重慶歇馬隧道ZK7+292涌水處治施工技術(shù)

肖載興，鄭彥飛(中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶400700)

重慶歇馬隧道ZK7+292涌水處治施工技術(shù)

肖載興，鄭彥飛
(中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶400700)

隨著高速公路、鐵路等大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，在復(fù)雜地質(zhì)條件下修建的隧道工程也越來越多。在施工過程中，注漿法是一項(xiàng)必備的輔助工法，常用于處理隧道內(nèi)突泥、涌水、軟弱巖層等復(fù)雜地質(zhì)，為隧道安全、順利地掘進(jìn)提供有力保障，同時(shí)，也保護(hù)了地下（表）水生態(tài)環(huán)境。論文結(jié)合重慶市歇馬隧道工程實(shí)例，介紹了山嶺隧道超前帷幕注漿施工中的關(guān)鍵技術(shù)，為同類工程施工提供技術(shù)參考。

歇馬隧道；涌水處治技術(shù)；注漿啟動標(biāo)準(zhǔn)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.164

1 工程概況

歇馬隧道為重慶市“五橫、六縱、一環(huán)、七聯(lián)絡(luò)”快速路系統(tǒng)中“一橫線”的控制性工程。隧道西起北碚區(qū)歇馬鎮(zhèn)，穿越中梁山脈，東至北碚區(qū)蔡家崗鎮(zhèn)，左洞長4187m，右洞長4150m，隧道最大埋深392m，屬深埋特長隧道，設(shè)計(jì)為分離式雙洞雙向6車道。

歇馬隧道穿越中梁山脈以觀音峽背斜軸部隆起為主的“背斜脊?fàn)钌健睒?gòu)造，因中梁山頂部受碳酸鹽巖溶蝕作用的影響，形成了劉家槽和窯灣兩條巖溶槽谷，呈“一山兩槽三嶺”形態(tài)，如圖1所示。

隧址區(qū)主要分布白廟子斷層及其區(qū)域褶皺觀音峽背斜，地層主要為一套海相與淺海相碳酸鹽巖、碎屑巖和內(nèi)陸相碎屑巖沉積；揭露的地層為下沙溪廟組、新田溝組、自流井組、珍珠沖組；三疊系次之，其地層為須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組；第四系零星分布，厚度不大，主要為崩坡積、殘坡積物；巖性主要有灰?guī)r、白云巖、巖溶角礫巖、泥質(zhì)巖、砂巖。地下水主要以基巖裂隙水及巖溶水為主，可溶巖地段地下水埋藏豐富。隧道存在巖溶、地下突水、涌水、突泥、穿小煤窯采空區(qū)、低瓦斯及地下水腐蝕性等地質(zhì)問題，其中白廟子斷層在樁號K7+640處通過。

圖1 工程地質(zhì)示意圖

2 ZK7+292段突發(fā)性涌水段的處治

2015年11月7日，歇馬隧道左線進(jìn)口在隧道掘進(jìn)過程中揭露多處股狀出水點(diǎn)，9日掌子面施工至樁號ZK7+292時(shí)，掌子面圍巖為構(gòu)造角礫巖破碎帶，雜泥沙充填裂隙，在拱頂位置采用地質(zhì)鉆機(jī)實(shí)施超前水平探孔，探孔至12m時(shí)出現(xiàn)大量涌水，單孔涌水量約為900m3/d，水壓為0.6MPa，隨著涌水的沖刷，探孔出現(xiàn)塌孔堵塞，整個(gè)掌子面大面積開裂，滲水嚴(yán)重，危及施工安全。現(xiàn)場立即啟動應(yīng)急預(yù)案，采用鋼筋人工疏通探水孔防水泄壓，同時(shí)調(diào)集渣車在掌子面反壓回填洞渣，并對反壓回填渣體表面及出露掌子面采用C25噴射混凝土進(jìn)行封閉，以防止涌水對掌子面及已施作的初支繼續(xù)產(chǎn)生破壞作用[1]。

在洞頂上方隧道直徑約800m處的大爛池水庫水，水庫面積28 000m2，出水量10～15萬m3，從11月8日開始，水庫水位以18～29cm/d的速度下降，至17日水庫干枯，水庫底部出現(xiàn)直徑約2m的陷坑，同時(shí)在水庫南側(cè)50m和200m的位置，地表出現(xiàn)2處直徑約5～6m的陷坑，深度約2～3m。

