淺談隧道施工涌水處理

王興舟

摘 要：涌水給隧道施工甚至運營帶來極大的危害，嚴(yán)重影響了施工進度和工程質(zhì)量，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故。本文以四川省黑水縣雅克夏雪山隧道涌水事故為例，說明了涌水發(fā)生過程，分析了涌水產(chǎn)生原因，介紹了涌水處理方案，對涌水發(fā)生后緊急處理措施，對洞內(nèi)施工排水、超前探孔、拱墻超高壓劈裂注漿技術(shù)、注漿鉆孔位置布設(shè)、注漿材料、注漿量、施工工藝等進行了論述。

關(guān)鍵詞：隧道 涌水 注漿

中圖分類號：U45 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0048-03

Abstract：Highway tunnel， as a typical underground engineering， in the construction process， affected by geological conditions， easy to produce a variety of diseases， of which the most serious collapse. his paper takes Jacques in Heishui County of Sichuan Province in yakexa snow mountain tunnel accident as an example， explains the occurrence of water gushing process， analyzes the causes of water inrush is introduced， water treatment scheme， emergency measures for water inrush occurred after the construction of drainage， pilot drilling， arch wall of ultra high pressure grouting technology， grouting hole layout and location grouting materials， grouting quantity and construction technology are discussed.

Key Words：Tunnel； Water gushing； Grouting

隧道涌水是由于隧道掘進破壞了含水層結(jié)構(gòu)，使水動力條件和圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生急劇改變，造成地下水體所儲存能量以流體高速運移形式瞬間釋放而產(chǎn)生一種動力破壞現(xiàn)象。涌水給隧道施工甚至運營帶來極大的危害，涌水會掩埋隧道內(nèi)的設(shè)備、設(shè)施，堵塞坑洞，甚至造成人身傷亡，嚴(yán)重影響了施工進度和工程質(zhì)量。筆者參與多條隧道工程建設(shè)，經(jīng)歷過多次涌水事故，其中以四川省黑水縣雅克夏雪山隧道涌水最為嚴(yán)重，本文以雅克夏雪山隧道為例，將處理隧道施工涌水的有關(guān)情況進行簡要介紹。

1 工程概況

四川省黑水縣雅克夏雪山隧道位于四川省黑水縣與紅原縣交界，隸屬于省道302線，隧道全長2.302km，寬度9.3m，單洞對向行車二級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時速為40km/h。隧址區(qū)為高山地貌，構(gòu)造復(fù)雜，巖性以變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖不等厚互層夾薄層灰?guī)r為主，發(fā)育多條次級斷裂，地表水和地下水較為豐富，總體上工程地質(zhì)較為復(fù)雜，施工難度較大。

2 涌水情況

2.1 涌水過程

隧道掘進側(cè)洞口樁號K0+953，隧道倔進方向為下坡，坡度2.2%，施工掘進采用三臺階方式。在上臺階開挖至K1+138.25～K1+139段施作超前小導(dǎo)管時，線路前進方向左側(cè)部位突然發(fā)生涌水涌渣，涌水流量峰值達到32m3/h左右，水色渾濁；伴隨涌水出現(xiàn)涌渣160m3左右，此后，涌水量維持在7～50m3/h左右。

2.2 涌水原因分析

隧道K1+138～K1+160段地表有泉水滲流，線路左側(cè)附近地表有山谷匯水道經(jīng)過，K1+953、K2+056處各有一處小湖泊，隧道該段埋深43m左右。該段圍巖構(gòu)造為軟弱灰黑色砂質(zhì)板巖，薄層狀，層面有光滑碳質(zhì)薄膜，層間結(jié)合較差；巖體極破碎，自穩(wěn)性差，局部為松散體，易松動坍塌。地層裂隙水受地表水補給，裂隙發(fā)育，地下水豐富，地下水沿砂質(zhì)板巖與松散體接觸部位滲入隧道，主要以滲淋水及較大股狀涌水為主。由此可見，隧道圍巖條件差，地表和地下水豐富是造成涌水伴隨少部分涌渣的主要原因。

3 涌水處理

3.1 涌水后緊急處理措施

首先在掌子面拱頂120°范圍內(nèi)采用超前6m小導(dǎo)管（注水泥水玻璃雙漿液，注漿壓力1MPa）支護，嘗試向前掘進，但受涌水涌碴影響，隧道無法掘進，只得對上臺階工作面用厚度40cm噴砼封閉，暫停掘進，待方案研究穩(wěn)妥后再掘進施工。同時，對K1+138.25～K1+141.75段涌碴空腔用C30砼回填，并對已施作完成的K1+130～K1+140.25段三臺階的上臺階實施6m（?42鋼管）系統(tǒng)導(dǎo)管注漿（水泥水玻璃雙漿液）加固。

