高原长、大隧道施工

高原地区长大隧道综合施工技术研究

一、工程简介

大理（平坡）至保山（大官市）段高速公路是国道主干线上海—昆明—瑞丽中云南境内的一段，是云南省列为“八五”和“九五”期间改造的六条干线之一。它东连省会昆明，西连滇西边境经济区，是与东南亚各国贸易往来的交通要道。该工程由云南大保高速公路建设指挥部投资兴建。我局通过投标承揽了第7-1合同段K394+957—K396+569段的施工，全长1612米。

二、工程概况

万宝山隧道位于云南省永平县龙街乡右富村，隧道设计为上下行分离式双线单向行驶双车道隧道，隧道净高7.2米、净跨为10.9米。行车速度按60km/h标准设计，设计交通量：远景交通量（2020年）为29116辆/昼夜。线路由K395+109.35分幅进入万宝山隧道，穿过海拔2638米的万宝山后至上行线K397+999、下行线K398+025处合拢；上、下行线隧道测中线的距离，大理端间距约为110米，保山端约为40米，其中：下行线隧道位于下行线K395+385~K397+745之间，全长2360米，其进口段长87.17米，位于R=500m，出口端长87.17米，位于R=500m，L S=90m，I=4%的右转曲线上；其余1942.06m为直线。为有利于进口排水，增加行车的舒适性，在进口段设置2.099%的上坡，至K395+560后变坡，（设R=10100米的竖曲线）下-0.75%的坡至出口。隧道最大埋深为316米，上行线隧道位于上行线K395+326~K397+738之间，全长2412米，其出口段长169.58m，位于R=500m， L S=90m，I=4%的左转曲线上，其余2246.42m为直线，纵坡-0.77%，最大埋深317m。

1、地形地貌

大保公路横穿著名的三江深大断裂带，隧道区位于金沙江~红河断裂与澜沧江断裂所夹持的一个长期沉降带，由于印度板块向欧亚板块下俯冲，经喜山运动后形成了众多的二、三级构造形迹，邻近本区的主要有热水塘断裂、永平断裂等。是一新构造运动活动强烈的地区。根据勘察报告，在隧道区附近发育一条逆断层，说明区内地应力较强。

万宝山隧道地处陡峻山岭区，地质复杂，属构造侵蚀中高山地貌区。山区冲沟河谷，多垂直于山脊，呈羽状或放射状。河谷多发育成“V”字型，以构造侵蚀作用为主。轴线位于地下水位线以下。

2、地层岩性及围岩的工程性

隧道所穿过地层区为中生界白垩系下统景星组（KIJ），为内陆河相与湖泊交互沉积，俗称“滇西红层”。岩性主要为中厚层状红褐色，紫红色石英砂岩，粉砂岩夹泥岩。

隧道围岩多为半坚硬岩、软弱岩，粘土矿物含量较高，固结程度差，物理力学指标低，常形成较厚的风化残积层，亲水性强，泥质岩极易亲水膨胀软化，恶化其工程性。

3、水文地质条件

1）隧道区地下水的补给条件

大气降水为区内地下水的主要补给源，受西南风的影响，区内降雨量充沛，年均降雨量1080毫米。但雨季、旱季差异明显，每年5月~11月为雨季，其降水量约占全年的90%。大气降水大部分以地表径流的形式排泄，部分降水渗入地下，以上层滞水形式保存在残坡积层中或渗透补充到基岩裂隙水中。

2）隧道区的主要含水层（体）和隔水层的特征

隧道区的主要含水层有：①第四系残坡积层孔隙含水层。岩性由紫红色碎石土、块石土组成，局部夹亚粘土；②风化节理裂隙含水层。因围岩风化较强，形成较厚的强~微风化带，风化层内节理裂隙发育，且相互间连通性好，形成的风化裂隙含水层；③受构造作用形成的各种规模不等的构造破碎带。裂隙发育带及次生各种强性节理裂隙形成的构造综合含水带。中层状新鲜泥岩为隔水层。

3）对各含水层（体）中地下水的水量评价

第四系残坡积层及强~微风化岩带，厚度巨大，内部裂隙节理发育，孔隙度较高，在雨季可吸纳贮藏大量的大气降水，在旱季渗出以补充地表径流，隧道两端均有常年流水。在施工中第四系残坡及强~微风化岩带孔隙水呈无压水流进隧道。

