浅谈全强风化花岗岩地层隧道施工难点及防护

刘大伟

（中国铁路昆明局集团有限公司滇西铁路建设指挥部，云南大理 671000）

1 工程概况

勐麻1#隧道项目位于我国云贵高原西南部地区，隧道全长达到了2328m，隧道洞身最大埋深174m，最小埋深6m。纵向设计为人字坡，变坡点在DK202+200 处。在坡度方面，由+4‰增长到+16‰。具体施工期间，将隧道分为两个施工区：进口区、出口区，隧道进口、出口均采用明洞门。其中，进口采用的是双耳墙形式，出口采用的是单压形式。进洞口与南令河大桥相连，出洞口与回龙河大桥相接。其中，图1 为隧道工程施工现场图。

图1 隧道施工现场

2 工程地质与水文状况分析

勘测资料表明，该隧道的围岩级别属于Ⅴ级。由于工程现场位于欧亚板块和印度板块的相交位置处，在受到板块碰撞作用的影响下，工程现场的构造形迹相对复杂，并且存在着强烈的沉积作用以及岩浆活动、变质作用，场地区域构造主要是下南来断裂、半坡横断裂。①半坡横断裂为逆断层，向北东向延伸3.2km，断裂倾向北西，倾角45°，断裂带的宽度达到了10m，有石英脉相伴产出。走向N45°E，倾向NW，该距离场地最小距离2.4km。②下南来断层向北西向延伸3.2km，断裂倾向向北东，倾角介于25°～66°之间。勘测工作发现，隧道周围岩体存在着明显的压碎、褪化现象，并且分布着平行裂面，填充物质主要以石英脉和断层泥压碎岩为主，裂面呈现出舒缓的波状，其走向为N28°W，倾向NE，裂面距离场地最小距离1.5km。线路主要经过印支期侵入体（γm51）黑云混合花钢岩、二长混合花岗岩。受构造及风化影响，节理裂隙发育，风化严重。③在施工区域范围内，地表分布着南町河，属怒江水系河流，受降雨控制，水位变化较大，由南向北流全长311km。分布于隧道进出口及洞身上主要河流有南令河、回龙河等，河流均由东往西流，并流入南淀河，勘测期间为雨季，水面宽为3～8m，水深介于0.1～1.5m，流量主要在0.2-1m3/s 之间。在受到大气降水与基岩裂隙水的影响下，河流中常年有流水，但流量随季节性变化明显。地表水对混凝土结构无侵蚀性。

3 施工难点分析

首先，在本隧道项目中，围岩级别属于V 级，隧道的进口、出口段主要以粉质黏土层与全风化层为主，土层的覆盖深度较厚，边坡容易出现失稳问题。其次，由于围岩的等级较低，因而施工期间的支护工作难度较大，施工区域的地质环境较为特殊，施工时存在着较大的安全风险。此外，本工程施工的重难点主要体现在施工过程中可能发生围岩失稳等地质灾害。另外，隧道在穿越断层破碎带期间，可能引发塌方问题。

3.1 边坡失稳

相比于其他岩层结构而言，全强风化花岗岩中含有较多的云母，使得土体结构的松散性大大提高。同时，全强风化花岗岩的水稳性相对较差，因而极容易引发边坡失稳问题。此外，边坡岩土体主要处于受压状态，不存在应力集中现象。在受到开挖施工的影响下，岩体将受到不同程度的扰动，随着扰动区域的不断增大，边坡岩土体无法继续维持原来的稳定状态，因而容易引发滑坡等问题。鉴于此，隧道施工过程中要尽可能降低开挖扰动效应，并及时做好支护工作。

3.2 坍塌、冒顶问题

大量工程实践表明，在开展隧道项目施工期间，如果施工现场的花岗岩处于全强风化的状态，那么将对隧道施工产生极为不利的影响。受全强风化作用的影响，围岩结构呈现出砂土状，其稳定性大大降低。如果围岩中的含水量较少，那么在围岩开挖期间容易引发滑塌问题。但是，随着施工现场的含水量的不断增大，在受到围岩蠕变特性的影响下，变形控制难度将大大增加，并且会给施工环节带来极大的风险。另外，由于花岗岩较为致密，渗透系数相对较，因而还会对注浆加固工作带来一定的不便。在进行勐麻1#隧道施工时，掌子面出现了大范围的坍塌，变形问题。

