卵砾石地层浅埋段隧道建设的若干思考及建议

李志帅 薛慎骁

摘 要：大力加山特长隧道是青海省大循高速公路重点工程，其循化端洞口地层为冲积成因卵石、漂石及砂砾土，该段落约有400多米长，工程建设难度大，风险高。本文基于工程实际案例，就卵砾石地层浅埋段隧道建设提出几点思考与建议，可为今后类似隧道工程提供参考和借鉴。

关键词：隧道工程;卵砾石;跟管法;管井降水;双层小导管超前支护

1.引言

近年来，我国高等级公路建设已经步入飞速发展阶段，且正在向中西部山区逐步延伸，公路隧道建设过程中穿越的地质环境也越来越复杂，针对各种特殊地质的隧道设计工作也愈显重要。卵砾石地层的各种性质介于软岩与土之间，是一种复杂的特殊地质。本文结合青海省大循高速公路工程大力加山隧道案例，就卵砾石地层浅埋段隧道建设提出几点思考与建议，可为今后类似工程提供参考和借鉴。

2.工程概况

大力加山隧道位于青海省循化县境内，是一座上、下行分离的四车道高速公路特长隧道。隧道左线起讫桩号为ZK13+310～ZK18+771，全长5461m。隧道区属构造剥蚀高山地貌区隧道范围内中线高程2955m～3605m，地形起伏大。

大力加山隧道循化端洞口段（ZK18+320-ZK18+771）最大埋深约67m，围岩主要为第四系上更新统卵石，稍湿，级配不良、密实、亚圆形，一般粒径50-200mm，含量约60%，最大粒径500mm，充填物主要为砂及粉质黏土，围岩自稳能力差，隧道开挖极易坍塌，地下水主要为第四系孔隙潜水，隧道开挖以淋雨状、涌流状出水，围岩级别综合判定为V级。

隧址区主要地表水体为春夏季节冰雪融化水及雨季冲沟内短暂性流水，水量受季节降雨控制，急涨急落。

3.跟管钻进法施作超前大管棚

在隧道地质条件较差的洞口段及坍塌后可能产生严重后果的洞身地段，宜采用超前长管棚[1]。大管棚支护成功的技术关键是管棚钻孔的施工，难点则是管棚的成孔。不仅需要管棚成孔的倾斜角和方位角左右、上下偏差满足要求，而且还要保证钻孔成孔后孔内干净，能够顺利地将Ф108管棚钢管下到位[2]。

3.1.设计方案

大力加山隧道距洞口30m范围的浅埋段采用Ф108超前大管棚预支护，环向距离40cm。管棚钢管采用节长4～6m、Ф108×6热轧无缝钢管，以长15cm的丝扣连接，打设外插角为1°～2°，相邻接头应错开。钢管上按梅花形间距10cm钻φ10～12mm的小孔，打设完成后在钢管中压注水泥浆，注浆初压0.5～1MPa，终压2～2.5MPa，注浆结束后在钢管内放入由三根Ф22钢筋制成的钢筋笼，然后用M30号水泥砂浆充填，以增强钢管的强度和刚度。注浆实际采用配比根据施工工艺水平现场试验确定。

3.2.跟管钻进法施工

传统大管棚施工通常采用地质钻孔法，该施工方法需带水作业，钻孔后安装管棚，钻孔过程中扰动土体，遇到砾石极易卡钻，成孔困难，施工工艺难以实施。土层应力重新分布后固结沉降，一般情况下土体沉降不少于8～10mm。

将偏心扩孔钻头跟管钻进技术应用于管棚施工，可有效解决管棚在卵砾石地层施工中钻进效率低、成孔困难的难题，是一种有效的成孔方法并能确保管棚支护技术在隧道工程施工中的成功应用。具体施工工序为：设混凝土套拱（内含3榀钢拱架）→搭设钻机作业平台→钻机安装就位→跟管成孔→清孔→顶管作业→拔出跟管→注浆。