3.2 涌水處理方案

對該涌水涌渣地段治理遵循“以疏為主、堵排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則，采取拱墻超前高壓劈裂注漿工藝，進行前方圍巖加固和施行堵水，同時加強該段隧道初期支護參數(shù)，并對完成后的滲水部位采用再次注漿與環(huán)向排水盲溝引排的措施，以期確保本段隧道涌水涌碴治理成功及隧道順利掘進。

施工工序：洞內(nèi)機械排水—超前探孔（探測與超前引水共用）—涌渣段空腔回填封堵（回填砼+導(dǎo)管注漿）—第一段（有效長度11m）拱墻超前高壓劈裂注漿—檢查注漿效果（重復(fù)注漿至設(shè)計效果）—隧道掘進—初期支護—漏水點補救—防排水施工—仰拱及二襯施工—至下段拱墻超前高壓劈裂注漿—涌塌段治理完畢—地表匯水溝改道。

3.2.1 洞內(nèi)施工排水

因隧道掘進方向為下坡，洞內(nèi)積水無法排出，洞內(nèi)積水隨時有淹沒施工設(shè)備和供電線路的危險。為保障正常施工，在掌子面附近設(shè)置集水坑，收集斷面涌水，同時在洞口方向離掌子面一定再設(shè)置一個集水坑，兩集水坑間隔一定距離。使用4臺（2臺備用）7.5kW功率抽水機（每臺45m3/h）抽水，24h不間斷工作，確保工作面不積水，保證洞內(nèi)照明和供電安全。endprint

3.2.2 超前探孔

為探明圍巖前方情況，用40cm厚噴射混凝土封閉隧道掌子面，做作封水止?jié){墻，采用旋孔鉆超前鉆孔（孔徑?120），在中臺階部位等距布設(shè)3個孔位，上傾2°～3°，施作長度30m，在下臺階部位布置3個孔位，施作長度25m（分3次施作），目的是超前探測前方地質(zhì)條件和排除圍巖內(nèi)部分地下水。

3.2.3 涌渣段空腔回填封堵

在K1+140.5位置拱中設(shè)置砼回填管，在同時在適當(dāng)位置設(shè)置排水管。泵送C30砼回填拱背空腔及開挖斷面涌渣空腔，填充高度至出水管口，達到封閉斷面出水點，變動水為靜水目的。待C30水下砼達到初期強度，泵送C30普通砼填充空洞，未充填完全的空隙利用小導(dǎo)管注雙漿液填充密實。

3.2.4 拱墻超前高壓劈裂注漿

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報及現(xiàn)場鉆孔探測結(jié)果，暫定K1+140.75～K1+173.75段實施拱墻超前高壓劈裂注漿，單孔固結(jié)半徑≮2m，以期在隧道開挖輪廓線外形成一個3m有效厚度固結(jié)環(huán)，固結(jié)目前工作面前方巖體及止水，為隧道安全掘進創(chuàng)造條件。

（1）鉆孔布置。

鉆孔布置以隧道中軸為中心呈傘狀布置，暫定K1+140.75～K1+173.75共33m，分三段進行，每段注漿控制長度11m，前后段搭接5.6m。第一段設(shè)兩個注漿環(huán)，第一環(huán)鉆孔長度7m，裝設(shè)鋼管長度5m，與隧道軸線夾角25°，第二環(huán)鉆孔長度17m，裝設(shè)鋼管長度15m，與隧道軸線夾角12°，拱墻范圍內(nèi)布孔，布孔間距0.5m，其中第一環(huán)為偶數(shù)孔，第二環(huán)為奇數(shù)孔，鉆孔孔徑?90；第二段利用和第一段搭接段（長度5.2m）為止?jié){環(huán)，只施作奇數(shù)孔（鉆孔長度17m，裝設(shè)鋼管長度15m，與隧道軸線夾角12°）注漿環(huán)，孔距1.0m；第三段同第二段施作。

在超前探孔施作中，如發(fā)現(xiàn)仰拱有水出涌，同拱墻部位施作超前高壓劈裂注漿，鉆孔間距、角度布置同拱墻部位。

（2）注漿材料。

注漿漿液采用水泥-水玻璃雙漿液，注漿壓力P=4～10MPa，注漿流量：Q=60～100L/min，A液（水泥漿、重量比）=m（水）∶m（P.042.5）=1∶0.6～1，B液（35Be中性水玻璃模數(shù)2.4），注漿漿液（體積比）=m（A液）∶m（B液）=1∶0.5～0.8，注漿鋼管：采用?50（t=4.5mm）厚壁鋼花管，管壁出漿孔?12見圖1。