4 全强风化花岗岩地层隧道施工防护措施分析

4.1 采用光面爆破，加强对超欠挖问题的控制

①爆破期间通过对隧道岩性结构以及围岩级别做出分析之后，最终决定采用光面爆破技术进行施工。每一循环爆破工作之后，对本次的爆破效果做出深入的分析，并结合爆破效果对爆破参数做出合理的调整。需要注意的是，爆破过程中应确保轮廓的圆顺效果，防止超挖、欠挖等问题的发生。②为避免施工期间出现超欠挖问题，主要采取了以下措施：首先，严格落实定人、定岗、定责机制，将各项施工责任严格落实到个人。同时，建立了相应的奖罚机制，提高爆破作业的管理质量。其次，在每一循环爆破开始之前，要严格做好掌子面的测量放线工作，对于开挖的轮廓线进行明确的标注，并对炮眼位置进行严格把控。

4.2 加强衬砌施工质量管控

在本隧道工程中，二次衬砌的仰拱、边墙以及拱顶位置处，主要采用防水耐腐混凝土进行施工。具体施工期间，用到了12m 衬砌台车，并对其进行整体浇筑。工程中所使用的混凝土主要来自拌合站的集中拌合，并根据施工需求输送到相应的浇筑地点。之后，再利用泵送装置将混凝土泵入到衬砌台车模板内。测量发现，本工程中衬砌结构的变形量达到了预计总量的80%以上，变形速率也存在逐步减缓的发展趋势。通过做好衬砌施工质量的管控，能够有效防止坍塌、突泥突水等问题的发生。施工环节中，应重点注意以下问题：首先，施工之前要对衬砌台车进行准确的定位，确保隧道中线位置和衬砌台车的中线位置保持一致。之后，要做好拱墙模板的固定工作。此外，还要对基底存在的杂物、积水以及浮碴等物质进行清理。混凝土浇筑期间，要严格遵循“自下而上、先墙后拱”的原则进行浇筑，并且要提高浇筑过程的对称效果。为避免混凝土发生离析等问题，施工时要将混凝土的倾落高度控制在2m 以内。如果倾落高度超过了2m，要使用专门的滑槽、串筒等工具，使混凝土顺利的被输送到预留的孔口处。另外，为提高混凝土浇筑环节的密实效果，使用了高频振捣器对混凝土进行振捣。当混凝土的强度达到2.5MPa，就可以着手开展脱模工作。脱模之后，要利用喷雾洒水的养护方式对混凝土养护14d。其中，图2 为衬砌结构示意图。

图2 衬砌结构

4.3 超前地质预报

通过做好超前地质预报，可以为施工方案与相关防治措施的制定提供重要依据。在本隧道项目的施工期间，对重点地段进行了超前地质预报，主要采用的方法为超前钻探、地质素描。具体实施过程中，首先对设计工作反映出的不良地质地段，提前做好前方50m 的探测。探测时用到了TSP203 型号的地震波探测仪。一方面，在开展超前水平钻孔工作时，在每个断面布置了五个孔，并从其中的一个钻孔中钻取岩芯。超前水平钻孔每30m 循环一次，每次循环搭接的长度控制为5m。另一方面，每掘进循环一次，就进行一次地质素描。这一过程中，主要用到的设备是地质雷达。此外，通过对几种不同的探测手段进行综合应用，并对探测结果做出综合性的分析与验证，进而为施工工作提供相应的建议。合理开展超前地质预报，对于坍塌、冒顶等问题的预防和治理发挥了重要的作用。

4.4 防水施工技术措施

隧道衬砌结构存在着不同程度的渗漏水问题，这主要是由于地下水的处理方法不合理，并且衬砌结构的质量不达标。施工时按照要求采取了一级防水标准，具体的应对措施如下：①积极做好洞口、洞顶排水。根据设计要求，施工期间在洞口、洞顶地表位置处修建了排导水沟，进而确保排水环节的畅通性。为有效解决地表水的下渗问题，施工时对地表洞穴进行了封堵。②在衬砌结构的后面修筑了排导系统。在衬砌结构的后面设置环向、纵向排水盲管，并对排水盲管的间距进行了严格把控。③提高防水层的施工质量。施工环节中所选用的专业防水材料均满足质量要求。防水板施工期间使用了无钉铺设施工工艺，铺设之前对锚杆头等相关杂物进行了全面的清理。对于防水板接头位置的处理，采用的是双缝焊接的方式。

4.5 变形控制技术措施

首先，施工期间对开挖循环进尺进行了严格的管理，进尺长度不能超过2m。同时，缩短了台阶的长度，施工时台阶长度不能大于洞径。其次，加强施工测量工作，对二衬混凝土的施工时间进行严格控制，防止围岩变形所引发的开挖断面变小的问题。此外，断面开挖过程中要适当增大断面的尺寸，预留相应的变形量。

5 结束语

在进行全强风化花岗岩地段的隧道工程施工工作时，围岩主要呈现砂土状，其稳定性较差、强度较低，因而围岩变形控制有着一定的难度，施工风险相对较高。具体施工环节中，要加强对各项防护措施的应用，避免出现坍塌、边坡失稳等问题。