浅埋富水全风化花岗岩大断面隧道施工安全技术控制

黎金

摘 要：隧道是重要的控制性工程，其对施工安全技术有很高的要求。特别是当隧道工程遇到超浅埋富水全风化花岗岩大断面时，由于岩层风化严重且土体含水率较高，导致其结构的稳定性较差，在开挖过程中极易发生位移变形等问题，对施工人员及现场机械的安全构成了严重的威胁。因此施工单位应充分了解隧道工程区域的地质水文条件，制定合理且符合现场实际情况的安全措施，以保证施工顺利进行。

关键词：超浅埋富水;全风化花岗岩;大断面;隧道工程;施工技术

以大岭隧道为例，结合相关文献记载内容我认为浅埋富水全风化花岗岩大断面施工时，应从以下几个方面着手安全控制。

1 大岭隧道基本概况

1.1 工程概况

大岭隧道位于揭阳市境内，设计里程DK81+200～DK82+372，全长1 172 m。隧址区出露的地层岩性主要为第四系残坡积土层（Qel+dl）。粉质黏土，红褐、黄褐色，硬塑，土质不均，黏性较差，厚度2.0 m～12.9 m。主要分布于山体斜坡表层，隧道山顶处分布较薄，隧道进出口及浅埋段较厚。下伏基岩为燕山晚期第二次侵入黑云母花岗岩（γy2）。下伏基岩为燕山晚期第二次侵入黑云母花岗岩，全风化，褐黄色，黑云母花岗岩原岩为中粗粒结构，风化后呈砂土状，层厚约12.4 m～42.0 m;其下强风化，节理裂隙发育，呈碎块状、块状，厚约2.0 m～18.0 m，其下为弱风化，花岗结构，块状构造，主要矿物为石英、长石及黑云母等，岩质坚硬，物探揭示弱风化基岩纵波波速为4 100 m/s～5 450 m/s。

1.2 大岭隧道施工难点

从2018年5月持续到2018年8月，初期支护的沉降、变形较大，并多次发生小规模坍塌，长时间的沉降、溜坍累积导致地表出现下陷开裂，同时增加了透水通道，这段时间正是该地区的雨季，降雨非常集中，且当年的雨量明显大于往年。地表裂缝增多进一步加剧地表水的下渗，降低隧道周边围岩的物理力学性质，加快了初期支护的沉降、变形和局部溜坍的次数。

2 浅埋富水全风化花岗岩大断面隧道施工安全技术措施分析

2.1 加固地表预处理施工安全技术措施

2.1.1 截排水施工安全控制要点

在隧道工程施工前，施工单位应详细勘察工程全线，应提前采取排水措施。同时应对浅埋区域进行压实处理，确保其地表平整，且应设置排水沟。浅埋区如有地表径流存在的，应采取改流措施，尽量绕避施工区域，以防止隧道顶部有积水形成，为其顶部排水创造条件[1]。此外，如果需要采取袖阀管注浆处理的，应在施工前在相关区域设置环向截水沟作为临时性的汇水截排设施。

2.1.2 注浆加固施工安全技术要点

由于大岭隧道工程洞口段埋深较浅，施工初期通过大管棚注浆方式对浅埋富水全风化花岗岩进行有效的加固处理，但效果不佳，结合施工现场的实际情况，与设计院沟通后，采用地表注浆的方式对其进行预加固，以保证施工的质量安全。地表注浆前由设计院出具试验段详细注浆方案，通过地表注浆处理措施，加固岩体，增加岩体的自稳能力，减少溜坍现象，提高换拱时安全性，地表注浆加固范围为拱部以上8 m，左右边墙外5.5 m范围，注浆孔间距1.5 m*1.5 m，等边三角形布置。施工过程中结合现场的实际情况以及现场试验科学确定注浆分段长度、注浆压力、注浆速度、浆液水灰比以及凝结时间等，以确保预加固处理效果能够达到施工要求。

2.1.3 降水施工安全技术要点

为了使施工区域的地下水水位降低，采用了井点降水技术进行降水处理。降水施工时应选择与隧道工程开挖轮廓线外侧相距约5 m处设置降水井，且井点布设应采取双排对称方式，并要合理控制其纵向间距以及井点布设数量[2]。在钻进成孔作业中可以根据实际情况选择水压法与清水钻进技术相结合的施工方式，且应合理控制降水井直径以及深度等各项技术参数。在布设滤管时，应用尼龙网对其外壁进行缠绕包裹。施工单位可以首先施作降水井3口左右，并通过现场抽水试验以优化工艺参数以及井间距离。如果在试验中发现单井出水量未达到预期时，应改用真空降水等其他降水技术。

