海底隧道過(guò)斷層破碎帶注漿防水施工方案

喬佳偉 陳曉煥 李仁壯

（山東科技大學(xué) 交通學(xué)院 青島 266590）

海底隧道過(guò)斷層破碎帶注漿防水施工方案

喬佳偉 陳曉煥 李仁壯

（山東科技大學(xué) 交通學(xué)院 青島 266590）

海底斷層破碎帶是海底隧道施工安全的重要威脅之一，其中破碎帶裂隙的涌水問(wèn)題又是穿過(guò)海底斷層破碎帶難易解決的問(wèn)題。本文針對(duì)破碎帶裂隙涌水問(wèn)題，對(duì)隧道通過(guò)斷層破碎帶注漿施工方案進(jìn)行探討，對(duì)超前探孔、超前預(yù)注漿、注漿參數(shù)和注漿的施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)闡述和探討。為同類(lèi)破碎帶注漿施工提供了借鑒。

海底隧道；斷層破碎帶；注漿防水

0 引言：

近年來(lái)，我國(guó)很多沿海城市開(kāi)展城市軌道交通項(xiàng)目，很多沿海城市主城區(qū)和副城區(qū)往往隔海相望，主城區(qū)和副城區(qū)通過(guò)海底隧道相連接是最便捷、有效的途徑。海底隧道在穿過(guò)海底巖層時(shí)，往往會(huì)遇到多個(gè)斷層破碎帶，加之海水侵蝕，和海水壓力作用會(huì)使隧道穿過(guò)破碎帶時(shí)周?chē)鷩鷰r極不穩(wěn)定，施工風(fēng)險(xiǎn)增大。隧道注漿作為隧道開(kāi)挖完成后，加固周?chē)鷩鷰r，減少海水滲入的重要途徑，可以保證隧道的穩(wěn)定性和安全性。因此，對(duì)海底隧道穿過(guò)海底斷層破碎帶注漿施工方案進(jìn)行探討，具有重要意義。

1 海底隧道破碎帶特點(diǎn)及危害：

隧道通過(guò)海域段最大水深多超過(guò)30米，覆蓋層厚度較薄。海底隧道斷層破碎帶以壓扭性和張性斷層（裂）為主，巖體多呈碎裂-鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，裂隙多為微張型。加之基巖構(gòu)造中由輝綠巖、煌斑巖等易風(fēng)化巖體引起的風(fēng)化深槽及風(fēng)化夾層的存在易在斷層破碎帶發(fā)生涌水、塌方等工程事故。而防止涌水最有效的途徑就是采用全斷面帷冪注漿止水措施，使破碎帶的巖體處于固結(jié)封閉狀態(tài)。所以對(duì)破碎帶注漿工藝進(jìn)行研究是很有必要的。

2 帷冪注漿前的準(zhǔn)備工作：

2.1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

2.1.1 超前探孔

斷層破碎帶在開(kāi)挖前必須施作超前探孔，斷層破碎帶節(jié)理裂隙發(fā)育，為了保證施工安全，探孔機(jī)亦采用直徑大于90，孔深約30m的探機(jī)進(jìn)行探孔。這樣可以有效探知破碎帶基巖構(gòu)造和節(jié)理裂隙發(fā)育情況，制定出安全、有效的施工方案。

超前探孔示意圖見(jiàn)圖1。

圖 1 超前探孔示意圖

圖 2 超前探水示意圖

2.1.2 涌水量及壓力測(cè)試

涌水量及壓力測(cè)試是超前探孔必不可少的準(zhǔn)備工作，通過(guò)探水孔上安裝的排水管或用混凝土止?jié){墻將開(kāi)挖面封閉，在止?jié){墻上安裝排水管，在排水管安裝壓力表和流量計(jì)兩種方法?？梢蕴崆皩?duì)破碎帶涌水量和涌水壓力進(jìn)行預(yù)估，涌水量和涌水壓力的大小可以為后續(xù)超前探孔施工方案提供依據(jù)。超前探水示意圖見(jiàn)圖2。

3 超前預(yù)注漿方案：

在對(duì)破碎帶掌子面進(jìn)行完涌水量和超前探孔工作之后，需要通過(guò)超前小導(dǎo)管對(duì)探孔周?chē)严哆M(jìn)行預(yù)注漿工作，通過(guò)預(yù)注漿可以起到填充探孔周?chē)严叮_(dá)到堵塞水流加固圍巖的作用。一般情況下，當(dāng)超前探水孔單孔出水量大于5L/min，或每循環(huán)所有超前探孔總出水量大于10L/min時(shí)需要對(duì)圍巖進(jìn)行超前預(yù)注漿。超前預(yù)注漿在不同的根據(jù)不同的出水量和孔壓力又可以細(xì)分為全斷面注漿、周邊帷冪注漿、局部注漿和補(bǔ)充注漿等多種注漿方式。在進(jìn)行超前預(yù)注漿時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的出水量和孔壓力采取最合適的預(yù)注漿方案。

