大風(fēng)埡口隧道為分離式特長隧道，隧道單洞長分別為3343m及3337m。上下行線隧道兩測中線間距離為：元江口約為52m，磨黑口約為44m。上行線隧道縱坡采用+0.5%、-1.29%的人字坡，最大埋深約為309m,。下行線隧道縱坡采用+0.5%、-1.47%的人字坡，最大埋深約為331m。隧道設(shè)計(jì)凈跨為10.9m，凈高為7.2m，上、下行線均設(shè)置5處緊急停車帶及相應(yīng)5條行車橫洞。

    隧道襯砌采用復(fù)合式襯砌斷面，II類圍巖采用Φ42小導(dǎo)管作為超前支護(hù)，初期支護(hù)采用I16工字鋼，噴射18cm, 厚鋼纖維混凝土，施作4m長WTD25錨桿，二次襯砌采用50cm, 厚C25防水混凝土，初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)置防水層，預(yù)留變形量12cm，其典型斷面結(jié)構(gòu)見圖1所示。

    2. 地質(zhì)條件

    大風(fēng)埡口隧道跨越了哀牢山大斷裂的次生帶區(qū)，洞內(nèi)巖性變化頻繁，地下水極為豐富。隧道經(jīng)歷了自穩(wěn)性極差的炭質(zhì)板巖、泥巖；溶洞、溶縫極為發(fā)育的灰?guī)r及較為富水的砂巖。隧道兩次穿越南溪河的沖積層，線路在較長地段順沖溝而行，地質(zhì)條件較為惡劣，施工難度極大。

    隧道圍巖屬上三疊統(tǒng)一碗水組T3Y地層，少量屬路馬組T3L地層，巖性相對比較復(fù)雜。硬質(zhì)巖有炭質(zhì)板巖、弱變質(zhì)灰?guī)r、超基性侵入巖；軟質(zhì)巖有砂巖、泥巖。由于受哀牢山大斷裂及次一級構(gòu)造的影響，隧道基本上出露灰、深灰色板巖和炭質(zhì)板巖。表層強(qiáng)風(fēng)化破碎，圍巖范圍內(nèi)板巖基本上呈現(xiàn)出弱風(fēng)化碎塊狀或塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，不均勻風(fēng)化。弱變質(zhì)深灰色灰?guī)r及超基性侵入巖為弱風(fēng)化大塊狀，隧道圍巖出現(xiàn)的淺黃色砂巖和紫紅色泥巖屬軟質(zhì)巖類。

                      

圖1 典型斷面襯砌結(jié)構(gòu)形式

    隧道范圍內(nèi)有斷裂穿過。斷裂延伸30~90km不等，沿?cái)嗔褞СＲ娖韼r、糜棱巖、碎裂巖、擠壓角礫巖及巖石破碎帶等，并有超基性巖漿侵入，斷面多傾向北東，局部傾角45º，為壓扭性構(gòu)造。

    路線區(qū)域內(nèi)分布松散層孔隙水，碳酸鹽巖巖溶水和基巖裂隙水三大類?；鶐r裂隙水分布最為廣泛，其中以碎屑巖裂隙水為主?；鶐r裂隙水接受大氣降水、地表水和其它水源補(bǔ)給，水力梯度大，排泄運(yùn)移速度大。

    3. 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

    3.1 地質(zhì)預(yù)報(bào)的途徑

    多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的組合是隧道正常掘進(jìn)的前提。施工中采取TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀作為長期地質(zhì)預(yù)報(bào)，一次預(yù)報(bào)150m；采取地質(zhì)雷達(dá)作為中期的地質(zhì)預(yù)報(bào)，一次預(yù)報(bào)20m；采取鉆孔取芯作為短期的地質(zhì)預(yù)報(bào)，一次預(yù)報(bào)5~10m。各種超前探測方法互相驗(yàn)證，達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)測前方地質(zhì)情況的目的。同時(shí)，由于隧道較長，隧道路線跨越了數(shù)座山脊，并兩次跨越了南溪河，進(jìn)一步了解地質(zhì)構(gòu)造下地表地貌形成及河流發(fā)育歷史，對推測隧道內(nèi)陸質(zhì)及水文條件有一定的幫助。隧道路線跨越溝壑的地段，往往埋深較淺，相應(yīng)隧道內(nèi)就表現(xiàn)為巖層節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，地下水較為豐富。通過對地表的分析比較，可以制訂出超前預(yù)報(bào)的補(bǔ)充形式。另外，兩條隧道的四個(gè)口均采取錯(cuò)洞60m左右施工，由于兩條隧道相距較近，一條隧道已開挖完地段的地質(zhì)描述，經(jīng)過巖層傾角、走向的分析計(jì)算，又成為另一條隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的輔助形式。