2.1 地質(zhì)災(zāi)害原因分析

險(xiǎn)情發(fā)生后，建設(shè)單位組織歇馬隧道各個(gè)參建單位，就本段隧道涌水原因進(jìn)行討論分析，分析認(rèn)為：

1）隧址區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較特殊，三山兩槽，三山為隔水層，兩槽為嘉陵江灰?guī)r含水層，地下水位比較高，隧道穿過含水層，涌水是必然的；

2）隧址區(qū)巖溶產(chǎn)生的年代并不長遠(yuǎn)，容易破裂，且附近已建有多條隧道，經(jīng)過幾輪排除地下水的工程行為，造成地下水水位下降，施工已對地層造成了多次擾動，導(dǎo)致隧址巖溶區(qū)水環(huán)境生態(tài)脆弱；

3）歇馬隧道內(nèi)排出的水為山體含水層內(nèi)的水，含水層的水排除后必須補(bǔ)充，由此對地表的水體產(chǎn)生倒吸作用，大爛池水庫存在巖溶與槽谷的斜坡地段，補(bǔ)給主要為地表水，水庫底主要為厚層黏土和淤泥隔水層，受倒吸作用的影響，導(dǎo)致水庫底隔水層遭到破壞，水庫內(nèi)的水被吸入含水層；

4）隧址區(qū)域巖溶地表淺層發(fā)育，由于巖溶管道封閉性較好，地下水位下降比較快的時(shí)候產(chǎn)生真空負(fù)壓，造成了地表土體的吸蝕下陷。

2.2 處治措施

2.2.1 處治原則

依據(jù)隧道現(xiàn)場地質(zhì)情況、涌水的特點(diǎn)及地表影響的范圍，本段涌水處治采用超前預(yù)注漿堵水、徑向注漿加固的方法對涌水實(shí)施封堵，繼續(xù)堅(jiān)持新奧法的施工原則，同時(shí)加強(qiáng)對地表建構(gòu)筑物的監(jiān)測力度，確保地表人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.2.2 處治程序

1）排水孔：回填反壓封閉完成后，視反壓情況及涌水潰口位置預(yù)留φ150mm的排水孔，將涌水引入隧道兩側(cè)邊溝，排出洞外（必要時(shí)可在渣體內(nèi)插入注漿管，進(jìn)入掌子面5～10m，對掌子面圍巖進(jìn)行注漿加固）；

2）清基：清除回填反壓洞渣，對掌子面及時(shí)進(jìn)行C25噴射混凝土封閉；

3）止?jié){墻：在保證掌子面圍巖的前提下分3層澆筑止?jié){墻；

4）初支加固：對掌子面10m范圍內(nèi)已施作的初支及圍巖進(jìn)行注漿加固，防止注漿導(dǎo)致圍巖變形，破壞隧道結(jié)構(gòu)；

5）帷幕注漿：采用超前帷幕注漿加固前方破碎圍巖，改良地層圍巖條件，降低地層滲透能力；

6）二襯襯砌：及時(shí)施作二次襯砌，二次襯砌采用60cm厚C40耐腐蝕鋼筋混凝土澆筑。

2.3 注漿設(shè)計(jì)

根據(jù)超前鉆探及地質(zhì)雷達(dá)掃描，掌子面前方0～14m地層為角礫狀灰?guī)r，巖體極其破碎，透水性能極強(qiáng)，掌子面右側(cè)滲流水尤為嚴(yán)重，初步判定與地表淺層巖溶水系連通。并根據(jù)已探明的地質(zhì)情況，及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化注漿堵水方案：

1）成立動態(tài)設(shè)計(jì)領(lǐng)導(dǎo)小組，根據(jù)出水量、地質(zhì)情況及地表、地下水環(huán)境影響情況靈活處理制定方案，突出其科學(xué)性、適用性及針對性適宜；

2）優(yōu)化注漿啟動標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示；

表1 優(yōu)化注漿啟動標(biāo)準(zhǔn)一覽表

3）注漿加固范圍由開挖輪廓線外7m調(diào)整為4.5m，縮小了加固范圍，減少了布孔數(shù)量，以便加快施工進(jìn)度，強(qiáng)化區(qū)域注漿效果；

4）由后退式注漿調(diào)整為分段前進(jìn)式注漿，分段長度為3～5m，注漿單孔擴(kuò)散半徑由3m調(diào)整為2m；

5）拱部120°范圍設(shè)置φ76mm×5.5mm超前中管棚剛性超前支護(hù)，一循環(huán)管棚長度7m，每循環(huán)搭接3m；

6）優(yōu)化注漿材料，由普通硅酸鹽水泥+水玻璃雙液漿調(diào)整為快硬硫鋁酸鹽水泥單液漿，在保證快速掃孔的情況下增加漿液的擴(kuò)散半徑，如圖2所示。

