湯村長(zhǎng)大鐵路隧道斷層地帶大涌水處理

張 飛 張 虎

(1.中鐵上海工程局第一工程有限公司，安徽蕪湖 241009;2.中鐵四局南京分公司，江蘇南京 210000)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速騰飛，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也隨之加快，特別是高速公路和高速鐵路的建設(shè)如雨后春筍。伴隨施工技術(shù)的提高，高速鐵路逐步向山區(qū)蔓延。在山區(qū)修建高速鐵路時(shí)，因地形條件限制，橋隧比例明顯增大。而長(zhǎng)大鐵路山嶺隧道過程中經(jīng)常遇到斷層涌水等地質(zhì)災(zāi)害，往往會(huì)帶來(lái)較大影響。在涌水處理過程中選擇合理、經(jīng)濟(jì)的處理方法，有著重大的技術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。

1 斷層涌水對(duì)隧道工程的影響［1-3］

湯村隧道是該工程中控制性重點(diǎn)工程之一，隧道全長(zhǎng)9 645 m。該隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層十分發(fā)育，直接影響隧道的斷層有18條，其中F4斷層影響最大，其勘察設(shè)計(jì)正常涌水量達(dá)416 m3/d。隧道開挖過程中，因地質(zhì)預(yù)報(bào)不準(zhǔn)或涌水處水頭高度估計(jì)不足，容易給施工人員帶來(lái)巨大的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

隧道斷層涌水處初支施工質(zhì)量直接決定后期襯砌所承受的水頭壓力大小，科學(xué)合理的涌水處理措施，能夠有效降低襯砌所承受的水壓力大小以及對(duì)隧道襯砌的侵蝕作用。因斷層涌水處理不徹底，可能造成隧道襯砌侵蝕破壞，滿足不了隧道防水要求，嚴(yán)重影響隧道后續(xù)工作年限。嚴(yán)寒地區(qū)，凍融交替變換，使侵蝕性漏水會(huì)對(duì)隧道襯砌和附屬設(shè)施的破壞更加嚴(yán)重。襯砌和圍巖直接可能因?yàn)閮鋈谘h(huán)而造成混凝土與初支直接產(chǎn)生裂縫，造成襯砌受力過大而發(fā)生開裂，甚至?xí)霈F(xiàn)襯砌漏水，地表積水，嚴(yán)重影響隧道的安全和使用。

2 隧道斷層涌水的原因分析

隧道斷層涌水是由于隧道掘進(jìn)過程中破壞了斷層含水區(qū)結(jié)構(gòu)，使富水區(qū)靜水平衡條件以及圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生急劇改變，造成地下水體所儲(chǔ)存能量以流體高速運(yùn)動(dòng)形式瞬間釋放而產(chǎn)生一種動(dòng)力破壞現(xiàn)象。湯村隧道1號(hào)斜井DK17+495處于F6，F(xiàn)7和F8交匯處，通過TSP與加深炮孔相結(jié)合的方式進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，炮孔出現(xiàn)涌水。項(xiàng)目部立即停止掘進(jìn)，并通知監(jiān)理單位和設(shè)計(jì)人員，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，同時(shí)要求現(xiàn)場(chǎng)增加超前水平鉆孔對(duì)斷層和圍巖進(jìn)行判斷，增加隧道施工的安全性。項(xiàng)目部立即按設(shè)計(jì)要求，對(duì)掌子面進(jìn)行超前水平鉆孔，如圖1所示。

圖1 線路左側(cè)超前水平鉆孔圖

圖2 超前加深炮孔和水平鉆孔涌水圖

3 隧道斷層涌水情況

DK17+495掌子面從超前加深炮孔和超前水平鉆孔涌水如圖2所示，對(duì)該掌子面用水量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，記錄如圖3所示，通過圖3可知，10月7日涌水量最大為12 500 m3/d，到10月16日之后，涌水量維持在1 000 m3/d。通過加深炮孔和超前水平鉆孔發(fā)現(xiàn)，圍巖巖質(zhì)較堅(jiān)硬，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體破碎，線路左側(cè)圍巖富水，線路右側(cè)圍巖無(wú)水，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，掌子面涌水區(qū)域分布如圖4所示。

圖3 DK17+495涌水量統(tǒng)計(jì)曲線圖

圖4 DK17+495掌子面涌水區(qū)域分布圖

4 隧道斷層涌水處理方法

4.1 隧道斷層處注漿堵水［4-7］

10月17日湯村隧道1號(hào)斜井經(jīng)過一輪開挖后，發(fā)現(xiàn)DK17+497處出現(xiàn)斷層，斷層寬度約0.5 m，該處涌水較小，經(jīng)過業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，針對(duì)DK17+497處斷層涌水處采用注漿堵水和加強(qiáng)初期支護(hù)進(jìn)行施工。

