淺談金竹山隧道富水地段堵水措施

喬道仁

摘要：隧道施工中，為保證施工安全，金竹山隧道在穿越F4富水斷層破碎帶，采用TSP、地質(zhì)雷達、超前鉆孔等技術(shù)手段探測涌水、突泥情況，根據(jù)探測結(jié)果制定相應(yīng)的處治措施，針對本隧道的特殊地質(zhì)構(gòu)造和涌水量的大小主要采用全斷面深孔預(yù)注漿、周邊深孔預(yù)注漿、開挖后周邊注漿三種注漿方案，并在實際的操作過程中針對具體情況嚴格控制各項技術(shù)指標和參數(shù)，使注漿取得良好的堵水效果。

關(guān)鍵詞：斷層 探測 涌水 堵水

1 工程概況

金竹山隧道位于四川宣漢新華鎮(zhèn)和萬源鐵礦鄉(xiāng)交界地段，左線全長2712m，右線全長2687m。該標段承建施工的主洞，主要穿越F4富水斷層破碎帶，水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜。在斷層及影響帶，巖層產(chǎn)狀不穩(wěn)定，巖體破碎～極破碎，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，受各組地層中夾有弱透水或相對隔水的泥、頁巖類影響，使賦存砂巖、粉砂巖中的地下水具有層間性，呈帶狀分布，厚薄不均，補給源豐富，水量較豐，主要表現(xiàn)為裂隙水、孔隙水兩種類型。在實際施工中，隧道開挖時呈滴水或細股狀滲出，在斷層破碎帶受構(gòu)造影響地下水相對富集，在局部段相對集中而產(chǎn)生股狀涌水或突水，并存在突泥危險。受地理位置的影響，雨季到來，隨著降雨量的增多，隧道涌水量有明顯的上升趨勢，最大可達到18000m3/d。鑒于以上情況，該標段在實際施工掘進中，通過對掌子面暴漏的水文地質(zhì)情況進行匯總分析后，應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報等多種手段，對集中涌水災(zāi)害段給予了重點防范和處治。根據(jù)各段水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件，分別采用了全斷面深孔預(yù)注漿、周邊深孔預(yù)注漿、開挖后周邊注漿的堵水措施。

2 涌水處治預(yù)案

隧道開挖前認真分析地質(zhì)剖面圖，研究斷層及斷層影響帶，根據(jù)地勘報告提供的可能推斷出涌水、突泥的段落，超前50～80m，采用TSP對前方的地質(zhì)情況進行初查，初查指標可包括涌水壓力、涌水量衰減程度、水的顏色、水和泥混合程度等。通過對各種指標的分析研究可初步判斷前方是否有可能發(fā)生異常涌突水。在隧道開挖接近懷疑地點30m～50m，采用瞬變電磁儀法詳查前方含水情況，這種方法比較敏感，它可以與TSP探測結(jié)果相互印證，取得較好的探測結(jié)果。當開挖接近懷疑地點20m～30m時，采用超前鉆孔精查，鉆孔5～6個，探明前方地質(zhì)情況和涌水量的大小，以便采取相應(yīng)處治措施。實踐證明，通過以上循序漸進的探測步驟，金竹山隧道在實際施工中取得了良好的防范效果。

3 涌水處治方案

3.1 全斷面深孔預(yù)注漿和周邊深孔預(yù)注漿 全斷面深孔預(yù)注漿適用于大型溶洞軟塑充填物或厚度較大的軟塑狀富水斷層破碎帶，巖體結(jié)構(gòu)類型為散體狀結(jié)構(gòu)，巖體完整程度為極破碎。地下水豐富，可能產(chǎn)生突泥、突水的段落，且超前鉆孔中任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔總流量>10m3/h。

周邊深孔預(yù)注漿適用于當含水層和隔水層的接觸帶、厚度較小或巖質(zhì)較好的斷層破碎帶及大的溶縫，任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔總流量<10m3/h，地下水較大，但圍巖穩(wěn)定性較好，掌子面不會發(fā)生涌出坍塌的情況。兩種方法均有較好堵水并加固地層的作用。如圖1、圖2所示。

①孔眼布置。應(yīng)在超前地質(zhì)預(yù)報（物探）指引下鉆3～5個超前鉆孔以探明地下水發(fā)育情況、巖體結(jié)構(gòu)類型、圍巖含水情況或者溶洞、溶穴的方位、規(guī)模等地質(zhì)概況。注漿加固范圍為開挖輪廓線外8m，注漿段一般長30～50m，分三環(huán)實施，第一環(huán)長15m，第二環(huán)長27m，第三環(huán)長40m，結(jié)束一個注漿段后預(yù)留5米不開挖作為下一注漿段的止?jié){巖盤。從作業(yè)面向開挖方向呈傘狀布置注漿孔，鉆孔按梅花形布置數(shù)圈，長短孔相結(jié)合，孔徑φ110mm，孔底間距3m以內(nèi)，漿液擴散半徑2m，確保注漿充分，不留死角。②注漿材料。采用42.5普通硅酸鹽水泥與模數(shù)2.8、濃度35B的水玻璃制成的雙液漿注漿。參考巖體特性，按C：S=1：（0.6～1.0）（體積比）調(diào)整漿液濃度，水灰比控制在0.8：1～1：1之間。③注漿順序。先外圈后內(nèi)圈，同一圈先上部孔后下部孔、間隔跳孔，逐漸加密，先注無水區(qū)，后注有水區(qū)，鉆一孔注一孔。④注漿工藝。根據(jù)成孔情況采用分段前進式或分段后退式（跟管鉆進）注漿，分段長度宜為3～6m，最大不超過10m，各注漿段之間設(shè)止?jié){塞。⑤注漿壓力。靜水壓力+0.5～1.5MPa，采用純壓式灌漿，在孔口進漿管路上裝配壓力表，壓力讀數(shù)讀壓力表指針擺動的中值，壓力表指針始終在灌漿壓力的20%的范圍內(nèi)擺動，全程記錄擺動幅度。⑥注漿結(jié)束標準。以注漿量為基準控制第一序孔的注漿質(zhì)量，注漿量與預(yù)估注漿量相當時停止注漿；按注漿壓力控制第二序的注漿。當注漿壓力達到規(guī)定值時適當減少注漿量，最終小于1L/min·m，維持此狀態(tài)至少10分鐘再結(jié)束本孔注漿。⑦注漿效果檢查。應(yīng)在注漿結(jié)束7d后進行，鉆檢查孔取芯，觀察漿液充填情況，要求漿液充填飽滿且固結(jié)體抗壓強度大于0.3MPa，檢查孔數(shù)量應(yīng)不少于注漿孔數(shù)量的3～4%（或3～5孔），同時進行5點法壓水試驗，要求透水率不大于2Lu，孔段合格率應(yīng)在80%以上，不合格孔段的透水率值不超過設(shè)計規(guī)定值的50%，且不集中，灌漿質(zhì)量可認為合格，否則應(yīng)加密鉆孔注漿。

