富水隧道全風(fēng)化花崗巖和蝕變大理巖段涌水涌砂加固治理技術(shù)

周運(yùn)祥

(中國(guó)鐵路總公司工程管理中心，北京　 100038)

富水隧道全風(fēng)化花崗巖和蝕變大理巖段涌水涌砂加固治理技術(shù)

周運(yùn)祥

(中國(guó)鐵路總公司工程管理中心，北京 100038)

摘要：貴廣鐵路東科嶺隧道DK554+400～+456段處于全風(fēng)化花崗巖、蝕變大理巖區(qū)接觸帶，隧道施工遭遇了長(zhǎng)期的涌水涌砂等病害。結(jié)合東科嶺隧道施工期間的涌水、涌砂概況及病害成因，治理采用堵排結(jié)合，即洞身全風(fēng)化花崗巖段采用袖閥管注漿、仰拱底部蝕變大理巖部位采用鋼管樁注漿加固，同時(shí)設(shè)置泄水洞等措施，成功解決了涌水涌砂加固治理難題。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；富水區(qū)；涌水涌砂；鋼管樁注漿；袖閥管注漿；治理

1工程概況

貴廣鐵路東科嶺隧道DK554+400～+456段位于全風(fēng)化花崗巖、蝕變大理巖接觸帶。受多次構(gòu)造作用及巖漿熱液侵入影響，大理巖蝕變帶風(fēng)化差異嚴(yán)重[1]。接觸帶區(qū)域蝕變大理巖與全風(fēng)化花崗巖分布無(wú)規(guī)律。隧道洞身周?chē)鷰r體松散，呈砂粒狀，在高壓頭地下水作用下，開(kāi)挖后易發(fā)生涌水涌砂等災(zāi)害。如果隧道長(zhǎng)期涌水涌砂，不僅施工難度大，導(dǎo)致工期長(zhǎng)，而且可能給后期運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患[2]。

東科嶺隧道進(jìn)口里程DK553+823，出口里程DK558+770，全長(zhǎng)4947 m。隧道整體設(shè)計(jì)為人字坡，變坡點(diǎn)位于DK554+981。DK554+400～+456段位于東科嶺隧道進(jìn)口段，洞身穿越全風(fēng)化花崗巖，隧道仰拱底部0～2 m下為蝕變大理巖，施工中多次發(fā)生涌水涌砂及地表塌陷，對(duì)隧道工期產(chǎn)生較大影響。

2地質(zhì)及水文特征

2.1地質(zhì)特征

東科嶺隧道DK554+400～+456段地表為淺埋谷地，洞頂埋深33～41 m。隧道所處地層為全風(fēng)化的花崗巖與蝕變大理巖，分布無(wú)規(guī)律，見(jiàn)圖1?；◢弾r全風(fēng)化層以粗顆粒為主，礦物成分主要是石英；蝕變大理巖細(xì)顆粒較多，礦物成分主要為高嶺土等。

2.2水文特征

隧道洞身地下水位高，水位位于地表下2～3 m，全風(fēng)化花崗巖層平均滲透系數(shù)為1.03 m/d，大理巖層平均滲透系數(shù)為0.93 m/d。蝕變帶大理巖、全風(fēng)化花崗巖遇水松散，呈顆粒狀。隧道開(kāi)挖后，在高壓水頭作用下，地下水滲流容易將顆粒帶走，形成流砂及管涌。研究表明，地下水滲流對(duì)蝕變巖隧道影響極大[3]。施工過(guò)程也揭示，在DK554+437形成了涌水涌砂集中點(diǎn)。