2.1.4 处理地表裂缝施工安全控制要点

在隧道洞身开挖过程中应指派专业技术人员对地表开裂或者沉降等情况进行连续动态观测，一旦发现异常时应及时采取砂浆封堵等措施，以避免对隧道结构造成破坏。

2.1.5 超前支护施工安全技术措施

在对浅埋富水段进行支护施工时，要结合现场情况对支护设计的可行性进行审核，以保证施工的安全。在大岭隧道施工实践中采用的是小导管密排超前支護技术，利用风动凿岩机通过导向孔将小导管插入推送到位，然后利用注浆充填技术施作支护结构，以确保支护结构的稳定性和安全性。

2.2 隧道开挖支护施工安全控制

2.2.1 开挖施工安全控制要点

在隧道开挖施工中采用的是预留核心土的三台阶开挖技术，上台阶开挖施工时，每次应只完成一榀钢架的施工，而在开挖中下台阶时则应结合具体的地质条件进行相应的调整，下台阶与仰拱同时开挖，以便初支及时成环。同时在上、中台阶局部设置临时仰拱结构，使隧道上断面的初支及时封闭成环，控制隧道沉降。

在开挖时应合理配置施工机械，并要适当结合人工作业方式，尽量避免出现扰动周边岩体稳定的现象。出现弱风化圆球状夹杂在强风化砂岩中时，这种情况是较难处理的，采用液压手持式劈裂棒方法进行处理。

在对富水较大施工段进行开挖时，预留沉降量应结合现场实际控制，而较小富水地段的沉落预留量则应控制在50 cm左右。在开挖过程中应加强对围岩结构稳定性的观测，并及时对开挖步距和进尺等工艺参数进行相应的调整，一旦发现沉降明显超出允许的范围时，应立即改用单工序循环作业方式，以保证施工的安全。

2.2.2 支护结构施工安全控制要点

在浅埋富水全风化花岗岩大断面隧道施工应采用多种加强支护技术，以保证施工的安全。其中钢架加强支护结构应采用全环设置方式，在施工时增加了纵向连接和拱脚钢垫板，施工人员应合理控制钢板规格以及环向间距，并要确保工字钢连接牢固。在施作加强锁脚锚管施工时，应在上台阶拱脚上方约30 m处以及中下台阶钢架的每榀两侧分别设置锁脚锚管，且其向下倾角应控制在30°左右，然后用焊接方式将L形钢筋与钢架固定在一起，并将φ22钢筋插入锁脚锚管内，之后进行注浆作业。由于隧道洞内存在较大收敛，为有效控制收敛应采取施作临时仰拱的施工技术。应合理控制混凝土的喷射厚度以及拱架环向间距，以保证仰拱的结构的稳定性。为了防止仰拱和下台阶在开挖过程中发生溜塌事故，施工过程中可以根据实际情况采用插打钢桩、坡脚反压、挂设钢筋网以及喷射混凝土等多种辅助支护技术，以保证开挖施工的质量安全。

2.3 注浆施工安全控制要点

在径向注浆施工时，要严格按照设计标准配置浆液，准确掌握注浆充填作业的各项技术要点，以确保将围岩与初支结构间空隙填注饱满密实，以形成具有较高整体性的共同承载结构，从而达到增强初支以及围岩结构稳定性的目的。

2.4 引排水施工安全控制要点

施工过程中应在隧道洞内设置引排水设施。如果出水主要为线状时，可以将渗水盲管埋设在核心土以及初支结构背后，以便及时引出出水。如果出水主要呈股状时，则应设置导管进行引水。如果隧道内部分地段未设置降水井且其地下水位较高时，则可以通过设置超前水平排水孔方式降水。同时，应按照200 m的间隔在隧道洞内一侧设置集水坑，并利用水泵在集水坑间进行接力抽水，以便统一对污水进行收集以及净化处理。

3 总结

浅埋富水全风化花岗岩大断面隧道在施工过程中存在较高的安全风险，其施工技术难度较大。应充分了解工程区域的地质水文特点，严格遵守相关的施工技术规范，合理选择相应的加固处理以及降排水等施工技术工艺，熟练掌握各项施工技术要点，提高施工操作的规范性和准确性，同时在施工过程中应加强对现场情况的监测，并根据监测数据对现场施工技术进行及时的调整，以保证施工的安全。

参考文献：

[1]张涛.富水浅埋全风化花岗岩地层隧道施工降排水技术研究[J].工程技术研究，2019，4（4）：97-99.

[2]吴金建.全强风化花崗岩大断面隧道施工技术研究[J].铁道勘察，2018，44（4）：103-107.