劉明才

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東泰安271000）

隧道穿越破碎帶富水圍巖防水施工關(guān)鍵技術(shù)

劉明才*

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東泰安271000）

以潮（州）惠（州）高速公路蓮花山2號隧道為背景，施工過程中充分發(fā)揮超前地質(zhì)預(yù)報、監(jiān)控量測對現(xiàn)場實際施工的指導(dǎo)作用，介紹了隧道穿越破碎帶富水圍巖段防水工程施工方法及施工控制關(guān)鍵技術(shù)，對類似工程施工具有借鑒作用。

大跨隧道；破碎帶；富水圍巖；防水施工；關(guān)鍵技術(shù)

目前我國運營的公路隧道已出現(xiàn)諸多病害影響到行車安全，在諸多病害中以隧道滲漏水現(xiàn)象最為突出和常見。如何在隧道施工階段切實提高防排水工程質(zhì)量，是從根本上解決隧道滲漏水病害的主要措施。本文以潮（州）惠（州）高速公路蓮花山2號隧道左洞ZK201+350～ZK201+400段為背景，展開關(guān)于破碎帶富水圍巖條件下的隧道防排水工程施工關(guān)鍵技術(shù)研究。

1　項目背景

1.1工程概述

潮（州）惠（州）高速公路蓮花山2號隧道起于汕尾市海豐縣赤石鎮(zhèn)，止于惠州市惠東縣多祝鎮(zhèn)，隧道左線長5140m，右線長5108m，設(shè)計為雙向六車道特長隧道，主洞最大開挖跨度為17.65m，最大開挖面積為169.2m2，是全線關(guān)鍵控制性工程。

1.2地形地貌

隧道區(qū)屬丘陵地貌，地形起伏較大。隧道范圍內(nèi)中線高程118～695m，最大高差578m。山體自然坡度20°～35°，植被較發(fā)育。進(jìn)、出口均處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。隧道區(qū)潮州端洞口附近僅有狹窄山路通過，惠州端洞口有簡易道路通過，交通條件差。

1.3工程水文地質(zhì)

隧道區(qū)屬新華夏系東亞第二個隆起褶皺帶南段粵東沿海地區(qū)與南嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶南緣交接復(fù)合部位。區(qū)內(nèi)各類構(gòu)造橫斜展露，形跡較為明顯。主要發(fā)育北東向構(gòu)造形跡，北東向斷裂帶控制地形地貌，是隆起和坳陷的分界線。

隧道區(qū)地表水較發(fā)育，蓮花山以東屬于黃江水系，最終流入南海，蓮花山以西屬于珠江流域中的東江水系。隧址區(qū)地表水體為位于狹窄溝谷內(nèi)的溪流，多屬于季節(jié)性溪流。該區(qū)沖溝發(fā)育，匯水面積大，水位及流量受季節(jié)控制明顯，旱季水量較小或干枯，雨季大量雨水沿兩側(cè)坡體匯入溪流，水量變化大，具暴漲暴落的特點。

2　破碎帶富水狀況分析

2.1富水狀況

ZK201+350～ZK201+400段隧道埋深413～424m，該段為Ⅳ級圍巖，圍巖主要為微風(fēng)化花崗斑巖，受構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較堅硬，巖體破碎，Rc= 57.0MPa，Kv=0.30，K1=0.20，K2=0，K3=0，［BQ］=316，圍巖自穩(wěn)能力較差，無支護(hù)時拱部可能產(chǎn)生小型坍塌，側(cè)壁可能產(chǎn)生掉塊，洞室周邊有淋雨狀出水。隧道開挖后輪廓面裂隙水呈淋雨狀出水，局部呈股狀噴出巖面。

2.2施工難點分析

（1）圍巖節(jié)理發(fā)育、巖體破碎，若輔助措施及初期支護(hù)不當(dāng)，易出現(xiàn)掌子面垮塌或初期支護(hù)變形。

（2）隧道開挖后輪廓面裂隙水呈淋雨狀出水，局部呈股狀噴出巖面，造成噴射砼施工難度大，噴射砼隨水流散落或在砼未上強度時大面積掉塊。

（3）本段圍巖節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，淋雨狀出水，防排水施工控制不當(dāng)，易出現(xiàn)二襯滲漏，給后期隧道運營安全帶來隱患。

3　施工控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1及時超前地質(zhì)預(yù)報

按照“物探先行，鉆探驗證，有掘必探，先探后掘”的原則采用多源協(xié)同預(yù)報技術(shù)，將地質(zhì)描述與洞內(nèi)物探、鉆探相結(jié)合。開挖至該破碎帶前100m左右時，首先采用長距離TSP探測；待接近破碎帶掌子面約20m處采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)一步探測，并利用超前鉆孔進(jìn)行驗證。綜合分析預(yù)報成果，以指導(dǎo)和確定支護(hù)參數(shù)。

