红层软岩隧洞施工技术措施初探

薛启锋，田 奇，姚丽春

(1.云南省滇中引水工程有限公司，云南 昆明 650000；2.水利水电第一工程局有限公司，吉林 长春 130000；3.云南水投牛栏江滇池补水工程有限公司，云南 昆明 650000)

软弱围岩由于强度低、稳定性差等特点，在隧洞施工中常引起大变形。随着我国交通、水电、水利、桥梁等设计施工技术的持续发展，隧洞工程建设过程中时常与软弱围岩“打交道”。成兰铁路软岩隧道、丹巴水电站软岩隧洞、白龙江引水工程、向家坝灌区工程、引汉济渭秦岭隧洞、港珠澳大桥岛隧工程等工程在施工中不断实践尝试，最终成功解决隧洞软岩大变形的难题，为我国软岩与软基工程建设提供了技术支撑。

哈巴雪山隧道地处青藏高原东南缘，受高地应力、板块构造挤压、断裂带活动影响，软岩大变形等地质问题突出，施工过程中，隧洞围岩在高地应力作用下挤压揉皱呈粉状，开挖累计发生大小溜塌200多起，已浇筑完成的钢筋混凝土衬砌溃裂。为攻克软岩大变形施工难题，隧道建设指挥部通过优化施工工艺技术，采用超前中导洞释放地应力、二次扩挖，并对正洞加强支护的方案解决了该技术难题。木寨岭隧洞具有地质构造复杂、地应力高、岩体软弱破碎、围岩变形大等特点，软岩大变形情况严重，经不断实践尝试与总结，最终在扰动区主动重构围岩刚度，诱导应力调整，提高围岩刚度，同时通过锚索支护系统，将松散岩体压实形成整体结构，提高隧洞围岩稳定性。昌宁隧洞地处滇西横断山区，岩石风化极其严重，节理裂隙极发育，岩石强度低，围岩吸水软化崩解严重，涌水、突泥频发，软岩大变形问题突出，施工进度缓慢，通过应用NPR锚索支护技术成功解决软岩大变形问题。保康隧洞位于湖北省保康县境内，全长1.4km，是郑万高铁最长软岩隧洞，隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩占比98.7%。在隧洞施工中，在软弱围岩条件下进行大断面开挖，施工难度极大，建设者依托信息化管理云平台和智能融合数据中心，为隧洞机械设备安装专业软件，通过数据收集、分析、导入，建设者可实时监控调整施工参数，有效控制了隧道变形。成兰铁路松潘隧洞位于青藏高原东侧的四川省松潘县，隧洞全长8048m，海拔近3000m。由于隧洞跨越青藏高原东侧的地震断裂带，隧道地质层间挤压破碎，层理产状变化大，节理裂隙发育，岩体完整性差，遇水软化后易发生软岩大变形。据此研发了“隧道微三台阶上部核心土施工工法”，缩短支护成环距离及时间，同时配套采用同步径向注浆施工技术，成功解决了破碎围岩施工的风险，确保了隧洞平稳有序的推进。滇中引水工程软岩隧洞在施工过程中，软弱围岩下沉、变形、坍塌多发，项目部围针对隧道软弱围岩发育的情况，及时加密超前地质预报，一旦发现涌滴水，立即导孔引排，在超前管棚、注浆加固等施工技术基础上，调整支护参数，控制隧洞变形。

1 工程实例概述

本文以滇中引水工程红层软岩隧洞鲁支河隧洞为研究实例。隧洞全长4755m，设计断面尺寸8.26m×8.96m，进口与九道河倒虹吸相连，底板高程1923.810m，出口接鲁支河渡槽，底板高程1922.859m。隧洞穿越地段属低中山地貌，主要山脊、河流一般NNE向展布，沿线地面高程2020～2160m，最大山顶高程2207m，位于隧洞中段。隧洞岩性主要为泥岩和粉砂质泥岩。沿线断层构造发育，属楚雄段断层发育最为密集的隧洞，受两条区域性大断裂影响，次级断层发育较密集，断层构造线方向为近SN向、NNE向，与隧洞轴线方向中等～大角度相交。隧洞沿线无大的地表水，地下水主要赋存于基岩裂隙。

