浅层穿越水库隧道施工技术及围岩稳定性分析

浅层穿越水库隧道施工技术及围岩稳定性分析
南龙铁路资坑隧道下穿资坑水库泄洪渠，为浅埋、富水、软弱土层地段，施工困难，风险极高，施工过程中，采用地表注浆加固地层止水，水平定向旋喷桩管棚植入结合Ⅱ型超前小导管超前支护，通过综合加固围岩、优化施工工法、三分断面形式、调整施工设备等措施，顺利穿越了复杂地层，有效提高了施工进度。

本文将从影响围岩稳定性的主要因素以及评价其稳定性的方法两个角度分析浅层穿越水库隧道的围岩稳定性。

标签：浅层穿越水库；隧道；施工技術；围岩稳定性
1、导言
现阶段在我国修建的众多地下工程当中，最为普遍的一种就是水库隧道，但在实际的施工过程中，由于围岩条件往往存在较大的不稳定性，极易发生变化，因此曾经在修建过程中屡次发生事故，为国家和施工人员蒙受巨大损失。

2、工程概况
资坑隧道位于福建省永安市上坪乡，设计为单洞双线隧道，全长3847m，埋深最大处173.9m；线路于DK118+950前后下穿资坑水库泄洪渠，距离水库拦水坝约70m。

下穿浅埋段，最小埋深6m，变质砂岩，强风化～弱风化，强风化，灰白色，岩体破碎；弱风化，青灰色，岩体相对完整，局部节理发育。

地下水主要为裂隙水，较发育，最大涌水量4901.1m3/d。

沟谷地表水较发育，淤泥覆盖层厚度大，地表水易下渗。

下穿浅埋段，地形高差大，沟谷发育，呈“V”型深切河谷，多发育小溪，纵坡较大，水流较急；旱季流量小，雨季流量增加数倍；浅埋段围岩处于强弱风化界面附近，淤泥覆盖层厚、岩体较破碎，开挖时易发生突泥涌水、冒顶等工程灾害。

3、浅层穿越水库隧道施工技术要求及围岩稳定性
3.1必须保护好环境
浅层穿越水库隧道施工本身工程量比较浩大，而且在通常情况下也是整体隧道工程的重点工程，因此需要对其保持高度的注意。

首先在水库隧道施工当中必须做好环境保护工作，包括保护内部和外部环境。

水库隧道的施工空间往往比较狭小，并且为了保障能够在工程期限内顺利完工，常常需要在施工环境当中同时进行多个工种施工，因此无可避免的会产生各种污染；另外水库隧道施工必然会产生大量的施工污水以及施工噪音，对周边居民的日常生活产生一定影响，因而在浅层穿越水库隧道施工当中必须保护好环境，坚持绿色施工、可持续施工。

3.2工程需内实外美
圬工是新疆地区浅层穿越水库隧道施工当中的一项重要工程，主要有混凝土以及干砌等工程组合而成，因此在施工过程当中需要坚持“内实外美”的原则，所谓内实指的就是需要通过密实捣固和喷涂混凝土，并且将其与围岩进行紧密结合，回填石料以及支护等也需要确保其密实程度。

所谓的外美指的就是尽可能保证混凝土表面的美观程度，进而在提升工程密实程度保障工程质量的基础之上使其具有极佳的审美性。

4、浅层穿越水库隧道施工技术分析
4.1地表注浆加固地层
注浆材料：采用双浆液水灰比1∶0.8∶0.2水玻璃（浓度为30～45波美度为宜）掺入量20%。

结合现场试验，调整优化注浆材料的掺配比例。

注浆范围：纵向50m，横向30m。

固结范围：隧道拱顶开挖线外围1.0m范围进行固结，其余地段注浆固结至内轨顶面标高以下2m，注浆范围内施作止浆盘。

见图1所示。

图1 地表注浆横断面图
注浆方式：采用分段后退式注浆，以保证注浆压力和注浆效果。

注浆顺序：注浆时，两排最外侧注浆管先施作，然后向里按顺序注浆；单排注浆孔为先两端后中间，交错间隔施作。

注浆结束指标：各段土层注浆量低于20～30L/min，或设计注浆量与已完成量基本相等，并达到设计终压后稳定10min及检查吸水量小于1L/min，注浆后固结体抗压强度≥0.3MPa。

注意事项：注浆时钻孔应严格按照孔位开孔，钻机立杆方向需要精准控制，以保证导向管的方向垂直，偏斜率不大于1%。

采用分段注浆施工，注浆中应采取措施，尽量减少浆液串入套孔外，增加上提套管的困难，贻误工期；注浆参数通过试验完善、调整；施工前，代表地段进行压水试验，验证岩层单位体积的吸水性、孔隙度、渗透率等值，为确定浆液掺配、扩散范围等值提供依据，过程中遇到异常情况及时分析原因并处理，避免留下施工隐患。

4.2钻孔排水法
在新疆地区由于常年缺乏降水，同时日照充足因此导致部分地区的岩体非常坚硬，而干燥的气候使得该类岩体容易产生裂缝，部分砂土以及水流将会从裂缝中流泻出来，特别是开挖前方存有排水或滞水层，因此需要使用钻孔排水法处理涌水，从而加大围岩的稳定性，保障工程实现高质量。

钻孔排水法主要通过超前排水孔，目的是能够使得滞水自行流出，为避免大量砂土从裂缝中流泻或喷射而出，可以将钻孔向下倾斜十到二十度左右。

4.3正洞不平均三分法开挖
开挖过程中，一旦出现过量下沉，地表注浆、单排帷幕水平旋喷、管棚等超
前支护加固的止水效果将大大缩减，造成洞内出水量加大，水又会给开挖作业带来极大的困难，加大坍塌的可能，施工安全风险也随之变大。

现场通过地质雷达扫描、超前探孔证实，隧道开挖轮廓线范围，拱顶3m范围内为全～强风化，3m 以下大部分为中～弱风化，节理裂隙不发育。

文献8、9中指出，传统双侧壁导坑法存在施工工序多、施工速度慢、闭合时间长，拱架成环质量差，施工过程中，因施工多次落底，造成的施工沉降量相对较多，光面爆破施工困难，“上软下硬”的围岩爆破作业更加困难，由于浅埋、富水拱顶部分施工过程中“片帮”现象时有发生，狭小空间不利于作业安全。

通过实践证明，一种更适合“上软下硬”的围岩开挖方法，更符合围岩稳定性的“时空效应”特点的施工工艺，解决以上问题，上台阶左右不等分开挖，大大减小了拱顶坍塌的可能，封闭及时，更利于施工安全，一次性将拱架落底到岩石上，临时仰拱快速成环，有效地控制了沉降和收敛，优化了作业空间，更有利于光面爆破和小型开挖机械的作业，缩短了循环时间，更有利于围岩自稳。

结语：
综上所述，水库隧道附近分布着大面积的围岩，同时围岩的条件常常发生变化且具有极强的复杂性，因此在施工过程中稍不注意便会导致围岩失去稳定性，进而诱发一系列事故，不仅严重影响了浅层穿越水库隧道的正常施工，希望通过文章的论述，保证安全和质量的同时提高经济效益，保证隧道施工进度，为相似地质条件下的隧道掘进和地下开挖施工提供参考经验。

参考文献：
[1]王成虎，沙鹏，胡远芳，等.隧道围岩挤压变形问题探究[J].岩土力学，2011，32（S2）：143-147.
[2]《中国公路学报》编辑部.中国隧道工程学术研究综述，2015[J].中国公路学报，2015，05：1-65.。