淺談湖山隧道凝灰?guī)r突水及處治措施

趙小榮

（中鐵十二局集團(tuán)一公司，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

湖山隧道是漳州南聯(lián)絡(luò)線(xiàn)南靖至龍海高速公路唯一的一條特長(zhǎng)隧道，左線(xiàn)起訖樁號(hào)ZK22+356.53～ZK25+620，全長(zhǎng)3263.47米，全隧道縱向設(shè)單向坡+2.275%，進(jìn)出口高差達(dá)74米。我標(biāo)段承建任務(wù)是出口ZK24+402～ZK24+620段共2218米，總高差50米，為反坡排水隧道。全隧道主要以Ⅲ、Ⅳ級(jí)花崗巖和凝灰?guī)r為主，巖質(zhì)堅(jiān)硬、節(jié)理裂隙發(fā)育。

2 地質(zhì)特征

隧道區(qū)域?qū)偾治g低山～丘陵地貌區(qū)，隧道區(qū)域地層自上而下主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)粘土、黏性土、碎石土和燕山晚期花崗巖及侏羅系上統(tǒng)南園組凝灰?guī)r其風(fēng)化層組成。隧道區(qū)上覆蓋層為第四系全新統(tǒng)地層，下伏地層為燕山晚期花崗巖及侏羅系上統(tǒng)南園組凝灰?guī)r，兩套底層之間呈不整合接觸。地區(qū)特殊性巖土主要為花崗巖殘積土，該土的水理性質(zhì)差，強(qiáng)度和穩(wěn)定性與黏粒含量大小關(guān)系十分密切，在水的浸泡、沖刷、侵蝕等作用下，土的工程力學(xué)性質(zhì)急劇下降。

3 水文特征

項(xiàng)目所在地屬福建亞熱帶季風(fēng)氣候，地表植被茂密，受臺(tái)風(fēng)影響降雨量大，雨季時(shí)間較長(zhǎng)。地下水環(huán)境復(fù)雜,受季節(jié)影響較大，主要賦存于山間凹地、沖溝、蝦池、魚(yú)塘之中。根據(jù)鉆孔水文地質(zhì)觀(guān)測(cè)，道路沿線(xiàn)地下水主要有：松散堆積物孔隙水、基巖裂隙水兩大類(lèi)型，地下水較發(fā)育。

4 發(fā)生突水的原因

2012年9月13日，湖山隧道出口右線(xiàn)施工至掌子面K24+445發(fā)生突水，突水量達(dá)120m3/h。如圖1所示。本段原設(shè)計(jì)為完整堅(jiān)硬的微風(fēng)化凝灰?guī)r，地下水出水狀態(tài)以點(diǎn)滴狀為主，圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)，支護(hù)參數(shù)為S3?，F(xiàn)掌子面實(shí)際圍巖以中風(fēng)化凝灰?guī)r為主，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，圍巖整體較破碎，左側(cè)拱肩處鉆孔內(nèi)有一股高壓噴射狀水柱，掌子面其他部位多呈股狀出水。為確保安全項(xiàng)目部及時(shí)暫停掌子面開(kāi)挖，一方面加大措施對(duì)突水進(jìn)行抽排防止淹沒(méi)掌子面，另一方面及時(shí)通知監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計(jì)單位，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)地形調(diào)查并制定出處治方案。

圖1 湖山隧道右線(xiàn)K24+445掌子面突水照片

湖山隧道路線(xiàn)區(qū)植被特發(fā)育，通視條件差，為找出水源，項(xiàng)目部多次組織人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查。湖山隧道突水主要來(lái)源為地下水，而龍海雨季集中在三至六月，每年六至九月常有臺(tái)風(fēng)襲來(lái)，臺(tái)風(fēng)帶來(lái)暴雨或大暴雨，造成洪澇災(zāi)害。雨季時(shí)間長(zhǎng)，雨水不斷的補(bǔ)給地下水，地下水充裕，同時(shí)湖山隧道埋深大，水位處于高壓狀態(tài)，隧道節(jié)理裂隙極其發(fā)育透水性強(qiáng)。“高壓、富水、不良地質(zhì)”三者不利最終導(dǎo)致發(fā)生突水。

5 治理突水的技術(shù)方案

本著“一次根治、不留后患”的原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件以及業(yè)主對(duì)工期的要求，綜合考慮經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，最終決定，將湖山隧道出口右線(xiàn)K24+445～K24+410段共35米支護(hù)形式由原設(shè)計(jì)S3變更為突水加強(qiáng)型參數(shù)施工。對(duì)突水采用排堵結(jié)合的施工方案，盡量不破壞山體的地下水循環(huán)。對(duì)掌子面左側(cè)拱肩處高壓股狀水采取引排為主，對(duì)其它部位壓力小呈線(xiàn)狀、股狀水采用超前小導(dǎo)管注漿與徑向注漿相結(jié)合封堵的方式，同時(shí)在襯砌與圍巖之間做嚴(yán)密的隔水層等工程措施，將漏水處理在初期支護(hù)隔水層確保二襯安全。同時(shí)加大排水力度，由專(zhuān)人24小時(shí)專(zhuān)門(mén)對(duì)突水進(jìn)行抽排，確保隧道正常施工。