    通過對各種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的分析比較，而得出前方圍巖的開挖方法及支護(hù)形式，從而真正實(shí)現(xiàn)所謂“信息化施工”。

    3.2 TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在隧道中的應(yīng)用

    （1）TSP203孔位的布設(shè)

TSP203共計(jì)布設(shè)24個(gè)爆破孔及1個(gè)探測孔，第一個(gè)爆破孔距掌子面2m左右，以后的23個(gè)爆破孔相互之間的孔距為1.5m，探測孔距最后一個(gè)爆破孔的距離為15m。各種孔位須布置在一條直線上。爆破孔用Φ38的鉆頭進(jìn)行鉆孔，孔深為1.5m，孔位向下傾斜10~20º.；探測孔用Φ42的鉆頭進(jìn)行鉆孔，孔深為2.0m，孔位向上傾斜5~10º，以便于接收爆破地震波。

    (2) TSP203操作程序

    首先，用環(huán)氧樹脂將探測器固定在探測孔里，并分別對距探測孔最近的5個(gè)爆破孔中的每個(gè)孔裝100克炸藥和一個(gè)電雷管，炸藥裝好后，再將爆破孔用水灌滿，最后對這5個(gè)爆破孔從與探測孔最近的一個(gè)孔開始依次用起爆器起爆，從爆破震動(dòng)波接收的效果來決定下面5個(gè)孔的裝藥量是增大（每個(gè)孔增加25g左右），還是減?。總€(gè)孔減小25g左右），依此類推，將所有的爆破孔都依次起爆完成，這就完成了TSP203的一次探測工作。

    （3）TSP203接收數(shù)據(jù)的分析

    TSP203采集到的數(shù)據(jù)，通過TSPwin軟件進(jìn)行處理，獲得P波、SH波、SV波的時(shí)間剖面、深度偏移剖面和反射層提取以及巖石物性參數(shù)等成果。在提取的波形圖中，以P波為主對巖層進(jìn)行劃分，結(jié)合橫波資料對地質(zhì)現(xiàn)象遵循以下準(zhǔn)則進(jìn)行解釋：①正反射振幅表明硬巖層，負(fù)反射振幅表明軟巖層；②若S反射較P強(qiáng)，則表明巖層飽含水；③V_p/V_s然增大，常常由于流體的存在而引起的；④若V_p，則表明裂隙或孔隙度增加。遵循以上原則，可對前方150m層進(jìn)行分析，從而掌握前方圍巖的軟硬情況、節(jié)理發(fā)育情況及水文情況，通過對以上地質(zhì)資料的掌握，就能據(jù)此指導(dǎo)施工，在軟弱段采用加強(qiáng)支護(hù)，在節(jié)理發(fā)育地段采用增設(shè)小管棚，在富水區(qū)采用注漿堵水或增設(shè)排水管將水引出等作法，從而將地質(zhì)災(zāi)害對隧道施工的影響降至最小。

    （4）TSP302地質(zhì)預(yù)報(bào)的特點(diǎn)

    TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是一種采用小藥量爆破，通過采集地震波在圍巖中的傳播速度來分析前方圍巖類別、裂隙發(fā)育情況、含水情況、軟弱巖層的分布情況及是否有無斷層等地質(zhì)情況，其特點(diǎn)是操作復(fù)雜，要求精度高，做一次TSP雖只要2~3個(gè)小時(shí)，但要求隧道內(nèi)停止一切施工，因?yàn)門SP203接收儀器對環(huán)境要求嚴(yán)格，雜音過大都會(huì)影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。但由于其對軟硬巖石的界面、節(jié)理發(fā)育、水文情況等分析的準(zhǔn)確性，還可以初步測出巖石的彈性模量、密度、泊松比等指標(biāo)作為預(yù)測的參考值，所預(yù)報(bào)的長度可達(dá)到150m以上，TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)具有廣泛的應(yīng)用前景。

