嘎隆拉隧道斷層帶涌水處治措施探討

夏 鈴，石玲莉，李 強

(重慶交通大學(xué)，重慶470004)

1 工程概況

嘎隆拉隧道處于崗日嘎布山脈，該山脈是進入墨脫境內(nèi)跨越的最高山，也是波密縣與墨脫縣的界山之一。嘎隆拉隧道為扎木至墨脫公路新改建工程的控制性工程，隧道起止樁號為CK48+235～CK51+780，全長3 545 m，為單洞特長隧道。

隧址區(qū)屬構(gòu)造強烈剝蝕、冰蝕作用強烈的高山峽谷冰川地貌，山勢險峻，溝谷發(fā)育，地形坡度大。崗日嘎布山山頂海拔均在4 500 m以上;海拔4 000 m以上為冰川作用地形，角峰、刃脊明顯;海拔3 500～4 000 m為冰川運動區(qū)，冰蝕作用強烈，冰崩、雪崩發(fā)育。

隧址區(qū)處在兩條區(qū)域斷裂影響內(nèi)，并發(fā)現(xiàn)洞身及其附近存在7條小斷層，其中4條通過隧道路線，其分別交于CK48+875～CK48+920、CK49+960～CK50+010、CK50+200～CK50+250、CK50+780～CK50+830附近。地勘資料顯示，CK48+630～CK48+830段圍巖主要為弱、微風(fēng)化黑云母變粒巖、黑云母花崗巖、黑云母石英片巖，裂隙稍發(fā)育，巖質(zhì)堅硬，較完整，巖芯多呈中長柱狀，穩(wěn)定性較好，巖石極限抗壓強度為120～200 MPa，開挖無支護時可能掉塊;含少量基巖風(fēng)化裂隙水，具弱承壓性，施工時有滲水、漏水現(xiàn)象，應(yīng)加強、監(jiān)測排水。設(shè)計圍巖級別為Ⅲ級。

2 涌水狀況

2009年10月20 日隧道進口段K48+860，在1號緊急停車帶施工過程中，地下水自拱墻片狀出露。10月20日中午13時，在施工隊進行打炮眼作業(yè)中，掌子面右下側(cè)兩個掏槽眼鉆進深度約2 m時，該孔眼突然出現(xiàn)涌水，具有強承壓性，地下水壓將鉆桿自孔內(nèi)沖出，流速較大，水平直射距離約達5 m左右，初步估計水壓可達2 MPa，出水量最高達到約300～400 m3/h。

2009年10月23 日上午，隧道參建各方相關(guān)人員進行現(xiàn)場進行查勘后，隨后召開專題聯(lián)席會議。會議決定:對于K48+860掌子面的涌水情況，在現(xiàn)掌子面施作泄水孔進行泄壓泄水，根據(jù)實際情況確定進一步處理方案，同時加大抽排水力度。

2009年10月24 日～10月25日施工單位按10月23日會議決定加大抽排力度，并在掌子面利用Φ89潛孔鉆進行泄水孔作業(yè)。當?shù)谝粋€泄水孔(距隧道底板高約1.5 m的中線左右位置)鉆至6～7 m時，該孔地下水突然噴射而出，強大的水壓將鉆桿自孔內(nèi)推出，由于掌子面出水較大，洞內(nèi)水量激增并將附近正在抽水的設(shè)備淹沒，并造成洞內(nèi)集水，后施工單位及時組織力量進行了抽排，投入5臺22 kW抽水泵對集水進行排抽，使得抽排量與出水量維持平衡，隧道內(nèi)集水情況得到了控制和緩解。

由于本次涌水屬突發(fā)情況，涌水前沒有準確預(yù)報，對涌水也沒有足夠預(yù)備措施，抽水設(shè)備的抽水能力相對不足，且隧道為4.1%的較大反坡，掘進里程較長，已達625 m，抽水存在一定困難，加之本工程所在地電力供應(yīng)、運輸條件等客觀條件限制，致使洞內(nèi)積水最高達接近100 m，經(jīng)過努力，積水得到控制。

本次涌水地段圍巖主要為弱風(fēng)化、微風(fēng)化黑云母變粒巖黑云母花崗巖、黑云母石英片巖，均屬微、弱風(fēng)化的硬巖，完整性較好;地下水自拱墻片狀出露，水溫5℃左右。

3 斷層破碎帶涌水原因分析

3.1 區(qū)域構(gòu)造

隧道處在兩條區(qū)域斷裂影響內(nèi)，分別為近似平行于線路的馬尼翁斷裂和在進口段垂直于線路的嘎龍寺斷裂，F(xiàn)7斷層分布在兩條區(qū)域斷裂之內(nèi)，為次級構(gòu)造，見圖1。由于F7斷層位于區(qū)域斷裂內(nèi)，推測其延伸部位分別與馬尼翁斷裂及嘎龍寺斷裂相交，導(dǎo)致這些斷裂內(nèi)的構(gòu)造裂隙水相互貫通，構(gòu)造裂隙水儲量大。

3.2 地質(zhì)情況

進口段開挖地層巖性主要為黑云母片巖、石英片巖及花崗片麻巖，巖石片理、裂隙發(fā)育，呈強～弱風(fēng)化狀，巖體破碎，地層產(chǎn)狀210°∠44°。上覆第四系土層主要為崩坡積物和冰磧物，厚度較大，為30～70 m，物質(zhì)組成為塊石土和碎石夾塊石土，呈松散狀，含較豐富的孔隙水。由于地層傾向與坡向相反，地下水在沿坡向向下逕流時受到一定的阻擋，而在沿地層走向方向逕流時相對較為暢通;即在隧道開挖后，地下水沿地層走向與F7斷層走向方向逕流量較大。