4.管井法降水

地下水是否及时引排对隧道开挖施工安全至关重要。隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则[3]。

4.1.施工降水方案制定

大力加山隧道卵砾石地层浅埋段最初的设计并未采取大范围的降水措施，而是采用以双排小导管注浆作为超前支护的基本辅助工法。隧址区主要地表水体为春夏季节冰雪融化水及雨季冲沟内短暂性流水，由于卵砾石地层透水性强，隧道开挖面出水量较大，在施工过程中，隧道掌子面常出现拱部坍塌、涌泥涌砂险情，难以保证施工安全，延缓工程进度。为此，建设各方根据现场实际情况开展技术方案论证，提出了“地面降水、洞内引排水相结合，确保隧道开挖支护在基本无水状态下施工”的思路。设计方案中增加了地表管井降水，隧道开挖后掌子面涌水显著减少，工程实践证明，这是确保隧道施工质量、安全、进度的有效措施。

4.2.管井降水设计

大力加山隧道卵砾石地层井点降水段落：ZK18+478-ZK18+630。具体布置见图1。

掌子面前方2个断面同时降水（8个深井同时抽排水），每井抽水周期按20天计，每天水泵24小时不停抽水，洞内施工至深井位置前1m处时，停止该处深井抽水作业，并用M7.5水泥砂浆填充该降水井，以防隧道运营期间地表水下渗。降水井深度根据各井位置隧道埋深而定，原则上井深到达仰拱以下2m。具体施工工序：确定井位→确定井深→钻机安装就位→跟管成孔→安装井管（Φ110*6mm镀锌钢管）→拔出跟管→机械洗井→下入水泵抽排降水。

5.双层小导管超前支护

隧道施工时，如果掌子面不稳定，施工的安全性无法保障，则不能进行开挖。双层小导管超前支护是一种有效的预加固技术，通过将水泥或水玻璃等胶凝材料压注入软弱松散地层或破碎围岩裂隙中，使原有的松散土颗粒或裂隙胶结成一个整体，形成强度大、结构新、防水性能良好的固结体，从而提高掌子面和拱顶的稳定性，使施工的效率和安全性都能得到大大的提升。

5.1.设计方案

超前小导管采用壁厚4mm，外径Ф42mm的热轧无缝钢管加工制成，钢管前端加工成锥形，管壁四周钻四排6mm压浆孔，尾部焊接φ8钢筋加劲箍。小导管在拱部按180°布设，外层小导管长6m，排距3m，鋼管沿隧道周边以30°外插角打入围岩;内层小导管长3.5m，排距1.8m，钢管沿隧道周边以6°～10°外插角打入围岩。预注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。

5.2.施工工艺

施工工艺流程：准备（小导管加工成型、浆液配制）→定位放样→钻孔→安装小导管→封闭孔→注浆→掌子面开挖。

根据监控量测数据，大力加山隧道的洞口段的拱顶变形、周边位移及地表沉降等均满足规范要求，实践表明在卵砾石地层中采用双层小导管超前支护方案是成功的。与大管棚超前支护法相比，该方法造价更低、技术更易掌握、施工更便捷、工期更短，且有效保证了进洞安全。

6.结语

卵砾石地层隧道开挖时极易造成坍塌，工程建设难度大，风险高。本文基于工程实际案例，就卵砾石地层浅埋段隧道建设提出三点建议：跟管钻进法施作超前大管棚、管井法降水、双层小导管超前支护。实践证明，这几项措施可有效保证卵砾石地层隧道建设的顺利进行，可为今后类似隧道工程提供参考和借鉴。

参考文献

[1]JTG/T D70-2010，公路隧道设计细则[S].

[2]周新莉.跟管钻进在高速公路隧道管棚支护工程中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2008，（4）：78—79.

[3]JTG D70-2004，公路隧道设计规范[S].