3.2優(yōu)化支護(hù)參數(shù)

ZK201+350～ZK201+400段結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報，根據(jù)開挖后實際暴露圍巖，此段圍巖裂隙水極發(fā)育，圍巖破碎。原設(shè)計支護(hù)參數(shù)難于滿足施工技術(shù)、工程質(zhì)量及施工安全要求，為增加初期支護(hù)抵抗圍巖變形的早期強度，采用I18工字鋼替代15cm×20cm格柵鋼架，鎖腳采用?42mm鎖腳錨管替代?22mm鎖腳錨桿，超前采用?50mm超前小導(dǎo)管替代?22mm超前砂漿錨桿，拱部徑向錨桿采用?42mm注漿導(dǎo)管替代?22mm藥卷錨桿。支護(hù)參數(shù)具體優(yōu)化方案見表1。

3.3徑向注漿止水

表1　支護(hù)參數(shù)優(yōu)化對比一覽表

拱部采用?42mm注漿導(dǎo)管對周邊破碎圍巖進(jìn)行徑向注漿加固，形成圍巖—支護(hù)承載環(huán)，抑制圍巖變形，封堵地下水。導(dǎo)管采用外徑42mm，壁厚4mm的無縫鋼管，鋼管長5m，管口段0.5m范圍內(nèi)鋼管不開孔，其余按15cm間距交錯設(shè)置注漿孔，孔徑8mm，梅花型布設(shè)于隧道拱頂120°范圍，間距1.2m×1.0m（環(huán)向×縱向）。注漿采用水泥—水玻璃漿液，水泥漿水灰比1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，水玻璃濃度35°Be，注漿壓力1.0～2.0MPa。注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓2.0MPa并繼續(xù)注漿10min以上或注漿量達(dá)到設(shè)計注漿量，進(jìn)漿量一般在20～30L/min以下。從注漿過程中的各種記錄資料分析，注漿壓力和注漿量變化是否合理、注漿前后地層聲波速度的大小對比來判斷漿液填充的密實程度。

3.4優(yōu)化排水通道

3.4.1初支內(nèi)增設(shè)環(huán)向排水

為更好的將初期支護(hù)內(nèi)裂隙水集中引排，防止噴射砼表面出現(xiàn)大面積滲漏水，在噴射混凝前先在巖面或初噴面敷設(shè)?100m環(huán)向半圓管形成排水通道。噴射砼時加大速凝劑用量，使噴射砼快速凝固，并進(jìn)行連續(xù)噴射，且在圍巖主裂隙處不噴射砼，使水流能集中于主裂隙內(nèi)而流入環(huán)向半圓管。當(dāng)巖面大面積淋水時，應(yīng)先用排水半圓管集中引排，上覆鐵絲網(wǎng)后再噴射砼。環(huán)向半圓排水管安裝時應(yīng)使環(huán)向半圓管密貼初噴面或巖面。噴射砼時不能將排水半圓管沖擊、損傷或沖掉，并盡可能將其覆蓋。一定要將環(huán)向半圓管通過三通管接入縱向排水管。

3.4.2連通排水通道

（1）環(huán)向排水采用?100mm半圓管排水管敷設(shè)于初支表面，正常段每道一根，半圓管與噴射砼面密貼，其設(shè)置間距按5m一道設(shè)置，局部水量大時可酌情增加。?100mm環(huán)向排水半圓管在滲水較嚴(yán)重部位每道2根并列使用。

（2）全隧兩側(cè)通長設(shè)置縱向?100mm網(wǎng)狀硬式透水管，縱向坡度與隧道相同。縱向?100mm網(wǎng)狀硬式透水管與橫向?100mmPE管采用三通連接。

（3）全隧設(shè)置橫向?100mmPE管，縱距10m，橫向排水管橫坡為15%。將縱向排水管與側(cè)式排水暗溝連通。

3.5強化監(jiān)控量測

結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報及現(xiàn)場開挖暴露圍巖情況，對富水段圍巖監(jiān)控量測點按5m/組加密埋設(shè)，尤其是在下臺階開挖進(jìn)尺時對相應(yīng)測點進(jìn)行重點觀測。通過對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析處理，繪制曲線如圖1、圖2所示。該段圍巖拱頂沉降、周邊位移—時間曲線呈正常現(xiàn)象，表明優(yōu)化后的支護(hù)參數(shù)能夠抵抗現(xiàn)場圍巖變形。當(dāng)圍巖和初期支護(hù)變形趨于穩(wěn)定后，進(jìn)行二次襯砌模筑施工。

