试析高压富水地层超深埋特长隧道施工技术

吕小华 / 中交二公局第四工程有限公司

试析高压富水地层超深埋特长隧道施工技术

吕小华 / 中交二公局第四工程有限公司

在科学技术水平不断提高的21世纪，对道路的需要越来越高，但是由于我国道路修建起步比较晚和很多发达国家相比还存在很大差距，尤其是在高压富水地层超深埋特长隧道施工技术中出现了许多弊端。由于隧道在穿过高压富水地层的过程中，突发涌水、突水的现象经常发生，进而使隧道出现塌方以及支护出现变形的情况。对隧道的施工造成了一定的影响，严重的还会危及到施工人员的自身安全、破坏施工施工设备。因此，为了保障高压富水地层超深埋特长隧道施工可以正常开展，就要解决这些对人员和设备造成危害的因素。希望通过本文的分析对高压富水地层超深埋特长隧道施工技术有一定的帮助。

高压富水地层；超深埋；特长隧道；施工技术

引言：

在隧道施工过程中，高压富水地层对正常施工有很大的影响，尤其是对隧道支护的影响，高压富水地层受到岩层裂隙的影响，造成涌水、突水、渗水的现象，给隧道施工带来很大的难度，减缓了施工进度同时，还在无形中使隧道施工加大了成本。这种情况下建造出来的隧道非常容易出现塌方，甚至会造成人员伤亡。为了解决这种渗水的情况，施工人员会利用小导管超前注浆来隔断渗水的路径。但是隧道施工中岩层的分化程度不同，同时还掺杂着很多其他种类的岩层，

在进行判断涌水、突水的详细位置的时候就加大了难度，运用注浆堵水的效果也就不是很明显。因此，在进行隧道施工的时候，一旦约到非常复杂的地质情况，就要在施工之前做好地质调查，找出科学合理的方法来进行处理，以便于更好的进行施工。

1.工程概况

某隧道全长20km，由单车洞构成，而每两个单车洞之间的距离都在40米左右，隧道的纵断面也采取人字坡形，纵坡的范围在0.5%到30%之间。这条隧道的净空断面的面积在35-60平方米之间，同时还在距离600-800米的位置建造一个横通道。隧道在进行施工的时候，是由东西方向向中间开展施工的。其中东端8500m由中铁九局承建，西端11500m由中铁十四局承建。隧道的纵断面示意图见图1：

图1　某隧道纵断面示意图

从图1中可以看出，此隧道的地质情况比较复杂，隧道的埋深超过1500m，占据整个隧道全长的75%。最大的埋深为2400m。此隧道的洞深受到西北、东南方向的地质结构的强烈影响。此隧道中部的岩石主要是大理岩，在东西两端的岩石大多是砂板岩、绿泥石片岩。此隧道施工过程中主要的难题是怎样解决高压富水、施工通风、岩爆防治等问题。

2.施工方案的设计

由于此隧道地质结构比较复杂而且还有丰富的高压富水。大大增加了施工难度，在施工过程中经常发生突水和用水的现象，使得支护严重变形，出现大面塌方的问题。所以在设计施工方案中要重视水害的治理，在水害治理的过程中采用防水、堵水、排水结合的方式。此隧道处于岩石风化程度不同掺杂其他岩石的岩层中，使得隧道在施工过程中很难掌握涌水、突水的准确位置，增加了水害治理的难度。

2.1地质预报

2.1.1施工前预报

由于此隧道地质结构比较复杂而且还有丰富的高压富水，因此在进行施工之前要对建设隧道的山体的地质做一个详细的调查与分析，通常采用的调查方法有：高密度电阻成像法以及可控音频大地电磁探测法等两种。在测量以后，要整理出数据来对地质情况作出分析。为下一步施工方案的制定做准备。

2.1.2施工中预报

在隧道施工过程中通过TSP-203地质预报和水平地质钻取芯预报的方式，对隧道施工前方地质情况和高压富水区域进准确的分析和测量。TSP-203地质预报主要是为了掌握隧道前方土质结构和水文情况，对岩石的强度、裂隙发育情况以及岩含水性进行充分的分析。水平地质钻取芯的应用为了掌握岩石层中的具体情况和资料以便绘制地质结构柱状图。为接下来的施工提供技术指标【1】。