2.3巖溶、裂隙分布

根據(jù)補(bǔ)勘資料，DK554+400～+456段巖溶發(fā)育，DK554+440左10 m處存有溶洞，溶洞共2層，洞高分別為1.8 m和0.6 m，低于隧道洞身；DK554+450左2 m存在1個(gè)充填溶洞，洞高1.7 m，見(jiàn)圖1。根據(jù)鉆孔資料分析，拱部上方2.5 m至地表范圍，溶蝕裂隙發(fā)育；兩側(cè)邊墻的外側(cè)4.0～5.0 m范圍，溶蝕裂隙發(fā)育并存有空腔。各類(lèi)巖溶溶腔均為充填狀態(tài)，充填物主要為砂粒與孔隙水，并含部分黏性土，土質(zhì)整體較為松散，易形成滲水通道。

3涌水涌砂段設(shè)計(jì)

隧道DK554+400～+456段采取雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖，非抗水壓襯砌，全環(huán)I20b型鋼鋼架，間距0.6 m/榀，拱部φ108 mm大管棚超前支護(hù)，環(huán)向間距40 cm，每環(huán)38根，縱向間距12 m，每根長(zhǎng)度15 m。鋼架及超前支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表1。

隧道防排水設(shè)計(jì)原則為：遵循以排為主，“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜、綜合治理”，襯砌不考慮承受水荷載。為保證隧道開(kāi)挖施工安全，結(jié)合隧道所處圍巖為滲透系數(shù)較高的砂性土、地下水位較高的工程實(shí)際，設(shè)計(jì)采用輕型井點(diǎn)降水[4]。

表1　D3K554+400～+515段涌水涌砂段設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)

4開(kāi)挖施工

隧道開(kāi)挖方向由小里程至大里程。DK554+195～+535段洞身兩側(cè)隧道中線外10 m處于地表布設(shè)降水井，管徑600 mm、單側(cè)間距10 m。降水井在掌子面前方30 m左右進(jìn)行抽水，每30 m作為一個(gè)循環(huán)，共8個(gè)降水井同時(shí)抽水。開(kāi)挖前1個(gè)月分段進(jìn)行井點(diǎn)降水。

2010年6月到2011年底，洞外地表實(shí)施井點(diǎn)降水，地下水位降至仰拱底面以下1.0 m后進(jìn)行開(kāi)挖，通過(guò)排水溝順坡排出洞外，降水效果明顯，為隧道洞身開(kāi)挖施工創(chuàng)造了較好的施工環(huán)境。

2012年3月，DK554+360～+530段降水時(shí)，發(fā)現(xiàn)隧道洞頂泉眼已干枯，降水中止。后重新啟動(dòng)井點(diǎn)降水，洞外地表井點(diǎn)降水效果欠佳，隧道內(nèi)開(kāi)始涌水，涌水量逐步增多。2012年3月8日，施工DK554+437仰拱時(shí)隧道底部左側(cè)發(fā)生股狀涌水，水質(zhì)渾濁，水量1 600 m3/d，后續(xù)時(shí)間持續(xù)涌出，水質(zhì)較清澈，水量時(shí)大時(shí)小；3月30日，已完成二襯、仰拱段邊墻底部預(yù)留的排水孔發(fā)生涌水，水量5 000 m3/d，含砂量達(dá)4%左右，見(jiàn)圖2。

圖2　隧道洞身邊墻預(yù)留排水孔涌水、涌砂照片

該段于2012年4月、7月、2013年8月分別發(fā)生涌砂涌水，水量最大5 800 m3/d。受涌砂涌水影響，地表DK554+447～+507段隧道右側(cè)地表出現(xiàn)陷坑4處，距離隧道中線約50 m，左側(cè)DK554+560地表出現(xiàn)陷坑2處，距離隧道中線20～60 m。

涌砂涌水發(fā)生后，施工單位分別對(duì)隧底積水段抽排清淤并及時(shí)施作隧底噴射混凝土、對(duì)DK554+437 隧底股水涌出點(diǎn)附近空洞點(diǎn)采用聚氨酯化學(xué)注漿填充、初支背后采用長(zhǎng)1 m的φ42 mm鋼花管充填注漿、采用碎石砂袋封堵泥砂等措施。除由于水流湍急，聚氨酯化學(xué)注漿方案失效外，其余方案臨時(shí)加固效果明顯，隧道可以進(jìn)行開(kāi)挖。但從長(zhǎng)期看，以上方案加固效果無(wú)法保證運(yùn)營(yíng)后的隧道安全。