圖1　周邊位移累計變化曲線

圖2　拱頂沉降累計變化曲線

3.6嚴(yán)格防水層施工

3.6.1選擇優(yōu)質(zhì)防水板

為達(dá)到最佳防水效果，ZK201+350～ZK201+400段防水板采用HDPE新型防水卷材，其以PMH-3040高密度聚乙烯HDPE自粘膠膜防水卷材為柔性防水層，防水卷材與后澆砼之間形成緊密結(jié)合不竄水的復(fù)合防水系統(tǒng)，可有效防止防水層與后澆砼之間的滲水和竄水，從而確保隧道防水可靠性及耐久性。該種防水材料比普通EVA型防水材料有以下優(yōu)點：

（1）優(yōu)異的的物理力學(xué)性能。HDPE片材拉伸屈服強度高達(dá)17MPa，約為一般EVA及ECB材料的2倍，可以抵御更大的外力，一般不會發(fā)生永久性形變；斷裂拉伸強度更是高達(dá)32MPa，高達(dá)600%以上的斷裂伸長率使卷材在使用過程中可以抵抗更大的基層變形和開裂。

（2）與后澆砼形成的結(jié)合力強，粘接剝離力值超過3.0N/mm。揭掉卷材表面的隔離膜，與砼的結(jié)合面為多孔結(jié)構(gòu)，后澆砼澆筑其上后，砼漿液與卷材緊密結(jié)合，形成復(fù)合防水系統(tǒng)；高分子自粘膠膜層將反粘結(jié)合涂層與高密度聚乙烯（HDPE）片材牢固的粘結(jié)在一起形成一個完整整體；最終，通過膠層、涂層共同的作用實現(xiàn)卷材整體與后澆砼的牢固結(jié)合。

（3）耐久性更好。高密度聚乙烯材料戶外使用壽命超過50年，且基本不受酸、堿、鹽的影響；高分子自粘膠膜卷材膠膜層均由熱塑性彈性體組成，不含有機溶劑、增塑劑的高分子膠層在不受空氣中氧氣及紫外線照射的環(huán)境下，不存在因小分子物質(zhì)遷移而導(dǎo)致的膠層變硬，卷材在暴曬和施工過程暴露2周以上也不出現(xiàn)因熱氧及強光暴曬而產(chǎn)生的變黃現(xiàn)象，在水、熱和化學(xué)介質(zhì)處理后其性能保持率均在80%以上，其耐久性優(yōu)異。

3.6.2基面處理

鋼筋網(wǎng)等凸出部分，先切斷后用錘鉚平抹砂漿素灰；有凸出的管道時切斷、鉚平后用砂漿抹平；錨桿與凸出部位時，螺頭預(yù)留5mm切斷后，用塑料帽處理；初期支護(hù)應(yīng)無空鼓、裂縫、松酥，表面應(yīng)平順，凹凸量不得超過±5cm。

3.6.3防水層敷設(shè)

（1）防水板超前二次襯砌1～2板施工，用自動爬行熱焊機進(jìn)行焊接，鋪設(shè)采用專用臺車進(jìn)行。

（2）分離式防水板鋪設(shè)采用從拱部往兩側(cè)的順序鋪設(shè)，松緊應(yīng)適度并留有余量，環(huán)向松弛率按8%控制，縱向松弛率按6%控制。檢查時要保證防水板全部面積均能抵到圍巖。

（3）無紡布采用EVA墊片和水泥釘進(jìn)行固定，水泥釘長度不小于50mm，EVA墊片密度：拱頂點3～4個/㎡，邊墻點2～3個/㎡。

（4）PMH-3040高密度聚乙烯HDPE自粘膠膜防水卷材的檢測應(yīng)從防水板中截取平板部分進(jìn)行檢測，其指標(biāo)應(yīng)滿足國標(biāo)《高分子防水材料（第一部分片材）》（GB18173.1-2006），采用自動爬行熱焊機進(jìn)行焊接，焊接粘結(jié)剝離強度不小于防水板抗拉強度，防水板搭接長度不小于10cm。防水板外觀呈白色透明，敷設(shè)如圖3所示。

圖3　防水板敷設(shè)示意圖

（5）防水板施工控制關(guān)鍵點主要有：防水板表面平順，無褶皺、無氣泡、無破損等現(xiàn)象；當(dāng)基面輪廓凸凹不平時，要預(yù)留足夠的松散系數(shù)，使其留有余地，并在斷面變化處增加懸掛點，保證緩沖面與砼表面密貼；焊縫若有漏焊、假焊應(yīng)予補焊；若有烤焦、焊穿處以及外露的固定點，必須用塑料片焊接覆蓋；焊接鋼筋時在其周圍用石棉水泥板進(jìn)行遮擋，以免濺出火花燒壞防水層；灌注二襯砼時輸送泵管不得直接對著防水板，避免砼沖擊防水板引起防水板被帶滑脫、防水板下滑。