5.1 加強(qiáng)型初期支護(hù)

考慮到突水水壓對(duì)支護(hù)的破壞及初支隔水層的施工，圍巖雖然為III級(jí)但突水段采用加強(qiáng)型復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)由3.5m中空錨桿、單層Φ8鋼筋網(wǎng)、26cm厚C20噴射混凝土、I18工字鋼鋼拱架組成，并配以Φ42超前小導(dǎo)管形成拱圈堵水帷幕，C25模筑混凝土作為二次襯砌抗?jié)B要求不小于S8。初期支護(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)復(fù)合防水層，并加密排水盲管的間距。突水加強(qiáng)型襯砌參數(shù)如圖2所示。

圖2 突水加強(qiáng)型襯砌支護(hù)圖

Φ42超前小導(dǎo)管前端呈尖錐狀，管壁四周鉆6mm壓漿孔，尾部1.0m不設(shè)壓漿孔，超前小導(dǎo)管保持至少1m的搭接長(zhǎng)度。小導(dǎo)管內(nèi)注水泥、水玻璃雙液注漿，注漿參數(shù)如下：(1)水泥漿水灰比1：1（2）水玻璃摻量為水泥用量的5%（質(zhì)量比），水玻璃濃度35玻美度，模數(shù)2.4。（3）注漿壓力控制在0.5～1.0Mpa。小導(dǎo)管從工字鋼腹板穿過(guò)尾部焊接于鋼架上。

5.2 徑向小導(dǎo)管后注漿堵水

初期支護(hù)施作完成后，為了充填初期支護(hù)后面因涌水沖蝕噴混凝土形成的空洞，并加固圍巖提高堵水能力，對(duì)初支表面有淋雨?duì)?、線(xiàn)狀出水的地段，以隧道開(kāi)挖外輪廓線(xiàn)以外5m范圍進(jìn)行徑向注漿堵水，如圖3。對(duì)于圍巖裂隙雨淋狀出水，點(diǎn)較集中處采用第一種注漿方法，如圖4所示，對(duì)于單個(gè)裂隙雨淋狀出水點(diǎn)，徑向注漿采用第二種方法，如圖5所示。注漿結(jié)束最終壓力為凈水壓力的2～3倍。注漿材料采用采用425水泥漿液，水泥為普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.6～1.1。注漿效果不好時(shí)，采用水泥、水玻璃雙液注漿。

圖3 徑向注漿堵水示意圖

5.3 防排水系統(tǒng)

突水段防排水系統(tǒng)如圖6所示。對(duì)于大股集中出水在初期支護(hù)時(shí)應(yīng)通過(guò)Φ10cmHDPE波紋管直接引進(jìn)隧道Φ40cm側(cè)邊溝。防水層設(shè)于初期支護(hù)與二次襯砌之間，二次襯砌外水流直接通過(guò)EVA防排水板匯至襯砌墻趾處的Φ10雙壁打孔波紋管（縱向排水管）通過(guò)Φ40cm側(cè)式透水管引排至洞外。縱橫向排水管采用三通連接，HDPE管打孔大小Φ3@30mm，環(huán)向范圍270度，采用機(jī)械打孔及外裹無(wú)紡?fù)凉げ迹苑烙偃?，施工時(shí)保證縱、橫向排水管不被壓碎和堵塞，以確保排水系統(tǒng)暢通。初支時(shí)在滲漏水較集中處鋪設(shè)Ω型彈簧排水管。路面基層下采用Φ10cmHDPE雙壁打孔波紋管，間距10m設(shè)置防止地面冒水，有仰拱段設(shè)于施工縫、變形縫處，將路面基底滲水引入路基排水溝。環(huán)向排水管采用Φ5cmHDP打孔波紋管，按5m的縱向間距設(shè)置。其安設(shè)在防水層前進(jìn)行，Φ5cmHDP打孔波紋管與預(yù)埋在邊墻內(nèi)的縱向Φ10cmHDP打孔波紋管連接。

圖6 突水加強(qiáng)段襯砌防、排水布置圖

7 結(jié)束語(yǔ)

突水是隧道工程施工中經(jīng)常遇到的一種人為激發(fā)的嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害,實(shí)際工程中,突水災(zāi)害往往給國(guó)家造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和工期的延誤，更有甚者可能會(huì)造成較大的人員傷亡和環(huán)境影響，突水災(zāi)害是毀滅性的。因此，在隧道發(fā)生突水災(zāi)害時(shí)，采取積極有效的應(yīng)急措施以及正確的治理方案，不僅能夠有效的阻止災(zāi)害進(jìn)一步的擴(kuò)大，保證施工安全，還能確保工程質(zhì)量不受影響。

[1]張梅高風(fēng)險(xiǎn)隧道突水突泥災(zāi)害分析與對(duì)策鐵道部工程管理中心2010.2

[2]林作雷廈門(mén)翔安海底隧道施工關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)福建科學(xué)技術(shù)出版社2010.4