5施工涌水涌砂原因分析

5.1洞身涌水涌砂原因分析

地下水位在地表下2～3 m，水位高出隧道洞身25～60 m，水頭壓力大。隧道周?chē)傲Ｍ翝B透性好，滲透系數(shù)約1 m/d，洞身段圍巖全部為全風(fēng)化花崗巖。隧道開(kāi)挖前，通過(guò)井點(diǎn)降水降低地下水位措施，達(dá)到了開(kāi)挖目的，但井點(diǎn)降水也導(dǎo)致形成新的地下水排放通道。由于井點(diǎn)降水過(guò)程曾中斷重抽，引發(fā)濾網(wǎng)堵塞、部分井點(diǎn)降水管濾網(wǎng)破損，濾網(wǎng)失去作用，且未及時(shí)修護(hù)，導(dǎo)致井點(diǎn)降水效果較差。洞身周?chē)娜L(fēng)化花崗巖松散呈顆粒狀，風(fēng)化顆粒在高壓水頭作用下，通過(guò)滲流通道經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)，排至隧道洞內(nèi)，是造成洞身涌水涌砂的主要原因[5]。

5.2隧底涌水點(diǎn)涌水涌砂原因分析

根據(jù)設(shè)計(jì)補(bǔ)勘資料，DK554+420～+460段隧道底部存在厚0～1.3 m的花崗巖全風(fēng)化層，其下為蝕變大理巖。DK554+437附近洞底集中涌水，水源主要是來(lái)自于蝕變大理巖體內(nèi)的長(zhǎng)距離補(bǔ)給的溶蝕裂隙或小型管道。溶蝕裂隙或小型管道，隧道開(kāi)挖前處于平衡狀態(tài)。開(kāi)挖后，在井點(diǎn)降水及地下滲流作用下，形成了滲流通道。水的來(lái)源有兩方面，一是長(zhǎng)距離的基底補(bǔ)給，周邊實(shí)施井點(diǎn)降水時(shí)洞底同樣存在涌水可作為證明；二是涌水具有承壓性，來(lái)自于高水頭水源，其通過(guò)大理巖溶蝕管道或裂隙較遠(yuǎn)距離補(bǔ)給。隧道周?chē)襟w基巖裂隙水持續(xù)不斷地補(bǔ)給，確保了周邊地下水位高于隧道基底，是DK554+437涌水點(diǎn)長(zhǎng)期涌水的主要原因。由于地下水位較高，提升了補(bǔ)給溶蝕管道水流的承壓水頭，使得仰拱基底與蝕變大理巖層面之間的砂層及溶蝕管道本身充填的砂層隨動(dòng)水流出，形成涌砂。

5.3地表塌陷原因分析

目前認(rèn)為，空洞、上覆土體松散及地下水活動(dòng)是形成巖土體塌陷的三要素[6]。DK554+400～600段蝕變大理巖巖溶比較發(fā)育，其上覆蓋的花崗巖全風(fēng)化帶呈砂狀，易流失，當(dāng)點(diǎn)狀分布的大理巖體內(nèi)溶蝕空洞逐步帶走土石界面附近的全風(fēng)化砂時(shí)，形成了無(wú)規(guī)律分布的土洞。隧道開(kāi)挖排水后，將洞身附近的水位降至仰拱附近，同時(shí)形成以隧道為中心的降落漏斗。當(dāng)?shù)叵滤陆抵粮采w層底板以下時(shí)，巖溶空隙中的水與空氣形成負(fù)壓，使土體有向下移動(dòng)的趨勢(shì)。全風(fēng)化花崗巖圍巖比較松散，自穩(wěn)性能差，承載力比較低。圍巖中的水土流失惡化了全風(fēng)化花崗巖的承載力。地下水流失后，土體結(jié)構(gòu)沒(méi)有向上的浮力，在自重作用下個(gè)別部位的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)發(fā)生塌陷，也引發(fā)其余部位發(fā)生連鎖反應(yīng)，加速了土洞的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致地表開(kāi)裂下沉、塌陷。