3.6.4接縫防水處理

隧道二次襯砌施工后，每板接縫處是整個防水薄弱點，極易出現(xiàn)滲漏，因此必須加強接縫處防水施工。在結(jié)構(gòu)變化處設(shè)置變形縫，長距離結(jié)構(gòu)按間距不大于50m設(shè)置變形縫，施工縫設(shè)置鋼板膩子止水帶（厚度6mm），變形縫處設(shè)置背貼式止水帶（厚度10mm）+橡膠止水帶（厚度10mm）。

為更好地保護(hù)止水帶，保證二襯接縫處防水的施工質(zhì)量，靠模板臺車面板加工25cm寬的弧形鋼模，鋼板膩子止水帶及中埋橡膠止水帶居中平放于鋼模外邊，既能保證止水帶設(shè)置位置準(zhǔn)確，又有效地避免了因止水帶彎折損壞止水帶。二次襯砌脫模后止水帶位置如圖4所示。

圖4　二次襯砌脫模后止水帶位置圖

3.7及時施作二次襯砌

3.7.1合理確定二襯施做時間

二次襯砌距掌子面距離控制在700m以內(nèi)，二襯施工應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定，并具備下列條件時施作：

（1）隧道周邊位移速率有明顯減緩趨勢；

（2）拱腳水平收斂速度小于0.15mm/d或拱頂位移速度小于0.10mm/d；

（3）初期支護(hù)表面無再發(fā)展的明顯裂縫。

3.7.2防水砼施工要點

（1）控制砼配合比。二次襯砌砼抗?jié)B等級不低于S8。在施工過程中不能片面強調(diào)砼抗壓等級，一味加大單位體積砼水泥用量，將會使砼水化熱和收縮量增加，導(dǎo)致砼裂縫，破壞砼結(jié)構(gòu)自防水能力。

（2）砼澆筑前仔細(xì)檢查。先對基礎(chǔ)頂面進(jìn)行徹底鑿毛，清洗邊墻基礎(chǔ)頂面，清除雜質(zhì)，仔細(xì)檢查臺車模板表面的平整度及整潔情況。在澆筑砼前，確認(rèn)基底無虛渣、積水及其他雜物。

（3）確保拱頂砼密實無空洞。二次襯砌在澆筑過程中襯砌頂部預(yù)留注漿孔，注漿孔間距4m，待襯砌達(dá)到設(shè)計強度后，實施拱頂注漿，保證二次襯砌砼密實。

4　幾點體會

（1）破碎帶富水段圍巖條件下隧道開挖施工，開挖后必須及時對掌子面及巖層裸露面進(jìn)行封閉，施工過

程嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、弱擾動、強支護(hù)、勤量測、早成環(huán)”的原則。

（2）要做好施工過程中的監(jiān)控量測工作，并要增大量測頻率及增設(shè)量測點，要及時對量測結(jié)果進(jìn)行分析，反饋于現(xiàn)場，用以指導(dǎo)施工。

（3）要充分發(fā)揮隧道超前地質(zhì)預(yù)報的預(yù)警和線下作用，為提前制定相應(yīng)的技術(shù)控制措施提供依據(jù)。

（4）加強圍巖防排水的施工質(zhì)量控制，確保排水管道連接牢靠，管路暢通，對防水層施工質(zhì)量嚴(yán)格控制，堅決避免人為因素造成隧道滲漏水。

（5）優(yōu)先選用可靠的新材料和先進(jìn)的新工藝，做到“以材料保工程質(zhì)量、以工藝保過程質(zhì)量”。

在蓮花山2號隧道左洞ZK201+350～ZK201+400段破碎帶富水圍巖施工過程中，通過采取超前地質(zhì)預(yù)報、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)、初支內(nèi)增加環(huán)向排水、強化監(jiān)控量測、嚴(yán)格防水施工等施工關(guān)鍵技術(shù)措施，快速完成了施工，隧道防水質(zhì)量得到了充分保證，取得了良好效果，對類似工程施工具有借鑒作用。

［1］楊林德.公路隧道施工手冊——隧道［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］佘建.淺談山嶺隧道防排水施工工藝的質(zhì)量控制［J］.山西建筑，2007.

［3］JTJF60-2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.人民交通出版社，2011.

5　結(jié)語

U45

A

1004-5716（2016）04-0172-04

2015-04-12

2015-04-13

劉明才（1977-），男（漢族），山東萊蕪人，高級工程師，現(xiàn)從事項目管理工作。