3.1全斷面注漿：

適用條件：①根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果判定，前方圍巖破碎、斷層巖體風(fēng)化嚴(yán)重或存在斷層泥；②Ⅴ級(jí)圍巖地段；③超前探水孔單孔出水量大于60L/min；④探水孔水壓≥0.6Mpa。當(dāng)滿(mǎn)足以上幾種情況時(shí)說(shuō)明隧道斷層長(zhǎng)度大于25米，所以必須采取全斷面注漿。

3.2隧道周邊帷冪注漿：

適用條件：①超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果綜合分析判定，前方圍巖比較破碎，圍巖風(fēng)化較嚴(yán)重；②超前探水孔單孔出水量25L/min-60L/min；③探水孔水壓0.3-0.6Mpa。以上情況說(shuō)明斷層長(zhǎng)度小于25米，亦采用隧道周邊帷冪注漿。

3.3局部斷面超前注漿：

適用條件：①隧道局部斷面圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育或比較破碎，其余部位圍巖比較完整；②超前探水孔出水量5L/min-25L/min；③探水孔水壓≤0.3Mpa。此種裂隙掌子面前方水壓低，出水量不大，可以采取局部超前注漿控制出水量。

3.4補(bǔ)充注漿：

當(dāng)對(duì)隧道超前探孔注漿后仍未達(dá)到預(yù)期圍巖改良目標(biāo)，可以采用補(bǔ)充注漿方案對(duì)滲水部位進(jìn)行封堵。①當(dāng)出現(xiàn)對(duì)點(diǎn)狀滴水可以采用堵漏劑逐點(diǎn)表面處理；②當(dāng)出現(xiàn)對(duì)點(diǎn)狀線流可以采取表面封堵為主，注漿處理為輔的原則處理；③對(duì)大面積淋水或股狀涌水的部位，可以在集中出水部位周?chē)恍∮?m范圍內(nèi)布設(shè)注漿孔，在孔內(nèi)安裝止?jié){塞對(duì)漏水區(qū)域進(jìn)行由四周向中間的注漿。

4 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)：

注漿參數(shù)設(shè)計(jì)主要涉及主隧道注漿加固區(qū)范圍的斷層破碎帶隧道輪廓線設(shè)計(jì)、每循環(huán)注漿段長(zhǎng)度和注漿壓力設(shè)計(jì)等問(wèn)題。①注漿圈止水加固厚度主要應(yīng)滿(mǎn)足注漿堵水和施工安全要求。根據(jù)不同破碎帶環(huán)境條件、力學(xué)模擬計(jì)算結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，注漿加固區(qū)范圍基本控制在輪廓線外5m左右；②過(guò)斷層破碎帶帷冪注漿，主隧道每循環(huán)注漿段長(zhǎng)度應(yīng)基本控制在30m左右，同時(shí)應(yīng)預(yù)留8m的下一循環(huán)止?jié){巖盤(pán)，為下一循環(huán)預(yù)留充足的施工空間；③根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，裂隙巖體地層注漿設(shè)計(jì)壓力一般需要比靜水壓力大0.5-1.5Mpa；由于破碎帶處于海底，考慮到裂隙發(fā)育和水壓的影響，超前預(yù)注漿終壓亦確定為P=3-4Mpa。局部徑向補(bǔ)充注漿終壓亦為1-1.5Mpa。

5 注漿工藝：

斷層破碎帶注漿帷冪注漿施工時(shí)，為了達(dá)到較好的注漿及堵水效果，注漿方式可采用分段前進(jìn)式注漿或分段后退式注漿。一般情況下，當(dāng)巖石裂隙發(fā)育、巖體很破碎且鉆孔涌水量較大或者出現(xiàn)涌泥現(xiàn)象時(shí)，可以采取分段前進(jìn)式注漿方式，鉆一段注一段，注漿分段長(zhǎng)度可按實(shí)際情況確定，一般情況≤5m。當(dāng)巖石裂隙發(fā)育、鉆孔涌水量較小時(shí)，可采取分段后退式注漿方式。分段超前預(yù)注漿流程圖見(jiàn)圖3。

圖 3 分段超前預(yù)注漿流程圖

6 結(jié)束語(yǔ)：

海底隧道通過(guò)斷層破碎帶注漿施工工藝是隧道防堵水和保證施工安全的重要步驟。通過(guò)超前探孔、超前預(yù)注漿及控制注漿參數(shù)等措施可以有效保證注漿施工的完成，為隧道通過(guò)斷層破碎帶打下了基礎(chǔ)。

[1]鄭文筠.西秦嶺特長(zhǎng)隧道穿越F6斷層破碎帶施工技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012（49）：99-110.

[2]孔剛等.熊洞灣隧道斷層破碎帶施工技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011（48）：99-102.

[3]楊祖根等.青島膠州灣海底隧道斷層破碎帶安全快速施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2009（29）：112-114.5.

[4]稅明東等.終南山公路隧道斷層破碎帶綜合施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2004（24）：17-21.

[5]王純祥等.復(fù)雜條件下長(zhǎng)大隧道涌水預(yù)測(cè)及其對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008（27）：2412-2417.

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1007-6344（2017）05-0029-02

喬佳偉（1993-），男，碩士研究生，從事隧道施工與防水方面研究。E-mail：qiaojiawei092@163.com