2.2地下水治理方案

此隧道工程中高压富水量比较大，涌水、突水的地段比较多。怎样有效的防止地下水，加快治理速度的同时还能使施工安全与进度得到保障，是非常重要的问题。通过研究发现，此隧道工程的地下水治理采用以堵为主，适当排放的原则，通过相关的模拟实验分析选择超前预注浆、择机封堵等相关技术，是治理地下水的有效措施。

2.2.1超前预注浆

目前在隧道施工中选择的超前于注浆是在原有的灌浆技术上，把压力控制加大的同时孔口管也要加大。当富水的压力在2MPa以下，那些超前预注浆的压力就控制在4～6MPa。也就是要保证灌浆压力是富水压力的2～3倍。如果富水压力在2～5MPa之间，灌浆压力就需要按照实际状况来确定，一般情况下选择的灌浆压力不要超过7MPa。如果遇到的富水压力超过5MPa，选择的灌浆压力高于富水压力的2～3MPa即可。

2.2.2择机封堵技术

在进行择机封堵施工的时候，首先要保证施工的安全，然后在地下水露出表面，设备进入超前出水点的一定范围后，再对地下水进行治理。能有效提高治理地下水的效率。

2.3岩爆防治技术

此隧道工程中平均深埋超过1500m的隧道占据隧道总长的75%左右，实测埋深1 350 m处最大主应力44. 2MPa,最大埋深2 375m处最大主应力70. 1MP，围岩强度和水平应力，达到岩爆的条件。通过技术分析，弱岩爆占据总岩爆洞段的20%、中等岩爆占据总岩爆洞段的60%、强岩爆占据总岩爆洞段的15%、极强岩爆占据总岩爆洞段的5%。因为在隧道中，强岩爆以及极强岩爆所占的比例非常大。 所以在岩爆防治技术中采用一些几种方式：

2.3.1建立超前应力解除、挂网、喷超细沸石粉添加剂、混凝土支护定一下岩爆防护体系，能有效控制岩爆对隧道造成的伤害。如果岩爆强度比较高，在建立临时支护以后立刻完善住户系统。

2.3.2在隧道中，发生岩爆以及遭受灾害最严重的位置就是掌子面的正前方，在选择锚杆和喷护的加固方法以外，还会采取了9孔和14孔超前应力解除爆破法，取得的效果也很好【2】。

2.4富水洞段混凝土喷射技术

通过调查发现，此隧道中高压富水洞段占据整体隧道的40%左右，隧道的支护方式主要是锚喷支护技术，因为时间的限制，高压富水的全部位置不能都采取防护措施，所以在喷射过程中采用线状或者滴状喷射混凝土的方式，对富水洞段混凝土进行喷射，既能保证隧道施工的进度，还能提高隧道的质量。

2.5特长隧道快速施工技术

此隧道施工的工期是50个月，这就要求每个月的施工进度将近200多米。在施工过程中既要治理地下水，又要进行岩爆防治、还要进行通风处理。同时还要调配相关的机械设备，这些问题每一个都会影响施工的工期。所以在此隧道的施工过程中，会采用下面几点措施来解决后部工序间存在的矛盾【3】。

2.5.1面对难度较大的岩石的爆破，可以利用小断面中孔大直径直眼分段掏槽爆破技术来解决，炮孔的利用率可以高达93%，甚至更高。

2.5.2在高压富水区域,通过减压分流，分次爆破的方式进行施工。在保证施工安全的前提下，保证施工进度

2.5.3使用进口设备与国产设备相结的设备配套模式,解决了隧道的快速施工。

3 结束语

综上所述，在进行高压富水地层超深埋特长隧道施工的过程中，通过对施工中碰到的问题进行分析与解决，提高了施工技术水平，还保证了隧道的质量希望通过本文的分析，对高压富水地层超深埋特长隧道施工技术提供一定的参考。

[1]李铮,汪波,何川,王均勇,程天健. 城市浅埋隧道穿越饱和砂土复合地层时适宜的施工工法[J]. 中国铁道科学,2015,01:75-82.

[2]马建,孙守增,赵文义,王磊,马勇,刘辉,张伟伟,陈红燕,陈磊,魏雅雯,叶飞. 中国隧道工程学术研究综述·2015[J]. 中国公路学报,2015,05:1-65.

[3]常志军. 广昆铁路秀宁隧道不良地质段综合施工技术[J]. 铁道建筑技术,2014,10:44-47+121.