2.3.1 注漿材料

注漿材料采用425普通硅酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥，以普通水泥單液漿為主，在注漿過程中當(dāng)長時(shí)間注漿壓力不上升時(shí)，采用快硬硫鋁酸鹽控制漿液擴(kuò)散范圍。普通水泥（或快硬硫鋁酸鹽水泥）單液漿配合比為：W∶C（水∶水泥）=0.8∶1～1∶1，凝膠時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場情況確定。

2.3.2 注漿參數(shù)

采用前進(jìn)式分段注漿，分段長度為3～5m，單孔注漿加固半徑為2m，注漿施工過程嚴(yán)格按照發(fā)散—約束型注漿原則和“由外到內(nèi)、由下到上、間隔跳孔”的順序施工，以達(dá)到控域注漿，加固堵水的目的。

2.3.3 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

本循環(huán)注漿通過優(yōu)化注漿啟動及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，于2015年11月16日開始進(jìn)行鉆孔注漿施工，12月16日結(jié)束注漿，歷時(shí)30d，較好地完成了本循環(huán)注漿任務(wù)。通過各種手段檢測，并經(jīng)開挖驗(yàn)證，本段圍巖注漿固結(jié)效果較好，僅局部存在少量散淋水，開挖后通過局部徑向注漿補(bǔ)強(qiáng)，達(dá)到了預(yù)期注漿封堵地下水的目標(biāo)。

1）單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

圖2 注漿設(shè)計(jì)圖

單孔注漿后主要進(jìn)行以下兩方面的優(yōu)化：（1）注漿終壓由原設(shè)計(jì)的2倍水壓優(yōu)化為4～6MPa，保證了漿液的有效擴(kuò)散半徑；（2）注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量由原設(shè)計(jì)的＜20L/min優(yōu)化為＜10L/min，經(jīng)開挖后檢查，漿液在圍巖裂隙中充填飽滿，在隧道輪廓線以外形成一定厚度的加固圈，并有一定的強(qiáng)度，確保了隧道施工及結(jié)構(gòu)的安全。

2）全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

全段結(jié)束注漿的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無漏漿；（2）檢查孔涌水量＜0.1L/min；（3）注漿后檢測涌水量＜0.5m3/（m·d）；（4）檢查孔鉆取巖芯，漿液填充飽滿，并達(dá)到一定強(qiáng)度；（5）注漿加固圈范圍大于設(shè)計(jì)值。

2.3.4 注漿效果檢查及評定

1）p-q-t曲線分析法

通過注漿施工過程中記錄的注漿壓力p、注漿速度q進(jìn)行p-t、q-t曲線繪制；結(jié)合地質(zhì)特征、注漿設(shè)備及注漿參數(shù)對曲線綜合分析，對注漿效果進(jìn)行評判。本循環(huán)鉆孔注漿施工過程，注漿量和注漿壓力隨注漿時(shí)間變化情況繪制p-q-t曲線，主要表現(xiàn)為3種形式。

圖3為對出水量較大的孔注漿以封堵大的出水裂隙及過水通道為主所表現(xiàn)出來的p-q-t曲線。從圖2a可以看出，如月8、C13出水量較大的孔，注漿初始壓力略高于水壓力，注漿流量一般在70L/min，注漿期相對較長，隨著注漿的進(jìn)行，當(dāng)主要出水裂隙被封堵后，注漿流量隨即下降，注漿壓力快速上升，經(jīng)過對已充填裂隙的快速擠壓密實(shí)過程后，壓力快速達(dá)到或超過注漿壓力，即停止注漿。

圖4為對部分出水量相對較小或無水的注漿孔注漿過程表現(xiàn)所出來的p-q-t曲線。因孔內(nèi)水量小或巖層相對密實(shí)，地層吸漿能力較差，如A5、月20在注漿開始流量就相對較小，可注期相對較短，注漿壓力和流量變化較快，在很短的時(shí)間內(nèi)壓力就達(dá)到或超過設(shè)計(jì)注漿壓力，然后停止注漿。

圖3 水量較大孔p-q-t曲線形式

圖4 水量較小孔p-q-t曲線形式

圖5 為個(gè)別無水孔注漿過程表現(xiàn)出來的p-q-t曲線。符合該曲線的孔主要集中在掌子面左側(cè)，如月23孔，孔內(nèi)無水或水量較小，但地層孔隙較大或地層相對比較軟弱，注漿以填充孔隙為主，地層吸漿量大，經(jīng)過相對較長的注漿期，壓力和流量保持不變，當(dāng)?shù)貙涌紫冻涮畹揭欢軐?shí)度后，注漿流量隨注漿壓力上升迅速減小，達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