    3.3 GPR地質(zhì)雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在隧道中的應(yīng)用

    （1）GPR地質(zhì)雷達(dá)的預(yù)測原理

    使用雷達(dá)探測，對采集到的雷達(dá)波進(jìn)行分析，以確定掌子面前方20m范圍內(nèi)的圍巖情況。如前方圍巖有軟硬巖石的界面，在波形圖上此界面兩端雷達(dá)波傳波速度就不一樣：硬巖層中雷達(dá)波的傳播速度快，軟弱巖層中雷達(dá)波的傳播速度慢。通過分析比較波在距掌子面5m的傳播速度與后面15m的傳播速度，加上對掌子面巖性的觀察情況，就可得到前方20m左右圍巖的地質(zhì)情況。

    （2）GPR地質(zhì)雷達(dá)的探測方法

    首先將雷達(dá)探測器與接收器相連接，然后將探測器緊貼圍巖，通過沿著事先布設(shè)好的測線移動(dòng)探測器，就可以用雷達(dá)波對圍巖進(jìn)行探測了。

   （3）GPR地質(zhì)雷達(dá)的特點(diǎn)

    地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場探測速度快，每次只需30min左右，操作簡單，但其對較為復(fù)雜的地質(zhì)條件下的超前預(yù)報(bào)不是很準(zhǔn)確，特別不能在掌子面較為富水的情況下使用，因此要和其它超前地質(zhì)預(yù)報(bào)配合使用。

    3.4 地質(zhì)鉆孔在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

    地質(zhì)鉆孔就是用地質(zhì)鉆對圍巖進(jìn)行鉆進(jìn)取芯，從進(jìn)鉆速度以及對鉆出來的巖石顆粒或取出的巖芯來對前方圍巖進(jìn)行分析預(yù)測。

    從進(jìn)鉆速度的快慢可以分析得到前方圍巖的均質(zhì)情況及軟硬情況，進(jìn)鉆速度快，說明前方圍巖軟弱；進(jìn)鉆速度慢，說明前方圍巖比較堅(jiān)硬，巖石較完整；進(jìn)鉆速度不均勻，說明前方圍巖整體性較差；如果進(jìn)鉆出現(xiàn)吃鉆或卡鉆，很可能在該位置處有較大的裂隙或軟弱夾層存在。從鉆出來的巖石顆?；蛉〕龅膸r芯進(jìn)行分析研究，可得出前方圍巖的巖性。對從孔中流出水量的大小可得出前方圍巖的水文情況。該方法對穿過地質(zhì)不良地段或巖性變化頻繁的地段極為有效。

    4. 開挖及初期支護(hù)

    依據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，并根據(jù)掌子面圍巖的特性，施工中采取多種形式的開挖作業(yè)方式，如采用中導(dǎo)洞排水法（圖2）、側(cè)壁導(dǎo)坑法（圖3）、核心土支撐法（圖4）及六步流水作業(yè)法（圖5）等施工方法，充分利用圍巖的自穩(wěn)時(shí)間，做到初期支護(hù)與圍巖的自穩(wěn)性相適應(yīng)，追求“零”塌方。

圖2 中導(dǎo)洞排水法         圖3 側(cè)壁導(dǎo)坑法           圖4 核心土支撐法        圖5 六步流水作業(yè)法

    （1）中導(dǎo)洞排水法適用于掌子面水量非常大，而巖石整體性相對較好，首先開挖中導(dǎo)洞，中導(dǎo)洞超前掌子面4~5m，以方便反鏟出碴為宜。由于開挖了中導(dǎo)洞，在一定程度上降底了隧道頂拱的地下水位，同時(shí)可以減小擴(kuò)挖時(shí)的單響藥量，減輕對圍巖的擾動(dòng)，為圍巖的自穩(wěn)贏得了更多的時(shí)間，確保了施工的安全。如在下行線掌子面水量達(dá)76L/3，單孔噴出水射程達(dá)14m的灰?guī)r地段，采用中導(dǎo)洞排水法安全地通過了富水地段。

