淺析隧道斷層破碎帶初支防排水措施

劉利英

0 引言

隧道作為一種地下建筑物，在施工過程中不可避免地要遇到地下水的干擾，從而引發(fā)許多特殊的工程問題，如塌方、冒頂、涌水、突水，甚至地下泥石流、隧道大變形等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，南昆鐵路的415座隧道中，15%的洞段發(fā)生塌方，93.5%發(fā)生涌水;青藏鐵路關(guān)角隧道通過 11條斷層帶，修建過程中，發(fā)生塌方達(dá) 60余次;而隧道斷層破碎帶則極易發(fā)生突水、突泥淹沒隧道，損壞機(jī)械設(shè)備，危及人身安全，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，并成為地質(zhì)災(zāi)害。為防患于未然，斷層破碎帶的防水治水工作不容忽視，本文結(jié)合云中山隧道洞內(nèi)斷層破碎帶滲、涌水特征提出了幾種防排水措施，對(duì)同類型隧道的防排水施工有一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

云中山特長(zhǎng)隧道下行線起訖里程LK 41+475～LK 47+040，全長(zhǎng)5 565m，縱坡坡度為2.15%～2.7%，該隧道位于盤道嶺～化北屯褶皺帶的東南翼，大致沿北東方向展布。隧址區(qū)斷裂發(fā)育，為高角度的逆斷層與正斷層，斷層破碎帶及其影響帶較寬，斷層影響帶內(nèi)巖體破碎，呈碎石狀松散結(jié)構(gòu)，隧道圍巖主要為灰紅色、灰白色花崗巖夾泥巖。圍巖變化頻繁，地質(zhì)條件復(fù)雜。當(dāng)隧道開挖至LK 42+644時(shí)出現(xiàn)大量滲水，滲水量達(dá) 460 L/h，滲水點(diǎn)散，有的在拱頂、有的在邊墻、有的在掌子面;水質(zhì)較清。圍巖主要是灰紅色強(qiáng)風(fēng)化花崗巖夾泥巖，泥巖松散軟弱，遇水易軟化，灰紅色強(qiáng)風(fēng)化花崗巖破碎，裂隙發(fā)育。根據(jù)地質(zhì)條件及實(shí)地勘查，研究認(rèn)為此段地下水豐富，主要是基巖裂隙水，灰紅色強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為含水層，泥巖為隔水層，主要受斷層破碎帶影響。圍巖整體性較差且富水，施工過程中滲、涌水較為常見。

2 治水措施

由于地下水主要為基巖裂隙水，根據(jù)滲水量的大小、壓力、分布情況采取不同的處理方法。

1)對(duì)于大面積滲水，裂隙發(fā)育的地方，采用固結(jié)注漿:將隧道周邊滲涌水控制在一定限度，同時(shí)對(duì)隧道圍巖進(jìn)一步加固。注漿施工參數(shù)的確定:a.注漿孔管布設(shè):孔徑為50mm，孔深200 cm，間距 75 cm，梅花形布置。在每個(gè)注漿口處設(shè)一 φ42孔口注漿固定管，長(zhǎng)度60 cm;b.注漿漿液參數(shù):水泥漿水灰比為0.8∶1～1∶1，水玻璃濃度為25Be′～40Be′，水泥漿與水玻璃的體積比為1∶1;c.注漿壓力:控制在0.5MPa～1MPa，由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況具體確定。

注漿施作要點(diǎn):a.注漿管路系統(tǒng)的試運(yùn)轉(zhuǎn):在注漿前將各種設(shè)備連接成注漿系統(tǒng)，接好風(fēng)、水、電，連接好各種管路系統(tǒng)，用1.5倍～2倍于注漿終壓對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行吸水試驗(yàn)檢查，檢驗(yàn)管路系統(tǒng)能否耐壓，有無(wú)漏水;檢查管路連接是否正確;檢查設(shè)備機(jī)況是否正常。確保系統(tǒng)均處于良好的狀態(tài)方可進(jìn)行注漿作業(yè)。b.制漿:水玻璃原液51 Be′，模數(shù)2.1～2.8。按要求稀釋成 25 Be′～40 Be′使用。稀釋方法是邊加水、邊攪拌、邊測(cè)量，至 35 Be′為好。水泥漿的配制按料重先輕后重的順序投料，先在攪拌筒內(nèi)添加好清水，在開動(dòng)攪拌機(jī)的情況下，緩緩加入要求的水泥量。攪勻后(一般為5min)，經(jīng)5mm×5mm孔的網(wǎng)篩過濾后，即可放漿供注漿用，為實(shí)現(xiàn)連續(xù)制漿、連續(xù)注漿，必須配備 1個(gè) ～2個(gè)儲(chǔ)漿桶。c.注漿順序:根據(jù)降水漏斗原理，一般先注外圈孔后注內(nèi)圈孔，先注無(wú)水孔后注有水孔。如遇竄漿或跑漿，則間隔 1個(gè)孔或幾個(gè)孔灌注。d.注漿壓力的控制:由于注漿管路一般都短于30m，且彎頭少，進(jìn)出漿口高差也在 6m以內(nèi)，經(jīng)驗(yàn)表明注漿壓力的管路損失很小，在0.1MPa以內(nèi)，所以可認(rèn)為注漿壓力就是顯示的泵壓值，由注漿泵的油壓控制調(diào)節(jié)，按注漿終壓計(jì)算出泵的油壓值來控制。對(duì)注漿泵油壓的設(shè)置，當(dāng)達(dá)到該壓力且繼續(xù)升高，會(huì)自動(dòng)停泵，十分安全，不致發(fā)生超壓注漿而出現(xiàn)危險(xiǎn)。e.漿液配比的控制:漿液的配比受凝膠時(shí)間的直接控制，它的控制原則一般是先稀后濃，逐級(jí)變換。可根據(jù)圍巖的破碎程度及裂隙發(fā)育情況確定采用間歇注漿或連續(xù)注漿，確保漿液注入后達(dá)到預(yù)期的固結(jié)作用。