3.2 開挖后周邊注漿 開挖后，周邊注漿適用于經(jīng)超前地質(zhì)預(yù)報無突水、突泥危險，巖體呈節(jié)理裂隙發(fā)育， 開挖洞室后地下水呈大面積滲水或淋水狀，圍巖穩(wěn)定性較好，任一探水孔出水量Q<2m3/h的一般IV、V級圍巖地段。

①孔眼布置。開挖后，隧道開挖輪廓線以外5m的范圍為周邊注漿有效加固范圍。注漿孔和隧道軸線保持60°角。注漿孔呈梅花狀，孔深4.5m，孔徑φ46，孔口的縱向間距和環(huán)向間距均為1.5m，孔口設(shè)φ54、長0.5m的熱軋無縫鋼管作為孔口管。具體見圖3。②注漿材料。裂隙較大而水壓較小時采用1：（0.4～0.6）（體積比）的CS漿。水灰比控制在0.8：1～1：1之間。采用42.5普通硅酸鹽水泥與模數(shù)2.8、濃度35B的水玻璃配置漿液；裂隙較小而水壓較大時，水玻璃的模數(shù)與濃度可適當調(diào)高。根據(jù)金竹山隧道右洞K64+780～740段注漿效果來看單孔量≥2m3/h，掌子面段總涌水量140-160m3/h左右時周邊開挖后注漿效果還是可行。③注漿順序。注漿采用防爆雙液注漿泵，對于一個注漿段，從兩邊到中間，分兩序隔排施作，對于同一排孔按照由上到下的順序進行。④注漿工藝。采用全孔一次注漿工藝注漿。針對成孔效果不佳的情況，可分兩段采用前進式注漿工藝。⑤注漿壓力。采用純壓式灌漿，注漿壓力為1.0MPa。在孔口進漿管路上裝設(shè)壓力表。壓力讀數(shù)讀壓力表指針擺動的中值，壓力表指針擺動范圍應(yīng)小于灌漿壓力的20%，擺動幅度宜做記錄。⑥注漿結(jié)束標準。第一序孔按注漿量進行控制，注漿量達到或接近預(yù)估注漿量可結(jié)束本孔注漿；第二序孔按注漿壓力進行控制，注漿壓力達到設(shè)計壓力，注漿量逐漸減少，最終小于1L/min·m，并維持10min以上，可結(jié)束本孔注漿。⑦注漿效果檢查。應(yīng)在注漿結(jié)束7d后進行，采用單點壓水試驗，檢查孔數(shù)量應(yīng)不少于注漿孔數(shù)量的2%，要求透水率不大于2Lu，孔段合格率應(yīng)在80%以上，不合格孔段的透水率值不超過設(shè)計規(guī)定值的50%，且不集中，灌漿質(zhì)量可認為合格，否則應(yīng)加密鉆孔注漿。⑧隧底無初期支護。當隧底無初期支護時，隧底注漿應(yīng)在仰拱施作后仰拱上方片石砼回填前進行，利于仰拱作為隧底注漿的止?jié){墻；開挖后周邊注漿根據(jù)隧底涌水量、裂隙發(fā)育程度以及施工等實際情況可取消隧底注漿。

4 小結(jié)

金竹山隧道采用的注漿堵水方式雖然在工藝上已經(jīng)成熟，但復(fù)雜的水文地質(zhì)情況要求在實際的施工當中必須結(jié)合隧道本身的水質(zhì)特點和涌水量的大小制定出一套適合自身的注漿體系。該標段在穿越F4斷層富水破碎帶時，充分利用TSP超前地質(zhì)預(yù)報、地質(zhì)雷達、瞬變電磁儀法、超前鉆孔等多種技術(shù)手段探水，繼而制定相應(yīng)的注漿堵水方案。通過對注漿過程中孔眼布置、注漿材料及配比、注漿壓力、注漿工藝等多個技術(shù)指標嚴格把關(guān)，加強監(jiān)督和記錄，從中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，取得了良好的注漿加固效果。作為防排水體系的重要組成部分，它不僅確保了初期支護、二次襯砌的安全快速施工，而且有效的防止了地表水和地下水的流失。金竹山隧道作為達陜路全線的控制性工程，注漿堵水在穿越特殊地質(zhì)構(gòu)造富水斷層帶的成功應(yīng)用，對全線其他標段起到了一定的借鑒作用。

參考文獻：

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[3]王立志.隧道涌水處理技術(shù)探討[J].交通標準化，2013（21）.