大断面富水白垩系砂岩隧道施工技术

王 亮

（中铁十七局第二工程有限公司，陕西西安 710043）

0 引言

富水白垩系富水砂岩泥质松散，胶结程度低，遇到水流时很容易受到影响成为淤泥，导致施工难以进行。受到富水白垩系砂岩的干扰，在实际施工过程中，增加了多个斜井、竖井，但依然无法很好地解决泥沙问题，而且大大增加了施工成本，阻碍了施工进度。对此，需要遵循“超前降水、辅助注浆、加强支护”的施工工艺，同时，施工时也要根据施工地点的实际情况做好调整。

1 工程概况

某隧道所处底层地质组成主要为富水白垩系砂岩，隧道为两座单线隧道，其中左隧道长5883 m，隧道进口与出口皆位于半径1600 m 的曲线上，进口位置961.3 m，出口位置723.53 m，隧道中段1549.33 m 则位于半径1604.2 m 的曲线上。

2 白垩系砂岩工程特点及施工中的问题

2.1 白垩系砂岩工程特点

白垩系下统洛河组砂岩为长石砂岩，该类砂岩主要呈薄层状，且为斜层理，质地松散，极易崩溃，而整体岩层厚度很大。白垩系砂岩胶结程度很低，在遇到流水时容易被冲散垮塌，在地表时会受冲击成深沟，而在空气中很容易整体岩层崩裂，出现陡壁。白垩系砂岩质地极软，受到强压时很快崩溃。

2.2 施工中存在的问题

（1）在开挖隧道时，渗涌水现象出现频繁，对于施工进度造成很大影响。由于施工地层主要为白垩系砂岩，质地松散抗压能力差，隧道拱顶与拱脚皆与土层出现脱离，导致施工后工程质量降低。而且由于岩层易渗水，导致在施工时喷灌的混凝土受影响十分严重，与周围岩层的粘合度降低，甚至有混凝土块开始剥离脱落。这都导致施工进度被拖慢，施工成本大大增加，而工程质量无法保证。

（2）在完成混凝土的喷射作业后，渗涌水现象依然存在，地下水从初期支护表面渗出，导致隧道内部的施工地面泥泞不堪，阻碍了施工人员和施工设备的通行，施工也一度受到影响无法正常进行。

（3）在完成仰拱和二衬的施工后，由于砂岩渗水的问题，使隧道基地依然会出现因岩层松垮造成的沉降现象，给工程带来很大的安全隐患。

3 施工技术

3.1 隧道洞口以及洞身施工

（1）进洞施工。进行隧道洞口施工时，提前做好洞口排水系统的准备工作，并且施工时段尽量避开降雨季节，以减少岩层质地对施工的影响。通常，隧道洞口的施工都从上至下进行，且施工时的支护采用分层开挖搭建。隧道仰坡与明洞同时施工，以提高施工整体进程。之后开始进洞施工，可以在开挖出的隧道断面上架设钢拱架以加固施工作业结构[1]。

（2）明洞施工。明洞施工时很容易因为岩层的渗水或沉降而出现施工问题，为此，应在施工前做好准备工作，开挖排水系统，做好引水工作。明洞的开挖一般由外而内进行，且开挖时并非一次性到底，通常采取分层的形式以便时刻做好支护。当开挖到设计标准高度时要进一步检查隧道的基底是否满足施工标准，确保没有问题后可以开始架设支撑模板，绑扎钢筋网，随后开始浇筑混凝土。在确保浇筑完毕的混凝土达到施工标准要求后，对支撑好的拱圈搭设防水层。明洞回填工作一般以分层夯实的方式进行。

3.2 长短眼结合钻爆法开挖施工

为减少隧道洞身周围岩石对施工的影响，要降低施工时震动的程度，控制好施工开挖作业的频率和强度，并采用长短眼结合钻爆法施工，具体施工流程如下：

（1）设置2.4 m 每次开挖进尺。

（2）开挖设备使用风动凿岩机，并且在开挖前搭建钻孔台架，以非电毫秒雷管微差起爆法进行爆破作业。

（3）施工阶段做好责任分配与监督工作，做到责任分配到个人，时刻监督好施工人员、施工机械与施工位置，防止出现问题。

（4）爆破作业使用的炸药选取岩石乳化炸药，药卷直径32 mm，每卷炸药卷的长度都是200 mm，重量恒定在0.2 kg。放置炸药的槽眼为V 形，爆破材料为1～15 段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆。