2)對(duì)大面積滲水、裂隙發(fā)育段固結(jié)注漿后再進(jìn)行噴射混凝土封堵，在噴射混凝土中適當(dāng)增加速凝劑的量，減小水灰比。噴射混凝土可分為 2層～4層，每層厚度不小于 5 cm，當(dāng)隧道開挖后立即噴射第一層混凝土進(jìn)行封閉，噴后斷續(xù)漏水的加設(shè)ψ形彈簧排水管(其布設(shè)方法見圖1)。立即向其表面噴射2 cm～3 cm速凝灰漿包裹固定，然后噴第二層混凝土進(jìn)行封閉。如還有滲漏水現(xiàn)象，在滲漏點(diǎn)鉆眼引水，再加ψ形彈簧管，噴射混凝土，直至封閉為止。ψ形彈簧管一端引入集水坑。

3)對(duì)邊墻滲水較大的點(diǎn)采取引、排;出水點(diǎn)鉆孔后用鋼管或軟管插入，尺寸大小及長(zhǎng)度視具體情況而定;插入點(diǎn)管子周圍用防滲水泥或補(bǔ)噴混凝土進(jìn)行封堵，盡量使水由管子排出。

4)對(duì)拱頂滲水點(diǎn)，用鋅皮容器懸吊接水，容器下部用軟管連通;鋅皮用膨脹螺栓固定或在拱架上焊接鋼筋用鉛絲綁扎。拱頂散水點(diǎn)鋪貼防水板或用鋅皮片把水引入懸吊容器或直接引至邊墻，在邊墻上挖縱向水溝，拱頂散水引到邊墻流入水溝。

5)對(duì)拱腳用管子無(wú)法直接引水的滲水點(diǎn)，采用邊墻底板挖集水坑，埋入大油桶并用巖碴覆蓋(保證邊墻的穩(wěn)定)，桶內(nèi)放一個(gè)小潛水泵，潛水泵軟管由桶內(nèi)引出后沿邊墻吊掛，為防止開挖飛石破壞管子，可用軟管與鋼管配合使用。油桶埋入深度以不被裝載機(jī)出碴破壞、不影響施工為止，引入油桶的水注意過濾，可以挖引水溝放碎石過濾，也可以用管子引入，盡量減少泥沙流入桶內(nèi)。

3 幾點(diǎn)體會(huì)

1)斷層破碎帶施工應(yīng)盡量避開雨季，采取有效措施減少地表水的滲入。2)斷層破碎帶防排水施工進(jìn)度上不能急于求成，但在施工過程中應(yīng)保證安全快速，盡量減少工序之間有脫節(jié)現(xiàn)象。3)臨時(shí)防排水工程施工完畢對(duì)注漿地段應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)反饋信息，以信息指導(dǎo)施工。同時(shí)對(duì)已注漿地段及周邊加強(qiáng)觀察，對(duì)仍滲、涌水及注漿后出水量、出水點(diǎn)位置變化情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，地下工程的建設(shè)將不斷深入，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件將愈加復(fù)雜，如何在不良地質(zhì)條件下(如斷層破碎帶、基巖裂隙水富集等)，優(yōu)質(zhì)高速建好隧道等地下工程，加強(qiáng)對(duì)基巖裂隙水的理論和實(shí)踐研究，掌握斷層破碎帶地下水的賦存規(guī)律，認(rèn)識(shí)其滲流特性并能在施工時(shí)進(jìn)行科學(xué)合理的治理，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 中交一院.云中山隧道防排水設(shè)計(jì)圖[Z].2009.

[2] JTG D 70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 大島洋志.隧道開挖時(shí)涌水枯水的計(jì)算[J].隧道譯叢，2009 (8):11-14.