2 工程地质问题分析

鲁支河隧洞埋深不大，软岩、较软岩洞段分布多，断层构造较发育，隧洞穿越断层洞段可能发生软岩挤压大变形问题。根据前期勘察成果统计分析，可能发生极严重挤压变形洞段主要分布在LZHT000+920～LZHT000+977、LZHT001+560～LZHT001+600、LZHT002+074～LZHT002+124、LZHT002+521～LZHT002+589、LZHT002+862～LZHT003+316、LZHT003+752～LZHT003+981段。鲁支河隧洞断层构造发育，共发现了13条Ⅲ级及以上结构面，其中I级区域性断裂2条，Ⅱ级5条，Ⅲ级断层6条。在穿越断层洞段，施工期可能存在风险等级高～极高的各种变形破坏。隧洞断层构造发育、与地表冲沟连通、局部岩体透水率较强，隧洞涌水问题较突出。在LZHT001+560～LZHT001+600、LZHT001+600～LZHT002+074、LZHT002+074～LZHT002+124、等洞段外水压力≥0.5MPa，最大外水压力约0.83MPa，局部面临高外水压力问题。隧洞工程地质条件复杂，断层发育，围岩稳定条件差，Ⅲ1类围岩全长0.447km，约占鲁支河隧洞总长的9.4%，Ⅲ2类围岩全长0.358km、约占7.5%，IV类围岩全长0.961km、约占20.2%，V类围岩全长2.989km、约占62.9%，其中Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段合计占比83.1%，隧洞围岩稳定问题突出。

3 施工对策探讨

3.1 软岩洞段施工方案

鲁支河隧洞断层发育，围岩稳定条件差，隧洞施工存在围岩稳定及大变形问题；鲁支河隧洞前段以“滇中红层”沉积岩地层为主，隧洞施工存在断层洞段围岩稳定及大变形问题。支护侵限，衬砌开裂等现象，严重时将导致洞顶垮塌，隧洞总体工期造成影响。因此，软岩洞段施工可按如下对策进行：严格按“新奥法”施工。针对不同围岩类别洞段加强变形监测，分析统计隧洞开挖后变形规律；做好初期支护。根据围岩情况做好喷锚、挂网及钢支撑支护，及时调整钢支撑间距；加强地质预测预报。全洞段采用地质素描、物探、超前钻探等方法对滇中红层软岩洞段实施超前地质预报；在断层揭露、软岩发育、埋深大的红层洞段，采用超前灌浆方式加固围岩；破碎带等不良地质洞段采取短进尺、弱爆破、多循环、勤预报等方法减少围岩挠动，视围岩变形程度进行钢支撑加密，确保开挖洞室稳定安全。

3.2 施工安全保障措施

该隧洞工程实施过程中安全风险因素多，挤压构造变形复杂，地下水位高，围岩条件差，不良地质洞段类型多，易发生变形、塌坍、突水涌泥等风险。施工中运用特种设备多，在混凝土拌和设备安装、钢模台车安装、洞外排水泵站施工、控制建筑物设备起重吊装等方面，存在诸多安全风险。洞室开挖过程中涉及到大量民爆物品的审批、运输、储存以及使用监控，民爆物品安全管理工作任务繁重，安全管理要求严格等，针对各高风险因素，留足洞室安全检测监测能力、排水通风能力、应急救援能力等，将可能遭遇的各类风险危害程度降至最低。

施工中做好施工地质超前预报及专项超前预报的配合工作，项目部及时掌握地质测报信息；钻爆法开挖不良地质洞段的时，结合前期地勘资料，对地下洞室通过断层破碎带、涌水、高地应力段等不良地质地段制定相应的预防措施，加强施工期安全监测，在严密的安全监控下施工作业，保证施工安全；为控制地下水排放或维护洞室稳定，对于涌水风险较大的洞段，采取边挖边衬的施工措施，衬砌混凝土与开挖掌子面的距离根据围岩情况不大于50～120m；加强安全监测，反馈安全施工。项目开工后，组织技术、安全、监测部门对隧洞地质情况进行专题研究，对支洞进口、主支洞交叉口及不良地质结构进行稳定分析，编制临时监测实施措施，做好相关技术准备工作。施工过程中加强监测，如变形速率加快或突变，立即通知地质、设计、监理及业主等到现场研究处理方案，保障施工安全。

4 结语

滇中红层软岩隧洞施工难度大、安全风险高，鲁支河软岩隧洞建设形成了一套红层软岩隧道大变形控制施工技术措施，为我国高原红层铁路隧洞施工提供了极有借鉴和推广价值的经验，同时填补了国内相关红层软岩隧道施工领域的技术空白。该隧洞工程的建成，解决云南省内长期存在的水资源分布不均问题，保障区域供水安全，满足地区生活、农业与工业用水需求。下一步，应研发构建红层软岩隧洞自动化监测预警体系，通过隧洞监测数据研判洞内围岩及支护结构状况，掌握隧洞地质环境动态变化规律，预测其变化趋势，及时反馈设计采取合理措施进行防治，降低施工危险性。