6涌水涌砂段治理施工

隧道涌水涌砂治理采用“排清留固、堵排結(jié)合”的處理原則。施工期間防治措施主要為降水釋壓與注漿加固、封堵地下水兩大輔助措施，以減少砂土含水率，達(dá)到增強(qiáng)承載性能的目的[7]。大量的工程實(shí)例已經(jīng)證明，采用帷幕注漿方案可以有效加固松散土體，堵塞地下水滲流通道，從而達(dá)到治理涌水涌砂目的[8]。結(jié)合洞身開(kāi)挖揭示的地下水流向分析，本段巖溶水整體排泄方向與線路方向近于一致，即自隧道出口端流向隧道進(jìn)口端。采用帷幕注漿對(duì)巖體進(jìn)行加固，通過(guò)泄水洞排水能有效地降低地下水位，能夠有效減少或消除運(yùn)營(yíng)階段涌水、涌砂病害。

6.1疏導(dǎo)地表排水系統(tǒng)

為減少地表水下滲，防止地下水過(guò)多進(jìn)入大理巖、花崗巖全風(fēng)化層，導(dǎo)致隧道周邊砂土層流失，影響襯砌結(jié)構(gòu)安全，對(duì)DK554+400～+456段地表沖溝、溝槽等進(jìn)行鋪砌、歸引，確保地表排水通暢、不積水，防止地表水下滲[9]。

6.2回填陷坑

DK554+400～+446段經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間降水作用后，在隧道開(kāi)挖后長(zhǎng)期井點(diǎn)降水作用下，可能產(chǎn)生流土、管涌及接觸沖刷等潛在破壞模式，影響隧道結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。對(duì)DK554+420～DK554+600段地表陷坑采用土石分層回填，回填面設(shè)50 cm厚黏土隔水層，高出地面約30 cm。

6.3隧道底部φ75 mm鋼管樁注漿加固處理

DK554+400～+456段隧道底部全部為0～1.3 m厚全風(fēng)化花崗巖，全風(fēng)化花崗巖在動(dòng)水作用下易流失，導(dǎo)致隧底掏蝕，導(dǎo)致隧道底部承載力不足，需進(jìn)行加固。鑒于鋼管樁注漿加固在宜萬(wàn)鐵路、滬昆客運(yùn)專(zhuān)線等國(guó)內(nèi)鐵路巖溶區(qū)廣泛采用，工藝比較成熟，且施工工期短、費(fèi)用相對(duì)較低，DK554+400～+456段隧道底部采用φ75 mm鋼管樁注漿加固方案，如圖3所示。

圖3　DK554+400～+456隧道底部φ75 mm鋼管樁注漿加固平面布置(單位：cm)

6.3.1鋼管樁注漿加固工藝

鉆機(jī)就位→鉆機(jī)成孔→清孔→下鋼管→下水囊式止?jié){塞→向上分段注漿。

6.3.2試驗(yàn)段

(1)試驗(yàn)段范圍

選取D3K554+424～+433段作為隧底φ75 mm鋼管樁注漿加固的試驗(yàn)段，共47個(gè)鉆孔。

(2)注漿參數(shù)預(yù)設(shè)計(jì)

注漿材料分別采用TGRM防水型和TGRM加固型，水灰比分別為：0.8∶1和1.2∶1。漿液擴(kuò)散半徑為80 cm，注漿壓力控制在0.6～1.0 MPa。

(3)試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)鉆孔取芯檢查，芯樣長(zhǎng)4.6 m，其中0～1.8 m為混凝土，1.8～2.7 m芯樣為水泥塊內(nèi)夾砂石，2.7～4.6 m芯樣為弱風(fēng)化花崗巖，呈乳白色，裂隙可見(jiàn)水泥結(jié)狀體，無(wú)溶洞。試驗(yàn)段注漿效果良好。