圖1 隧址區(qū)地質(zhì)平面圖

由于上述兩方面的原因，導(dǎo)致隧道開挖后F7斷層涌水量較大。但由于現(xiàn)在是冰雪季節(jié)，冰雪融水量不大，地表水大多結(jié)冰，由地表融水匯入隧道內(nèi)不是主要原因，隧道涌水量更多的是受區(qū)域構(gòu)造裂隙水影響。

4 涌水處理措施

在隧道涌水地段，在加大抽排水力度情況下，考慮目前掌子面地質(zhì)情況較好，施工單位目前進行了試驗性開挖。開挖前，主要采用對掌子面周邊進行小導(dǎo)管注漿。

(1)注漿堵水與加固機理。注漿堵水與加固是指在隧道開挖之前，對掌子面前方圍巖體進行全面的鉆孔壓漿處理，使?jié){液充滿到前方破碎松散巖體的間隙中去，凝固后將其膠結(jié)起來，強度、密實性得到提高;注漿能在開挖輪廓線的外面形成一定厚度的截水帷幕，降低地層透水系數(shù)，避免地下水在開挖時大量涌放隧道，為隧道掘進施工提供條件。

(2)注漿材料和選擇。注漿材料應(yīng)根據(jù)巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件等進行選擇。選擇原則是:漿液濃度低，膠凝固結(jié)強度高，膠凝時間可調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性好，操作方便，價格低，環(huán)保等。嘎隆拉隧道斷層帶按注漿機理劃分為充填注漿，考慮采用摻加適量速凝劑的水泥漿，該注漿材料在凝固后的長期強度、耐久性比較好。

(3)注漿方法。小導(dǎo)管注漿采用Φ42注漿小導(dǎo)管，長度5 m。注漿范圍為拱120°，在拱頂120°范圍內(nèi)施作一環(huán)，間距30 cm。按照設(shè)計要求進行鉆孔作業(yè)，開孔前對每孔外插角進行準備測量，到達要求后進行清孔，并安裝小導(dǎo)管，進行漿液灌注，注漿強度保持在3～5 MPa，以利于漿液擴散。最后檢驗注漿效果。

5 后續(xù)施工處理方案

根據(jù)試驗性開挖結(jié)果以及綜合考慮本項目隧道施工條件，采取后續(xù)施工處理方案如下:

(1)進一步加強超前地質(zhì)預(yù)報工作，尤其是水平鉆探工作，須保證開挖面前方10 m左右的地質(zhì)情況有較為清晰的了解。該要求是個基礎(chǔ)工作，需要進一步探明F7斷層性質(zhì)，判定目前地質(zhì)情況就是F7斷層，還是其影響帶。

(2)如前方地質(zhì)條件和當前掌子面情況類似，可按目前施工方案實施，但應(yīng)加強排水，并做好若出現(xiàn)大量涌水的應(yīng)急預(yù)案。初期支護完成后應(yīng)及時進行圍巖系統(tǒng)錨桿注漿(建議將中空錨桿改為Φ42注漿小導(dǎo)管，參數(shù)不變)，對于較大的股狀涌水應(yīng)暫時設(shè)置泄水管，后期再集中進行注漿封堵。

(3)如前方地質(zhì)條件有所惡化，但圍巖仍為巖石，只是節(jié)理相對發(fā)育，涌水量略微增加時，建議進一步加強超前支護，施作長度不小于20 mΦ108大管棚，防止拱頂因地質(zhì)條件惡化可能導(dǎo)致的突然坍塌現(xiàn)象。

(4)如前方地質(zhì)條件有較大惡化，出現(xiàn)了土石錯層甚至含土較多或夾泥質(zhì)等強風(fēng)化圍巖，涌水量有較明顯增加，采用全斷面注漿，其目的是有效的堵水和改善圍巖性質(zhì)，主要思想仍是防坍塌。全斷面帷幕注漿由于注漿范圍大，在隧道周邊及前方構(gòu)筑一道隔水保護圈，阻隔地下水進入隧道并減輕隧道結(jié)構(gòu)外水壓力，同時改善圍巖的力學(xué)性質(zhì)，可一定程度上提高斷層破碎帶圍巖強度，抵御地壓能力亦會增加，減小了作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的永久荷載，減輕了隧道結(jié)構(gòu)壓力。具有施工過程中安全性高、堵水效果好優(yōu)點，但投資大，對設(shè)備、機械要求較高，施工周期長缺點。

綜上所述，在圍巖條件較好但現(xiàn)行施工試驗方案不能完全保證安全的情況下，建議施作超前大管棚局部加強超前支護，優(yōu)點是在不增加大量投資和耽擱工期的前提下能保證掌子面及隧道安全。若圍巖劣化嚴重，現(xiàn)行施工試驗方案不能滿足安全要求，則需要考慮進行全斷面帷幕注漿。

6 幾點體會

(1)隧道設(shè)計必須體現(xiàn)動態(tài)設(shè)計理念，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場具體情況，及時對設(shè)計方案進行必要完善。

(2)由于許多因素影響了隧道地質(zhì)勘探工作，導(dǎo)致了隧道掘進面前方圍巖情況的錯誤判斷，因此應(yīng)補充勘探和加強超前地質(zhì)預(yù)報工作。

(3)在高海拔地質(zhì)條件不穩(wěn)定地區(qū)進行隧道工程建設(shè)，地質(zhì)預(yù)報工作對隧道施工有著不可替代的指導(dǎo)作用。必須按照《設(shè)計文件》及相關(guān)規(guī)定認真進行，為隧道建設(shè)提供有力支持。