（3）注漿量控制。

注漿壓力為4～10MPa，注漿時流量小于5L/min時穩(wěn)定3～5min就可以結(jié)束注漿，使單孔注漿有效擴散半徑≮2.0m。最終在隧道開挖輪廓線外形成一個3m有效厚度的固結(jié)環(huán)。

漿液單孔注漿量Q=∏×R2×h×n×a×（1+β）[3]，式中Q為漿液注入量（m3），R為漿液有效擴散半徑（m），h為注漿段長度（m）；n為圍巖孔隙率；a為漿液填充系數(shù)；β為漿液損失率，具體參數(shù)見表1。

（4）施工工藝。

施工工藝流程主要有鉆孔、安放鋼管、注漿、漏水點補救、注漿效果檢查等，見圖2。開孔時遵循輕加壓、速度慢操作要點，成孔后及時送進注漿鋼管，防止孔體塌孔造成二次鉆進，影響施工功效。鉆孔完成后立即起鉆，立即安放注漿鋼管。注漿時貫徹“控制水泥漿液頂水上行”的理念注漿堵水，堵住隧道漏水處的漏水裂縫和周圍滲水通道，降低巖體的滲透系數(shù)，減少滲水量。注漿壓力4～10MPa?？刂谱{壓力的大小根據(jù)現(xiàn)場出水的地層情況和注漿段所處位置等條件調(diào)整。通過雙液注漿裝置控制注入的水泥漿的凝膠時間，水玻璃加注率的大小和用量的多少由控制水泥漿凝膠時間的需要來確定。

3.2.5 漏水點補救

對于洞壁漏水點采用排水式壓漿堵漏，在裂縫中或有漏水的破碎巖石壁面上布置鉆孔，孔徑為?50，采用手風(fēng)鉆布眼鉆孔，孔深根據(jù)漏水點情況控制為1～3m不等。將套有能濾水的灌漿管插入該孔直接進行灌漿，使孔口漏水逐漸消失，最終使周圍漏水逐漸消失。

3.2.6 注漿效果檢查

注漿后，留置同條件漿液試塊，在試塊強度達到6～7MPa后，實施隧道掘進工序。在每段劈裂注漿結(jié)束后，在隧道斷面開挖過程中，利用打設(shè)系統(tǒng)錨桿（L=3m）檢查固結(jié)圈厚度，當(dāng)固結(jié)圈厚度不能達到要求時（3m厚度），進行補充注漿，保證隧道掘進施工安全。

4 隧道掘進

涌水段掘進采用三臺階施工工法。在上臺階注漿施工完畢隧道掘進3～5m后，施作中臺階部分的高壓劈裂注漿，同時在下臺階鉆孔超前探水，以確定仰拱部分是否需要實施超前高壓劈裂注漿。中臺階注漿時，要控制好注漿壓力，防止注漿時對上臺階已施作完成的固結(jié)圈造成破壞。在實施下臺階劈裂注漿工藝時，要控制好注漿壓力，防止注漿時對中臺階已施作完成的固結(jié)圈造成破壞。仰拱根據(jù)探測結(jié)果確定是否實施超前高壓劈裂注漿，施工中嚴(yán)格控制開挖步距，初期支護應(yīng)及時封閉成環(huán)。應(yīng)減小上臺階開挖步距，宜控制在1.5～2.25m范圍內(nèi)。

5 處理結(jié)果

從涌水出現(xiàn)至處理完畢歷時60多天，對K1+140.75～ K1+173.75段按上述方案處理后順利通過涌水段，現(xiàn)在隧道已安全運營5年多，二襯無滲漏，表明上述方案成功可行。

6 結(jié)語

（1）涌水處理過程中，超前探孔是前提條件，認(rèn)真探明地質(zhì)情況，對注漿封堵施工有著重要指導(dǎo)意義。

（2）涌水治理注漿是關(guān)鍵，注漿過程中要及時觀察注漿效果，根據(jù)圍巖情況及時調(diào)整注漿參數(shù)，確保漿液充分?jǐn)U散、凝結(jié)，必要時要采用間歇注漿，對止水和圍巖加固能達到較好的作用。

（3）對于不同巖性的地質(zhì)接觸帶應(yīng)引起重視，因受地質(zhì)構(gòu)造影響，接觸帶地質(zhì)條件較差，易飽水而誘發(fā)大的涌水，在施工過程中應(yīng)加強監(jiān)控量測、地質(zhì)超前預(yù)報工作，避免引起突發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害。

參考文獻

[1] 吳明玉，宇殿晶，謝軼瓊.隧道涌水的原因分析及治理措施[J].山西建筑，2010（4）：318.

[2] 王立志.隧道涌水處理技術(shù)探討[J].橋隧工程，2013（21）： 82.

[3] 陳仕猛，李建兵，張明.隧道帷幕注漿堵水施工技術(shù)[J].西部探礦工程，2003（6）：101.endprint