6.3.3φ75 mm鋼管樁注漿加固

(1)鋼管加工與布設(shè)

注漿管采用φ75 mm鋼管，壁厚5 mm，長(zhǎng)3.0～7.5 m，鉆孔前先鑿除仰拱填充面以下30 cm厚混凝土以及鉆孔周邊混凝土，消除因鉆孔導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)期間誘發(fā)的隧底翻漿冒泥隱患，鑿除每個(gè)鉆孔周邊混凝土，形成各個(gè)小坑，再進(jìn)行鉆孔及施作鋼花管。鉆孔深入基巖1 m左右，φ75 mm鋼管樁應(yīng)采用錨固劑錨于仰拱填充內(nèi)。

(2)注漿施工

注漿典型斷面見(jiàn)圖4。

圖4　DK554+437隧底注漿加固典型橫斷面(單位：高程以m計(jì)，其余為cm)

注漿參數(shù)選定試驗(yàn)段預(yù)設(shè)計(jì)注漿參數(shù)。

TGRM制漿攪拌漿液應(yīng)使用高速制漿機(jī)，轉(zhuǎn)速≥300 r/min，攪拌時(shí)間3 min，制漿后應(yīng)通過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入儲(chǔ)漿桶然后進(jìn)行壓漿，壓漿過(guò)程中要對(duì)儲(chǔ)漿桶中的漿液進(jìn)行適當(dāng)攪拌。

注漿時(shí)采用內(nèi)置水囊式止?jié){塞，由孔底逐段向孔口分段式注漿。圖3中雙圈圓采用TGRM防水型漿液，單圈圓采用TGRM加固型，水灰比分別采用0.8∶1與1.2∶1。注漿壓力控制在0.6～1.0 MPa。施工采用其周邊設(shè)置注漿孔，注漿孔直徑2 cm，每環(huán)布設(shè)3個(gè)注漿孔，縱向間距40 cm，梅花形布置。鋼管樁長(zhǎng)3～7 m，間距1.0 m×1.0 m，交錯(cuò)布置，參見(jiàn)圖3。

注漿施工采用奇偶跳開(kāi)、間隔施作、跳孔進(jìn)行，先外圈、后內(nèi)圈的順序。并應(yīng)根據(jù)注漿情況調(diào)整水灰比及注漿壓力等，以保證注漿效果。

注漿結(jié)束后，割掉小坑底面以上鋼花管，對(duì)鑿除混凝土表面加以清理、鑿毛，保持平整、干燥，最后采用C20混凝土灌筑小坑及仰拱填充，至仰拱填充設(shè)計(jì)高程。

對(duì)洞內(nèi)DK554+437集中出水點(diǎn)以及注漿時(shí)注漿范圍中部需預(yù)留出排水孔，最后對(duì)所留排水孔進(jìn)行頂水注漿。

(3)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

檢查孔數(shù)量宜為鉆孔總數(shù)的3%～5%，檢查孔巖芯可見(jiàn)漿液與砂石膠結(jié)牢固、注漿飽滿、漿液填充密實(shí)，檢查孔每延米注漿量不大于周?chē)?孔平均每延米注漿量的15%。

6.4隧道洞身處理

集中涌水點(diǎn)DK544+437與隧道洞身周邊溶蝕裂隙或小型通道形成了涌水通道。東科嶺隧道集中涌水涌砂段二次襯砌已經(jīng)施作，經(jīng)結(jié)構(gòu)檢算，已施作二次襯砌結(jié)構(gòu)僅能承受0.2 MPa水壓，如防止砂土涌出封閉泄水孔及集砂井，則靜水壓將大于0.6 MPa，已施作二次襯砌無(wú)法承受。如任由砂土進(jìn)入隧道，砂土將無(wú)法經(jīng)中心溝排走，造成堆積而影響行車(chē)安全。根據(jù)中國(guó)鐵路總公司工程管理中心專(zhuān)家審查會(huì)意見(jiàn)，對(duì)DK544+437集中涌水涌砂點(diǎn)沿隧道縱向前后各15 m范圍即DK544+422～+452段采用止水帷幕加固處理。