由于隧道紧邻深大断裂及其分支次生断裂，且埋深较大，受构造影响，围岩积压错动严重，次生破碎带，小褶曲发育，围岩产状多变，隧道围岩受构造影响岩体破碎，构造裂隙及层间裂隙相当发育，尤以性脆的粉砂岩、砂岩为甚。大气降水及地表水、孔隙水多沿构造及层间裂隙、破碎带渗流，在泥岩与砂岩界面及构造破碎带内富集，成为隧道区内最主要的富水带。因隧道较长，埋深较大，对地下水的吸引范围较广，隧道穿越含水层时，其最不利静水压在2Mpa以上。在中层泥岩的隔水作用下，造成各部分间水力联系差，未能形成统一的地下水位线。具有典型的裂隙水、断层水特征。在隔水层的作用下，常呈承压水或承压水转无压水渗涌入隧道。

隧道主要通过中厚层状砂岩与中层状泥岩互层区，砂岩孔隙率较高，且性脆节理裂隙发育，常含地下水，在隧道施工中地下水以小股渗流为主。

4）施工中遇到的主要水文问题评述

①较大的渗水及突发性涌水

由于中层泥岩的隔水作用，造成部分砂岩及裂隙断层水之间水力联系差，无统一的地下水位线，形成较大的水位差。在将揭穿富水带初期，若地下水头较高，常出现突破性涌水，以大股裂隙为主，或沿超前导管呈股状涌水，集中发生于构造带及砂岩与泥岩界面附近。若地下水头较低，则常由渗水渐大成股状渗水。揭穿带后先以消耗地下静储量为主，后期逐渐衰减并趋于平稳。

②软质岩遇水软化问题

隧道内围岩的粉砂岩、泥岩含粘土泥质成分高，成岩程度不高，为软弱岩类，亲水能力强，软化系数特别低，干湿抗压强度相差悬殊。本隧道地下水较发育，在地下水的浸润下，泥岩、泥质粉砂岩，部分遇水软化，少数已崩解完全泥化呈可塑—软塑状。因此进一步降低了岩体的力学强度。

③软质岩遇水膨胀问题

泥岩、泥质粉砂岩，泥质粘土成分高，在遇水常软化崩解过程中常伴随着体积膨胀变形。虽自由膨胀率尚未达到膨胀岩的指标，在充水饱和后体积不变条件下，膨胀压力可达130Kpa，内摩擦角可降至12°~18°。这足以导致变形岩体的结构破坏，恶化支护的受力条件。

三、施工难点

1、万宝山隧道地处深山峡谷之中，地形横坡十分陡峻，本地区属于侏罗系（KIJ）“滇西红层”堆积地貌，地表所覆盖岩层风化严重，极为破碎，自稳条件差，进洞极为困难。

2、万宝山隧道Ⅱ类围岩442m，占隧道全长21.4%；Ⅲ类偏下围岩1626m，占隧道全长78.6%，岩体多为泥岩、泥质粉砂岩不等厚互层、软弱破碎带围岩，施工难度大，技术要求高。

3、万宝山隧道地处海拔2630米的高原地区，洞内通风排烟难度大，技术含量大，除需要实现严格的通风管理外，还需要研制大风量、高风压的风机和大直径、高强度的软式通风管。

4、万宝山隧道洞门路基边坡及洞口土石方开挖后，引起山体大面积滑移，洞身受山体偏压，砼开裂，初期支护钢架扭曲变形，整治技术施工难度大，且满足施工、安全需求。

5、万宝山隧道机械设备配套施工技术。

四、关键技术

1、进洞施工方案

由于边、仰坡岩体破碎，风化严重，坡面采用喷锚、挂网支护。洞头支护在起拱线以上，开挖轮廓以外环向设置WTD25中空注浆锚杆，锚杆与锚杆之间分别用连接筋、网筋连接，喷射20号砼封闭坡面（详见洞头支护图）

设置钢管棚超前支护，管棚钢管采用节长6m，108×6mm热轧无缝钢管，以长15cm的丝扣连接，设置长度20m。钢管上按梅花型间距25cm钻6~8mm的小孔，在钢管中注C.S浆液，其C.S浆液的配合比为水泥:水玻璃=1:0.5，水灰比为0.7~0.9，水玻璃模数m=3，波美度Be=35，注浆初压0.5—1.0mpa，终压2—2.5 mpa，注浆结束后用10号水泥砂浆充填，以增强钢管的强度和钢度。

坡面防护及超前钢管棚支护完成后，即进入套拱施工，要求增设4m长套拱，套拱嵌入山体50cm 长。套拱内设钢格栅加强支护，格栅纵向间距按50cm设置，灌注C25砼，拱圈厚度为55cm，与钢管棚浇筑形成一个整体。