湘西北红砂岩隧道施工技术

温磊鹏   刘天伦

中交路桥建设有限公司  北京市通州区   101100

    摘要：以中交路建湖南省武陵源中湖至桑植瑞塔铺公路项目为依托，研究富水地区红砂岩隧道施工技术，该技术的主要施工要点包括围岩遇水崩解，仰拱遇水软化、拱顶脱空掉块等，还涉及到了采用分级排水设置沉淀蓄水池的以解决反坡施工以及洞内施工支护与施工过程中的监控量测的反馈。

关键词：隧道施工；红砂岩；湘西；富水地区

1.项目背景

1.1项目概况

武陵源中湖至桑植瑞塔铺公路工程，该项目的起点位于武陵源区中湖乡中湖坪桥南侧S303线中湖至教字坪公路(杨家界大道)K1+730处，然后与中天公路共线至K1+551处，经夜火岗、水冲峪、黑沟迷、仇家坡、洪沙溪煤矿、分水岭煤矿，终点位于瑞塔铺西侧，与S306茶堙至桑植公路K45+214处平交，同S524线官瑞公路对接。该项目整体路线全长17.856km。采用双向两车道二级公路技术标准，设计车速60km/h，路基宽度为12.0m。桥涵设计汽车荷载：公路-Ⅰ级，路基、小桥涵设计洪水频率1/50，大中桥设计洪水频率1/100。

本施工段水冲峪隧道位于武陵源中湖至桑植瑞塔铺公路中间位置，隧道整体仅东西走向。水冲峪隧道起点桩号K7+273，属于武陵源区中湖乡杨家台；终点桩号K9+390，属于桑植县瑞塔铺刘家坡。水冲峪隧道为湖南省武陵源中湖至桑植瑞塔铺公路工程的一座单洞双向行车隧道。起止桩号为K7+273～K9+390，长2117米，属于长隧道；两端洞门形式均为端墙式；通风照明采用电力人工照明和机械通风型式。

设计阶段地勘显示隧道区围岩为泥盆系中统石英砂岩及志留系中统罗惹坪岩性段泥质粉砂岩，地下水主要以裂隙潜水赋存于节理裂隙，裂隙一般不发育，岩石富水性较差，渗透性能较差，类比分析认为围岩富水性差，用水量有限，开挖过程将以滴、渗水为主，对施工影响较小。

1.2研究可行性分析

本项目地处湘西北地区，课题研究定在武陵源中湖至桑植瑞塔铺公路出口端，该端围岩揭露后主要为顺层红纱岩、裂隙较发育，岩性破碎、岩体遇水后崩解、软化，地段富水，施工难度较大，需进行对应的研究以指导施工。

（1）出口端为反坡施工且水系较丰富，拱脚处常有水渗出，在反坡影响下向掌子面方向汇集，可采取分级排水设置沉淀蓄水池措施进行及时抽排，以减轻积水对掌子面的浸泡和侵蚀。分级排水设置沉淀蓄水池具体工作为通过机械排水将掌子面水抽向就近集水坑或泵站（每300m设置一处，集水坑尺寸4*3*1m，水仓容量按5min涌水量设计，并考虑施工和清淤方便综合确定），经排水管路抽排至上一级排水泵站，如此接力将洞内积水排至洞外，经污水沉淀池处理后排放。

（2）围岩裂隙较发育，存在涌水、渗水现象，岩体在大气、渗水及反坡汇水的多重作用下发生崩解、软化，产生脱空、掉块等不良影响，除加强排险工作外，还可采用施作超前锚杆和超前小导管方式对前方岩体进行预加固，以减轻后期开挖危险。