6.4.1注漿方案比較及選用

止水帷幕的方法主要有以下幾種：旋噴樁、鉆孔灌注咬合樁、袖閥管注漿及地下連續(xù)墻等。隧道洞頂上方有孤石，咬合樁成孔實(shí)施存在困難，影響注漿效果，首先排除鉆孔灌注咬合樁；φ600 mm三重管旋噴樁止水帷幕投資較大，且在本工程實(shí)施如達(dá)到設(shè)計(jì)止水效果還有技術(shù)難題需要解決；地下連續(xù)墻投資較大，施工專(zhuān)業(yè)化程度高，施工工期長(zhǎng)；袖閥管注漿工序簡(jiǎn)單、投資費(fèi)用相對(duì)較低。經(jīng)比選，選用袖閥管注漿加固方案。

6.4.2袖閥管注漿工藝

袖閥管注漿法是通過(guò)較大的壓力將漿液注(壓)入巖土層中，注漿芯管上下的阻塞器可實(shí)現(xiàn)分段分層注漿，由施工需要選擇聯(lián)系或跳段注漿。袖閥管分段后退式注漿工藝見(jiàn)圖5。

圖5　袖閥管分段后退式注漿施工工藝流程

此工法在需要全程注漿的施工中，通過(guò)分段注漿，使得松散的地層和較密實(shí)的地層均達(dá)到很好的注漿加固效果。

6.4.3試驗(yàn)段

(1)試驗(yàn)段范圍

試驗(yàn)段選取DK554+422～+430段23根袖閥管。

(2)注漿參數(shù)預(yù)設(shè)計(jì)

袖閥管套殼料采用膨潤(rùn)土摻水泥漿，膨潤(rùn)土∶水泥∶水=1.5∶2∶2，注漿材料采用硫鋁酸鹽水泥，水灰比為(0.8～1)∶1， 注漿壓力1～7 MPa，漿液擴(kuò)散半徑120 cm，注漿分段長(zhǎng)度為1～2 m。

6.4.4袖閥管注漿加固施工

(1)注漿加固范圍

隧道兩側(cè)邊墻外各8 m、拱頂以上至10 m范圍內(nèi)采用袖閥管注漿加固。襯砌范圍內(nèi)袖閥管伸入隧道襯砌外緣以上1 m；襯砌范圍外袖閥管伸入隧道仰拱底不小于1 m，且嵌入基巖內(nèi)不小于1 m。拱頂以上10 m以外鉆孔部分采用黏土回填密實(shí)。

(2)袖閥管材料及布設(shè)

如圖6所示，注漿孔A1～A4，A14～A17采用φ76 mm鋼袖閥管，壁厚6 mm；注漿孔A5～A13采用φ50 mm PVC袖閥管壁厚5 mm。間距均為2 m×2 m，梅花形布置。見(jiàn)圖6。

圖6　袖閥管注漿孔平面布置示意(單位：cm)

(3)袖閥管注漿施工

注漿參數(shù)選用試驗(yàn)段預(yù)設(shè)計(jì)注漿參數(shù)。

鉆孔時(shí)應(yīng)用優(yōu)質(zhì)泥漿如膨潤(rùn)土漿固壁；下鋼制袖閥管時(shí)，應(yīng)使其位于鉆孔中心；用套殼料置換孔內(nèi)泥漿，澆筑時(shí)應(yīng)避免套殼料進(jìn)入袖閥管內(nèi)，并嚴(yán)防孔內(nèi)泥漿混入套殼料中。