按照施工方案，現(xiàn)場(chǎng)采用壓注M30水泥漿進(jìn)行局部堵水。注漿管采用φ50無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度為5 m，管身鉆設(shè)φ10 mm注漿孔，間距20 cm～50 cm，鋼花管如圖5所示，采用梅花形布置。鋼管間距0.8 m～1.2 m，單孔擴(kuò)散半徑1.5 m，注漿孔與出水裂隙面盡量大角度相交，注漿材料采用水泥漿，水灰比1∶1，注漿壓力0.5 MPa～0.6 MPa。孔口采用止?jié){塞止?jié){，漿塞膠圈尺寸應(yīng)與注漿孔徑相配。針對(duì)斷裂縫隙用水量較大處，應(yīng)先鉆引水孔泄壓，再對(duì)裂隙注漿，最后采用膨脹快硬水泥對(duì)引水孔進(jìn)行封堵處理，確保能夠迅速堵水成功，確保對(duì)地下水環(huán)境影響降到最低。注漿過程中，保證注漿材料滿足方案要求，確保注漿壓力大小和持壓時(shí)間。通過前期排水和注漿堵水，斷層涌水處基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)。

4.2 隧道斷層涌水處初期支護(hù)及防排水

湯村隧道DK17+497段原先圍巖等級(jí)為Ⅱ級(jí)，由于出現(xiàn)斷層涌水，現(xiàn)將圍巖等級(jí)變更為Ⅳ級(jí)，按照Ⅳ級(jí)圍巖進(jìn)行初期支護(hù)施工，斷層處初期支護(hù)強(qiáng)度，減少對(duì)后期襯砌的壓力，通過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反映此段變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定，可以進(jìn)行二次襯砌施工。

圖5 無(wú)縫注漿鋼花管圖（單位：cm）

根據(jù)《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》鐵建設(shè)［2010］241號(hào)防排水規(guī)定:高速鐵路隧道防排水施工應(yīng)采取“防、堵、截、排相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，滿足環(huán)境保護(hù)和設(shè)計(jì)的要求。為了達(dá)到設(shè)計(jì)防排水要求，需在穩(wěn)定的初期支護(hù)上掛設(shè)厚度為1.5 mm防水板加400 g/m2的土工布，確保襯砌不受侵入的裂隙水侵蝕，達(dá)到更好的防水要求。對(duì)于斷層涌水處，加強(qiáng)土工布和防水板本身質(zhì)量以及焊接和掛設(shè)質(zhì)量，掛設(shè)前應(yīng)該嚴(yán)格檢查土工布和防水板有無(wú)破損現(xiàn)象，保證防水板焊縫能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)規(guī)定的壓力，而土工布與防水板直接增加熱熔焊貼的數(shù)量，兩者直接能夠密貼，減少防水板背后空隙。為了減少后期斷層處出現(xiàn)高壓裂隙水，減小對(duì)隧道襯砌的侵蝕，特在斷層涌水的防水層與初期支護(hù)之間增設(shè)TR加勁型軟式透水管盲溝，與縱向排水盲管相連，將該處后期可能再次產(chǎn)生裂隙水直接引入中心盲管中，直接排到隧道的中心管溝，通過中心管溝排到隧道外。

5 結(jié)語(yǔ)

湯村隧道DK17+497斷層涌水段通過上述施工處理，經(jīng)過后期現(xiàn)場(chǎng)觀察，襯砌表面干燥無(wú)滲水現(xiàn)象，由此可以得出以下結(jié)論:

1)隧道斷層涌水處，首先要探明掌子面前方的地質(zhì)情況和水量大小，認(rèn)真研究該斷層水是否與地表相連。

2)隧道斷層涌水治理，注漿是關(guān)鍵，注漿過程中應(yīng)注重選擇合適的注漿參數(shù)，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，確保注漿能夠達(dá)到封堵效果。

［1］ 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.湯村隧道設(shè)計(jì)說明［R］.2010.

［2］ 鐵道部第二勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)——隧道［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009:131-135.

［3］ 黃鴻健，張民慶.宜萬(wàn)鐵路隧道工程巖溶及巖溶水分析與應(yīng)對(duì)［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009，46(2):22-23.

［4］ 張民慶，黃鴻健，苗德海，等.宜萬(wàn)隧道工程巖溶治理技術(shù)與工程實(shí)例［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(112):26-36.

［5］ 劉汝臣.宜萬(wàn)鐵路巖溶隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2007，27(2):1-3，35.

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［7］ 冬 青.長(zhǎng)大單坡隧道涌水段綜合治理施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(9):46-48.