（3）因红砂岩本身性质及出口端水系较丰富的原因，在进行超前支护措施后依旧难以保证整体的稳定性，拟采用下列措施进行整体加强：

①加强支护衬砌形式，如提高支护等级、使用工字钢支撑、缩小钢支撑之间的间距等方式，提高初期支护的强度和刚度；

②部分段落增设仰拱，对调平层进行加厚，以提高支护的整体性和稳定性；

③在调平层下增设碎石盲沟，以防止地下水反水；

④注重隧道拱顶、拱腰的沉降监测，通过监测反映的情况及时对支护方案进行调整。

2.湘西北红砂岩隧道施工技术关键要点

2.1围岩遇水崩解问题的解决

湘西北地区的红砂岩是一种状况复杂的岩体，其在隧道施工过程中常常会出现围岩遇水崩解、仰拱遇水软化、拱顶脱空掉块等问题。在设计初期，需要准确评估隧道周围围岩的稳定性和水文地质条件，并采取相应的支护措施。在施工过程中，可以采用预支护措施，如预埋锚杆或注浆对围岩进行增强和固结。此外，对于具有明显水分敏感性的红砂岩，可以采取在遇水区进行封堵处理，控制水流的渗透和侵蚀，避免水分引起的围岩松动和崩解。在设计过程中，需要对仰拱软化现象进行深入分析，并合理设置支护结构。可以采用钢支撑或橡胶支撑等高强度材料进行支护，增加仰拱的稳定性。在施工过程中，可以采用压浆或注浆技术对软化的仰拱进行加固，提高其抗水性能。

2.2分级排水设置沉淀蓄水池

分级排水设置沉淀蓄水池是解决反坡施工中水流排泄和控制的一种有效方法。在反坡施工中，由于坡度的变化，地表的自然排水受到一定的限制，容易形成积水和水流冲刷。因此，为了保证反坡施工的稳定性和安全性，需要采取相应的排水措施。在反坡施工中，可以根据坡度和水流量的大小，设置分级排水系统。分级排水指的是根据地形和坡度的变化，在不同位置和高程上设置排水管道，将水流引导到特定的位置进行排泄。这样可以减少水流的积聚和冲刷，降低对施工的影响。分级排水可以根据实际情况设置不同的水流集中和排泄点，如设置集水井、引槽、泄水孔等，便于控制和处理水流。在分级排水设置沉淀蓄水池的过程中，需要合理选择材料和施工方法。沉淀蓄水池的池体可以采用钢筋混凝土或预制钢板等材料进行建造，保证池体的稳定性和耐久性。在施工过程中，可以采用挖掘、浇筑、铺设排水管道等方法进行建设，保证工程质量和施工进度。

2.3洞内施工支护

洞内施工支护是在地下洞穴工程中为了防止地下空间塌方和保证施工安全而采取的一系列的支护措施。洞内施工支护的选择和设计直接关系到洞穴工程的质量和安全。洞内施工支护常采取的措施可以包括钢支撑、预应力锚杆、喷射混凝土、钢板桩等。钢支撑一般是由钢管或者钢梁构成的，用于支撑洞穴周围的土体或者岩石，可以有效地增加洞穴的稳定性。预应力锚杆可以通过在岩石中锚入钢筋并应用预应力，增加洞穴的抗拉能力和稳定性。喷射混凝土是将混凝土通过高压喷射技术喷射到洞穴围岩中的支护方法，可以提供较好的支撑和防水效果。钢板桩则是将钢板以一定的间距沉入土层中，形成支护墙，可以提供较好的抗抱合作用。根据具体的工程情况选择合适的施工支护措施是非常重要的。

2.3施工过程中的监控量测的反馈

施工过程中的监控量测的主要目的是为了提前发现潜在的问题和风险，以便及时采取措施进行修正。监控量测可以帮助工程管理者实时了解工程现场的状态和进展情况，以便判断施工是否正常进行。通过监控量测，可以及时发现潜在的问题，如土体的沉降、结构的变形等，并及时采取相应的措施进行调整，以保证施工的质量和安全。土体测量可以通过采用测量仪器对土层进行测量，包括土层的厚度、密度等参数，以便分析土体的稳定性。结构变形监测可以通过采用变形测量仪器对结构的变形进行实时监测，包括结构的位移、裂缝等变形情况。地质勘察则是通过对地下地质情况的调查和采样，了解地质特征和变化趋势，以提前做好应对措施。监控量测的数据分析和反馈是施工过程中监控量测的重要环节。通过对监测数据的分析，可以判断工程的进展情况和存在的问题，以及可能的风险。

结束语

解决红砂岩隧道的施工是隧道整体施工过程中的重点工作、关键工作和难点工作，常见红砂岩结构主要是呈粒状碎屑结构或泥状胶结结构，多数红砂岩在挖掘或爆破出来后，受大气环境作用易发生崩解破碎，甚至发生泥化，同时，岩块的大小及颗粒级配也随干湿循环的时间过程而变化，水对该岩体的影响较大，易在大气和水的共同作用产生崩解，从而造成围岩的垮塌。

参考文献：

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