    （2）側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于掌子面的巖石軟硬不一致，如果同時(shí)起爆，炸藥量小了，硬的部分未能松動(dòng)，炸藥量大了，出碴結(jié)束，軟的部分已開始掉塊甚至塌方。在此種圍巖的條件下，必須先開挖較軟弱的一側(cè)，并完成相應(yīng)的初期支護(hù)，同時(shí)施作好鋼支撐兩個(gè)端頭的鎖腳錨桿，再開挖另一側(cè)并控制爆破方向，以確保施工安全。

    （3）核心土支撐法適用于掌子面的巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，掌子面無自穩(wěn)能力，必須依靠核心土來維持穩(wěn)定狀態(tài)。核心土支撐法先開挖出隧道上臺(tái)階環(huán)形部分，并及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，再挖出核心土。核心土預(yù)留長度為4~5m，以便開挖環(huán)形導(dǎo)坑時(shí)有足夠的操作空間，以及有足夠的重力來支撐掌子面的圍巖穩(wěn)定。

    （4）六步流水作業(yè)法適用于掌子面的巖石比較松散，圍巖幾乎散失整體穩(wěn)定性，核心土根本無法留得住，而將開挖斷面分成六步來進(jìn)行。第一步為上弧段部分，開挖高度為1.7m，以人能操作為宜。該部分開挖主要采用人工用鐵鍬及風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，局部輔助以小炮進(jìn)行。開挖總進(jìn)尺控制在10m以內(nèi)， 以盡量降低施工作業(yè)難度。第二步及第三步為馬口開挖，分左右兩邊交替進(jìn)行，只有在馬口一側(cè)的開挖及初期支護(hù)完工后，才能進(jìn)行馬口另一側(cè)的開挖。在進(jìn)行第二步及第三步的馬口開挖時(shí)，視其情況需將上弧段的力由臨時(shí)支撐傳到馬口靠洞軸線一側(cè)。

第四步為兩側(cè)馬口之間部分的開挖，拆除臨時(shí)支撐后即可進(jìn)行開挖。第五步及第六步為下部臺(tái)階左右交替開挖。采用六步流水作業(yè)法的地段必須及時(shí)施作二次襯砌混凝土，故該六步采用流水作業(yè)的方式進(jìn)行。

    為適應(yīng)復(fù)雜多變的地質(zhì)及水文條件，施工中始終遵循“重預(yù)報(bào)、管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)、快支護(hù)、多方法、勤量測”的24字方針。目前，該特長隧道開工兩年就完成了80%以上的開挖任務(wù)，工期一再提前，為早日通車創(chuàng)造了條件。

    5. 監(jiān)控量測的應(yīng)用

    由于復(fù)雜多變的地質(zhì)情況，造成各種圍巖強(qiáng)度、受力特性及層間的相互作用力都發(fā)生變化，相應(yīng)的圍巖與隧道各點(diǎn)的變形、位移及安全穩(wěn)定性也必然受到影響，相應(yīng)的監(jiān)測儀器設(shè)置在不同的圍巖、不同的圍巖類別及斷面變化的地方，使隧道圍巖的變化情況都得到全方位監(jiān)控。

    監(jiān)控量測不但用來監(jiān)測初期支護(hù)和二次襯砌的安全性，還用于決定二次襯砌施工的最佳時(shí)期，從變形觀測結(jié)果可以得知，上臺(tái)階開挖支護(hù)后，圍巖應(yīng)力重新分布，支撐體系受圍巖壓力發(fā)生變形，而后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，下臺(tái)階開挖后，圍巖應(yīng)力再次重新分布，支撐體系隨之變形，而后逐漸收斂，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在此條件下，圍巖已基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可進(jìn)行二次混凝土襯砌。通過監(jiān)控量測求得的二次襯砌混凝土最佳施作時(shí)間，使二次襯砌混凝土避免受到圍巖在收斂期產(chǎn)生的應(yīng)力而導(dǎo)致的裂縫，進(jìn)一步增強(qiáng)了二次襯砌混凝土的防水能力。

    監(jiān)控量測另一項(xiàng)重要的作用是在選擇適合各種地質(zhì)條件下的支護(hù)參數(shù)。由于圍巖的復(fù)雜多變，前方待開挖地段的支護(hù)參數(shù)必須隨之而進(jìn)行調(diào)整，監(jiān)控量測則作為變更的反分析資料，根據(jù)前方圍巖的TSP203超前預(yù)報(bào)的波形圖及頻譜圖與已開挖的地段相類似的地方相對照，同時(shí)，在已開挖地段的收斂變形數(shù)值達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的預(yù)留變形量的最佳值時(shí)，該地段的支護(hù)方式被認(rèn)為是最合理的支護(hù)方式，則前方圍巖的支護(hù)方式與該地段的支護(hù)采用同一支護(hù)形式。