施工順序。用止?jié){塞分段注硫鋁酸鹽水泥，奇偶孔跳開(kāi)、間隔施作、跳孔進(jìn)行。

水泥漿的初凝時(shí)間小于45 min，終凝時(shí)間小于90 min，水泥漿2 h凈漿抗壓強(qiáng)度大于1 MPa。袖閥管注漿施工典型斷面見(jiàn)圖7。

圖7　φ76 mm袖閥管注漿加固典型斷面(單位：cm)

(4)注漿要求

注漿開(kāi)始時(shí)，要先打開(kāi)進(jìn)漿閥，再關(guān)閉泄?jié){閥；注漿結(jié)束時(shí)，要先打開(kāi)泄?jié){閥，再關(guān)閉進(jìn)漿閥。應(yīng)避免兩個(gè)閥門(mén)同時(shí)關(guān)閉，防止壓力陡然升高，產(chǎn)生危險(xiǎn)。輸漿管內(nèi)壓力降低后再行拆除注漿管。發(fā)現(xiàn)漏漿或串漿，可采取封堵、間歇注漿等措施，保證漿液按規(guī)定的范圍擴(kuò)散，保證注漿質(zhì)量。

注漿結(jié)束后，應(yīng)檢查注漿效果，不合格者補(bǔ)注漿，檢查合格后注漿鉆孔及檢查孔應(yīng)封填密實(shí)[10]。

(5)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

注漿加固前后對(duì)需加固地層進(jìn)行壓水試驗(yàn)，以測(cè)定加固段地層的滲透系數(shù)。注漿后加固地層段的滲透系數(shù)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

6.5泄水洞施工

隧道結(jié)構(gòu)經(jīng)注漿加固后處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于目前尚無(wú)注漿加固耐久性的資料。大理巖體巖溶極發(fā)育，與地表相通性較好，不排除若干年后隧道仍有涌砂涌水現(xiàn)象出現(xiàn)。按目前雨季資料測(cè)算，大量表水、泥砂集中滲入隧道內(nèi)排泄，排量超過(guò)中心溝的25 000 m3/d泄水能力，因此在平行于隧道進(jìn)口端新增一座泄水洞。通過(guò)泄水洞降低正洞地下水位，以減少或消除運(yùn)營(yíng)階段涌水、涌砂病害。

6.5.1設(shè)置范圍

隧道進(jìn)口端于線路前進(jìn)方向右側(cè)30 m處設(shè)置一泄水洞，泄水洞洞口里程DK553+811，終點(diǎn)里程XSDK554+840，全長(zhǎng)1 029 m。方便運(yùn)輸，于泄水洞線路前進(jìn)方向右側(cè)設(shè)錯(cuò)車(chē)道5處，間距約200 m，每處長(zhǎng)30 m。見(jiàn)圖8。為了保證排水效果，泄水洞坑底高程比相應(yīng)的隧道正洞軌面高程低2.5 m。

圖8　泄水洞與隧道平面關(guān)系示意(單位：m)

6.5.2泄水洞設(shè)置參數(shù)

泄水洞縱坡為5‰，斷面凈空尺寸為3.4 m(寬)×3.7 m(高)，見(jiàn)圖9。泄水洞采用臺(tái)階法開(kāi)挖，拱部采用φ42 mm小導(dǎo)管超前預(yù)加固，拱墻部位采用I16型鋼鋼架支護(hù)，二襯拱墻背后設(shè)置環(huán)向透水盲管，透水盲管采用φ100 mm單壁打孔波紋管。

圖9　泄水洞典型斷面(單位：cm)

6.5.3施工開(kāi)挖及襯砌

泄水洞開(kāi)挖、襯砌等施工工藝及控制措施等均比較成熟，此處不再贅述。

6.5.4其他配套施工

泄水洞洞口設(shè)置沉淀池，并設(shè)置C25混凝土排水明渠引排，排水明渠長(zhǎng)約120 m，尺寸2.0 m(寬)×1.2 m(高)，沉淀池定期進(jìn)行清淤。

