采用麻丝缠紧，并用速凝水泥浆进行包裹，然后采用钻机将孔口管顶入钻孔内，麻丝和速凝水泥浆应填满孔口管壁与孔洞间间隙。为防止孔口管由于安装不到位在注浆时发生意外，孔口管安装完毕后应采用不小于φ16的钢筋与其他孔口管焊接成整体。

局部注浆施工采用分段前进式注浆平行推进方法进行施工。分段长度控制在1～3m，分段前进式注浆是从工作面钻孔至含水层，每钻进1～3m，注一段浆，反复交替进行，直至通过含水层。

钻孔完毕并清孔后，采用水灰比为1：1双液浆进行注浆。双液浆中水泥浆与水玻璃体积比为1：0.5～1（以试验为准，浆液凝结时间为15～20min）。水玻璃浓度为35波美度，模数2.4。

浆液配合比根据试验及现场情况进行调整，注浆效果差时可适当调整为超细水泥——水玻璃双液浆。

注浆压力为3.0～4MPa。当注浆压力达到4MPa并稳定10min或进浆速度为开始进浆速度的1/4时可停止注浆。

注浆孔由外向内分层施作。待所有注浆孔施工完毕后，按钻孔数量10%施做检查孔以便检查注浆效果是否合格。检查孔孔深与各续孔孔深相同，注浆合格条件为检查孔钻孔过程中无涌泥、涌砂及不塌孔现象。注浆不合格时应补充注浆。检查孔施工完毕后应进行注浆填充。

6　超前管棚施工

管棚钻孔采用φ150钻头进行钻孔。钻杆纵向方向与隧道纵向轴线平行，钻孔仰角3～5°，仰角定位采用坡度仪或地质罗盘仪进行定位控制。环向间距30cm，管棚钻孔深度30m，钻孔范围为拱部及边墙。

钻孔前，按测量定好钻孔的范围、平面位置，并对每个孔进行编号。钻孔严格按照设计的钻孔方向、角度、孔径进行钻进，按钻机的操作规程操作，钻孔内出水量大或成孔困难时应立即停止钻进并进行注浆处理，注浆固结后再续孔，直至终孔。

为防止管棚注浆时孔口漏浆，在管棚施工前，应先安装孔口管，采用φ150mm钻头进行钻孔，钻孔深度3m，钻孔并清孔后安装φ150×5mm孔口管，单根长度3m。孔口管安装时外露掌子面20～30cm，孔口管前端焊接法兰盘。孔口管安装前先将孔口管插入端采用麻丝缠紧，并用速凝水泥浆进行包裹。然后采用钻机将孔口管顶入钻孔内。麻丝和速凝水泥浆应填满孔口管壁与孔洞间间隙。为防止孔口管由于安装不到位在注浆时发生意外，孔口管安装完毕后应采用不小于φ16的钢筋与其他孔口管焊接成整体。

管棚注浆采用水灰比为1：1双液浆进行注浆。水玻璃浓度35波美度，模数2.4。水泥浆液与水玻璃体积比为1：0.5～1（按试验确定，凝结时间15～20min），初始注浆压力为0.5～1.0MPa，终压2.0MPa。当排气孔流出浆液后，关闭排气孔，继续注浆，达到注浆终压2.0MPa并稳定2min后即可停止注浆。如注浆量超限，还没有达到压力要求，应该调整浆液浓度继续注浆，持压2min后可停止注浆。施工过程中，为了防止串浆现象出现，每钻完一个孔，随即安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工。

注浆过程中如采用双液浆进行注浆不能满足注浆要求时可采用超细水泥单液浆进行补充注浆。超细水泥浆搅拌时间不易超过20min，浆液搅拌好后须在30min内注完以免浆液凝固堵塞注浆管路。如使用硫铝酸盐水泥浆进行注浆时不能和水玻璃进行混合使用。

7　双侧壁超前导洞开挖

为确保施工安全，同时检验注浆质量及起到排水减压作用，采用双侧壁导洞上台阶导洞先行。上台阶导洞通过断层后再进行中、下台阶及中间土体的开挖。先行导洞断面控制在3m宽，2m高，每循环进尺不大于0.5m。开挖前使用风钻在掌子面钻三个超前探孔，探孔深5m，呈三角形布置。开挖尽量采用风镐、洋镐、铁锹等工具无爆破开挖，当有孤石或局部围岩较硬时，采用松动爆破开挖，开挖时可采用自下而上环形开挖，观察围岩稳定情况，当不稳定时立即喷混凝土封闭，当围岩暂时稳定时可待全环开挖完成后再进行初喷封闭，初喷厚度不小于5cm。初喷后按设计进行拱架、网、喷支护。

由于净空断面小，设计系统锚杆暂时无法施工，在拱架安装及喷混凝土完毕后先用风钻钻孔安装0.5～1m长的钢花管，间距按100mm×50cm梅花形布置，对喷混凝土背后进行填充和浅层注浆加固，待下台阶施工后再进行系统锚杆施工。

8　监控量测

开挖过程中须加强洞内监控量测。监控量测桩按5m一个断面进行布桩。双侧壁导洞上台阶应在导洞拱顶及两侧边墙分别布设量测点，下台阶施工后在同一断面再在两侧增设量测点。量测点须在同一断面里程范围内。洞内监控量测频率每天3次。根据监控量测结果指导施工。

表1　按位移控制的变形管理等级

表2　按位移变化速率控制的管理等级

9　结束语

（1）工程实践表明，强风化构造带富水是隧道突泥涌水产生的直接诱因。要重视对水的处理，坚持释能降压、排水为主的原则，通过设置泄水孔、井点降水等措施降低水头压力；对断层内地质进行改良，使其有一定的自稳能力；开挖支护方法要得当，监控、应急等措施落实到位。

（2）水泥-水玻璃双液注浆，工期短，费用低，工艺简单，容易掌握，注浆压力小，施工安全，作为富水断层花岗岩段堵水效果好，宜优先选用，但应注意浆液配合比应根据试验及现场情况进行调整。

[1]《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）[S].

[2]《公路隧道施工技术细则》（JTG/TF60-2009）[S].

U455.49

A

1673-0038（2015）32-0307-02

2015-7-26

汪卫东（1973-），男，工程师，本科，从事高速公路施工管理工作。