    6. 質(zhì)量檢測手段

    施工過程中，除了采用傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測手段外，還采取了以下質(zhì)量檢測手段：

    隧道初期支護(hù)所用圓弧形工字鋼采用專用工字鋼彎曲機(jī)制作，制作完成的工字鋼，其弧度采用固定模具及特制鋼尺進(jìn)行檢測，不符合要求的立即調(diào)整彎曲機(jī)的頂推裝置。

    隧道內(nèi)噴射的鋼纖維混凝土，其施工質(zhì)量的關(guān)鍵在于拌合料中的鋼纖維必須均勻，才能確保噴射到巖面的鋼纖維均勻分布。采用FSO23型鋼纖維含量檢測儀可隨時(shí)對拌制好的鋼纖維混凝土進(jìn)行檢測，該檢測儀能將待抽樣混凝土拌合物中的鋼纖維與骨料自動(dòng)分離，鋼纖維由機(jī)內(nèi)的強(qiáng)磁場吸收到固定位置，十分快速就測出鋼纖維的比例，根據(jù)檢測結(jié)果可以及時(shí)調(diào)整鋼纖維混凝土的拌制工藝及噴射工藝。

初期支護(hù)中鋼纖維噴射混凝土的厚度檢測采用地質(zhì)雷達(dá)來進(jìn)行，在洞內(nèi)順洞軸線方向每隔2m設(shè)置一條測線，共設(shè)置七條測線，然后用地質(zhì)雷達(dá)探頭順著測線方向檢測混凝土厚度，地質(zhì)雷達(dá)將每隔2cm采集一組數(shù)據(jù)，因此對初期支護(hù)噴射混凝土的平均厚度、最大厚度、最小厚度及初期支護(hù)的脫空情況、填充情況、富水情況等都能有比較精確的描述，對檢測出的質(zhì)量缺陷，可以采取必要的工程措施，如補(bǔ)噴、灌漿等，以確保初期支護(hù)無質(zhì)量隱患存在。

    由于二次襯砌混凝土澆筑結(jié)束后無回填灌漿的后續(xù)工序，二次襯砌混凝土的厚度也采用地質(zhì)雷達(dá)對成型混凝土進(jìn)行檢測。

    通過采取多種形式的檢測手段，對已施工的初期支護(hù)及二次襯砌進(jìn)行全面無破損檢測，對發(fā)現(xiàn)的缺陷部位采取工程措施，使施工的整條隧道無不合格點(diǎn)，追求隧道營運(yùn)期“零”返修率的目標(biāo)。

    7. 幾點(diǎn)體會(huì)

    （1）對高覆蓋層特長隧道的地質(zhì)勘探工作，受各種條件的限制，不可能做得很細(xì)，在施工中，通過多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及與監(jiān)控量測相結(jié)合的方式，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)化，使隧道支護(hù)和圍巖的地質(zhì)條件及水文條件更加匹配，從而節(jié)約投資，加快工程進(jìn)度。

    （2）隧道開挖過程中出現(xiàn)石灰?guī)r的地段，由于石灰?guī)r地段地下水豐富，水和石灰?guī)r在一定條件下極易產(chǎn)生化學(xué)發(fā)應(yīng)，長期形成所謂的“水垢”，從而堵塞排水管，造成排水不暢。隧道內(nèi)一旦出現(xiàn)排水不暢，極易造成防、排水系統(tǒng)失效，從而造成襯砌混凝土可能發(fā)生滲漏水。建議設(shè)計(jì)部門采取以“堵”為主的方式較好，目前設(shè)計(jì)部門較少考慮該問題。

    （3）在隧道水量較為集中的地段，建議以“堵”為主的方式較以“排”為主的方式為好。過多的山體地下水被從隧道內(nèi)排出，會(huì)使隧道上方山體內(nèi)陸下水位線下降，改變了自然水系，造成隧道上方山溝內(nèi)無水，地表植被枯死，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件。