D3K554+400～D3K554+500段正洞內(nèi)泄水孔進(jìn)行封堵處理，對(duì)應(yīng)段泄水洞拱墻設(shè)φ80 mm單壁打孔波紋管外裹無(wú)紡布引水孔，引水孔間距2 m×2 m，引水孔長(zhǎng)約5 m，將地下水引入泄水洞排出洞外。

6.6治理效果檢查

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：處于花崗巖全風(fēng)化帶段與處于大理巖蝕變帶，在采取隧道底部鋼管樁注漿加固、集中涌砂點(diǎn)前后15 m范圍隧道周邊采取袖閥管注漿加固后，未出現(xiàn)集中涌砂后應(yīng)力、沉降急劇變化現(xiàn)象，斷面隧道基底沉降量較小，隧道周邊土體基本穩(wěn)定，D3K554+410～+500段洞身周?chē)馏w基本無(wú)流失，治理達(dá)到預(yù)期效果。

7結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)隧道洞身周?chē)馏w采用φ70 mm袖閥管注漿加固、隧道底部采用φ75 mm鋼管樁注漿加固后，隧道周邊、基底圍巖基本穩(wěn)定。在全風(fēng)化或蝕變巖體的涌水、涌砂地段采用上述加固施工技術(shù)是行之有效的。其注漿方案、工藝、參數(shù)選用等可為同類(lèi)隧道工程借鑒。

(2)選擇治理方案前一定要探明隧道地質(zhì)構(gòu)造，根據(jù)勘察結(jié)果早定方案、早治理。對(duì)于蝕變巖等特殊地質(zhì)，設(shè)計(jì)、施工資料比較少的情況，建議選擇工藝成熟、風(fēng)險(xiǎn)較小的加固措施。

(3)豐富的地下水和松散的顆粒是造成東科嶺隧道涌水涌砂的主要要素，涌水涌砂會(huì)造成襯砌的耐久、可靠性及隧道基底的承載能力產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。水的問(wèn)題是解決松散破碎圍巖安全施工的最主要問(wèn)題，在處理時(shí)必須加強(qiáng)對(duì)水的控制[11]。

(4)在全風(fēng)化與蝕變巖地區(qū)施工，對(duì)于降水方案應(yīng)慎重考慮。井點(diǎn)降水既是有效降低地下水位的方法，但也易形成涌水涌砂通道。采用井點(diǎn)降水，應(yīng)采取措施保護(hù)濾網(wǎng)，同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)地下水位的監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)降水異常，及時(shí)采取相關(guān)措施，才能保證達(dá)到預(yù)期“留固排清”的降水效果。

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The Control of Sand-gushing and Water-bursting of Water-rich Tunnel Located in Area with Fully Weathered Granite and Alteration Marble

ZHOU Yun-xiang

(The China General Railway Corporation， Beijing 100038, China)

Abstract：The section DK554+400～+456 of Dongkeling tunnel on Guiyang-Guangzhou railway is located in the area with fully weathered granite and alteration marble. During the construction， sand-gushing and water-bursting often arise， not only increasing the difficulties but also posing long-term security risks. In view of the sand-gushing， water-bursting and other defects during the period of construction of the tunnel， it is effective to control sand-gushing and water-bursting through combination of plugging and drainage i.e. sleeve valve pipe grouting around the tunnel and steel pipe pile grouting at tunnel bottom， and setting-up drainage holes. The successful practices and technical parameters can be referred to similar project.

Key words：Railway tunnel; Water-rich area; Sand-gushing and water-bursting; Steel pipe pile grouting; Sleeve valve pipe grouting; Treatment

中圖分類(lèi)號(hào)：U45

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.022

文章編號(hào)：1004-2954(2015)06-0096-07

作者簡(jiǎn)介：周運(yùn)祥(1972—)，男，高級(jí)工程師，1996年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院交通土木建筑專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：wslzyx@126.com。

收稿日期：2014-09-16； 修回日期：2014-09-28