（5）掏挖放置炸药的槽眼要严格按照槽眼间距30～50 cm，周边眼间距45～50 cm，辅助眼间距80～120 cm 的标准进行。

3.3 降排水

（1）超前泄水孔降水。在进行掌子面的钻设时，很容易因为周围岩层水量较大时发生渗涌水现象，导致施工质量受影响，施工进度减缓，施工成本大大增加。因此要在施工前先钻设超前泄水孔以便进行降水排水。泄水孔的钻设使用管棚机施工，钻孔与掌子面互相垂直，孔深40 m，直径127 mm。图1 是孔位布置示意图。

（2）掌子面流水引排。掌子面的工作面很容易产生积水，造成施工困难影响施工进度，所以要对掌子面进行排水作业。在掌子面上下两侧的拱脚部位布置临时的排水沟渠，将掌子面的积水引流至提前准备好的集水处。临时设置的排水沟呈梯形排列，下口宽30 cm，下口为上口两倍宽度。排水沟使用挖机挖掘，沟底铺设防水板[2]。

（3）初支背后流水。初期支护在搭建完毕后容易形成积水，一般在混凝土后。一般在初期支护拱脚处钻设泄水孔，钻孔深度为3 m，钻孔完成后导入引水管排水。

（4）顺坡排水。顺坡排水主要依靠提前开挖好的排水沟来进行，通过掌子面的排水沟将水流引到集水井中，而集水井中的污水最后会引流至污水处理池做最后处理。

图1 超前泄水孔孔位布置

（5）反坡排水。反坡排水比顺坡排水难度大，主要依靠排水泵排水，根据隧道坡度排布水泵。

3.4 淤泥处理

侧沟和集水井内的淤泥无法靠设备进行清理，必须依靠人工清理，其余部分需要人工配合清洁设备清理。

由于掌子面表面容易出现渗涌水现象，施工面的砂岩残渣会被渗出的流水软化形成淤泥，影响施工通道内人员与车辆的通行，导致施工受到影响。对此，一般采取回填碎石的方法，并且在厚约1 m 的碎石表面铺设钢板（图2）。

图2 已施工仰拱至下导之间道路回填示意

3.5 初支背后注浆

（1）由于砂岩层质地松散，在搭建完初期支护之后往往会出现支护背后岩层松垮的现象，为提高围岩的强度和稳定性，需要对支护背后进行注浆作业。

（2）初护背后注浆要点：①时刻控制好注浆压力，压力过小注浆效果不佳，压力过大会造成支护受力变形；②注浆管与初期支护接触位置必须完全封闭，一旦出现空隙造成漏浆，注浆作业效果无法保证。

3.6 液压栈桥仰拱及填充施工

仰拱处浇筑的混凝土浇筑完毕后，容易受到荷载压力影响，导致其在未达到理想强度前产生形变，因此要对仰拱和填充的混凝土进行全幅浇筑。

进行大断面隧道的施工时，必须时刻关注地质预报并且加强相关工作。地质预报依靠液压钻孔台车获取施工场地地质情况进行，通过钻孔车的钻挖及时了解开挖方向地质情况，避免出现工程事故。一般来说，钻孔台车的挖掘深度≤5 m，另外保留2.5 m 作为探水作业，防止开挖时出现突发性漏水渗水。施工时，如果出现突发性渗涌水现象，并且涌水量超过标准量，需要及时封堵[3]。

4 结束语

综上所述，大断面隧道施工是一个非常复杂、难度极高的过程，会遭遇各种问题。施工前，必须做好施工项目设计，提升施工技术，施工时做好监督和监测，保证工程的质量与效率，确保隧道施工建设顺利完成。