從圖6可以看出注漿初期流量為50L/min,注漿開始后，壓力開始緩慢上升，隨著注漿的進(jìn)行注漿流量隨壓力上升很快下降，20min左右即可達(dá)到或超過8MPa，檢查孔地層吸漿量較小。根據(jù)曲線可以看出地層有一定的吸漿能力，但吸漿液量較小，分析認(rèn)為因地層密實(shí)度高或裂隙細(xì)小，漿液擴(kuò)散比較困難，可注性差，地層已得到擠密性加固。

圖5 個(gè)別無水孔p-q-t曲線形式

圖6 檢查孔p-q-t曲線形式

2）檢查孔法

注漿結(jié)束后，根據(jù)該循環(huán)鉆孔注漿施工過程中出現(xiàn)的薄弱部位，布設(shè)7個(gè)檢查孔，利用管道檢測儀對孔內(nèi)攝像，從孔內(nèi)攝像可以明顯看出，前方破碎巖層以及裂隙被漿脈填充，除局部存在縮孔外，大部分區(qū)段孔壁順滑、自穩(wěn)定性強(qiáng)，孔內(nèi)成像照片如圖7所示，2～15m地層較破碎，15～23m自穩(wěn)能力較強(qiáng)，孔壁光滑，成孔效果好。

圖7 檢查孔孔內(nèi)攝像測試情況

3 結(jié)論與體會

1）針對中梁山復(fù)雜多樣的地質(zhì)特點(diǎn)，認(rèn)真吸取以往中梁山隧道建設(shè)普遍漏水的教訓(xùn)，在類似工程的施工過程中，首先要選擇適宜的地表、地下水文監(jiān)測方案，劃定監(jiān)測范圍，起到提前預(yù)警預(yù)報(bào)的作用；

2）孔內(nèi)攝像法能直觀地了解前方地質(zhì)及出水情況，在類似的工程施工中有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值；

3）針對高壓富水破碎帶超前預(yù)注漿施工中，注漿材料采用快硬硫鋁酸鹽水泥單液漿（配合比W∶C=0.8∶1～1∶1）的方案是成功的，解決了傳統(tǒng)強(qiáng)堿性注漿材料（普通水泥+水玻璃雙液漿）對地下水環(huán)境污染的問題；

4）歇馬隧道ZK7+292高壓富水段順利開挖通過，說明了本段啟動注漿的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)是可行的，同時(shí)在施工過程中采用動態(tài)設(shè)計(jì)領(lǐng)導(dǎo)小組的模式實(shí)行動態(tài)管理，既能確保特殊地質(zhì)情況下施工方案的可行性、科學(xué)性以及適宜性，建設(shè)單位又能及時(shí)地控制項(xiàng)目施工成本；

5）富水地段采用前進(jìn)式帷幕注漿，通過重復(fù)地注漿、掃孔、注漿，保證了每階段的注漿質(zhì)量，達(dá)到了“限量排放”的目標(biāo)，但在對同一個(gè)孔不停重復(fù)鉆孔+注漿過程中，單個(gè)注漿孔的工作效率低，時(shí)間消耗較大，施工工期影響較大。

【1】席光勇.深埋特長隧道（洞）施工涌水處理技術(shù)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2005.

The Water Burst Treatment Technique for ZK7+292 of Chongqing Xiema Tunnel

XIAO Zai-xing，ZHENG Yan-fei
(The5th Engineering Co.Ltd.of China Railway14th Bureau Group,Chongqing 400700,China)

With the construction of highway, railway and other large-scale infrastructure, in the complex geological conditions of the tunnelconstruction is also more and more. In the construction process, grouting is an essential auxiliary method, which is often used to deal with thecomplicated geology such as burst mud, gushing water, weak rock strata in the tunnel, provide a powerful guarantee for the safe and smoothtunneling.At the same time, also protected the underground (surface)water ecological environment.This paper combined with the example ofChongqing Xiema tunnel, introduced the key technology of advanced curtain grouting construction of mountain tunnel , and provided thetechnical reference for similar project construction.

Xiema tunnel；water burst treatment technology;grouting start standard

U456.3

A

1007-9467（2016）12-0152-05

2016-11-08

肖載興（1984～），男，四川瀘州人，工程師，從事工程施工技術(shù)研究。