珠海橫琴新區(qū)非示范段隧道工程涌水問題防治探討

趙旭榮

（中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，湖北武漢 430080）

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國許多重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開始向地質(zhì)條件更加復(fù)雜的地區(qū)發(fā)展。尤其是隧道，在施工時(shí)由于地域差別，會面臨不同的施工難題，涌水突泥就是其中之一。涌水是指圍巖空隙中的地下水或地表水水源，在壓力的作用下涌出。其中，水量大、來勢猛、突發(fā)性強(qiáng)的涌水，又叫做為突水。在施工過程中遇到不良地質(zhì)情況，如溶洞、暗河、承壓水等，從而引發(fā)以水、泥砂迅速涌出的地質(zhì)災(zāi)害[1]。涌水既提高了施工的難度，也是地下圍巖失穩(wěn)、基坑滲透破壞和邊坡塌滑的重要原因。

據(jù)施工調(diào)查顯示，突發(fā)性涌水大多數(shù)發(fā)生在斷層破碎帶中。而且受施工區(qū)域地質(zhì)水文條件影響，突發(fā)性的涌水都具有充分的水源補(bǔ)給，涌水的滲透路徑一般與地表水、地下暗河或者其他水路保持良好的水力聯(lián)系。例如中國京廣鐵路大瑤山段隧道施工，地質(zhì)層有大規(guī)模的斷層破碎帶和喀斯特地貌發(fā)育段，由于地質(zhì)檢測未提前監(jiān)測涌水，施工過程中的保護(hù)措施也未及時(shí)到位，地下水大量涌出，引發(fā)了較大規(guī)模的塌方，很大程度上影響了正常的施工[2]。

珠海橫琴新區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施BT項(xiàng)目非示范段隧道工程存在不良地質(zhì)現(xiàn)象，主要為涌水、危巖體和崩崗。本隧址區(qū)特殊性巖土主要為風(fēng)化巖及殘積土。區(qū)域內(nèi)分布的礫質(zhì)粘性土屬殘積土，花崗巖的結(jié)構(gòu)、成分和性質(zhì)已產(chǎn)生不同程度的差異，屬風(fēng)化巖類，具球狀風(fēng)化特性。殘積土和風(fēng)化巖在飽和狀態(tài)下受擾動(dòng)后，易軟化、崩解，強(qiáng)度、承載力驟減。因此，珠海橫琴新區(qū)市非示范段隧道工程涌水問題的防治有著尤為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

珠海橫琴新區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施BT項(xiàng)目非示范段隧道工程SD-1、SD-2隧道位于珠海市大橫琴島腦背山南側(cè)、深井至新村一帶，島上有環(huán)島公路相通，交通條件較為便利。SD-1隧道起迄樁號K4+610～K5+190，長約580m，為雙向四車道連拱隧道；SD-2隧道為雙向四車道小凈距隧道，四洞之間凈距為7～10m，其中左洞平曲線半徑為4800m，右洞平曲線半徑為5000m，長約232m。SD-1、SD-2工程地質(zhì)平面圖見圖1，工程地質(zhì)剖面圖如圖2所示。

隧址區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造條件較簡單，主要的不良地質(zhì)現(xiàn)象有崩塌、危巖體及崩崗等，區(qū)內(nèi)地震基本烈度為Ⅶ度，SD-1隧道區(qū)域穩(wěn)定性較好，SD-2隧道區(qū)域穩(wěn)定性一般，而由全—中風(fēng)化花崗巖組成的場地為Ⅰ類場地，屬對建筑抗震有利地段，無由地震引起的地基失穩(wěn)、失效的可能，工程地質(zhì)條件中等復(fù)雜，崩塌（滑塌）對隧道施工有一定影響，但不是十分嚴(yán)重。

珠海市氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候帶，氣候宜人，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，日照充足，雨量充沛。歷年平均氣溫為22.5℃。降雨的年內(nèi)分配集中在夏季，歷年最大降雨量2873.9mm，歷年最小降雨量1200.9mm，多年平均降雨量1950.7mm，4～9月的降雨量占全年降雨量的80%以上，并經(jīng)常出現(xiàn)暴雨和大暴雨。冬夏風(fēng)向季節(jié)變化顯著，從夏季至初秋一般盛行偏南風(fēng)，秋季至冬末盛行偏北風(fēng)或偏東風(fēng)，臺風(fēng)登陸風(fēng)力達(dá)8級以上，最大風(fēng)力可達(dá)12級，并常伴隨暴雨和暴潮。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，隧址區(qū)斷裂構(gòu)造極其發(fā)育，主要有東西向、北東向和北西向3組。距離本擬建隧道區(qū)較近的構(gòu)造斷裂帶有東西向斷裂有馬尿河斷裂I-14、深井?dāng)嗔袸-15和赤沙大腦南斷裂I-16；北北東向斷裂有三塘山斷裂Ⅳ-34、二婆髻斷裂Ⅳ-35、平山斷裂Ⅳ-36、大坪斷裂Ⅳ-37、環(huán)灣斷裂Ⅳ-38、石場西斷裂Ⅳ-39、長形斷裂Ⅳ-40、夾馬口斷裂Ⅳ-41和公仔腦斷裂Ⅳ-4，北西向斷裂有定家灣東斷裂Ⅴ-4。

2 圍巖分級及其穩(wěn)定性分析

2.1 地形地貌

橫琴島主要由腦背山和赤沙大腦2個(gè)山體組成，隧址區(qū)為剝蝕殘丘地貌，基底為燕山二期—三期花崗巖。橫琴島主峰位于腦背山，主山脊線沿北東向展布，最高處海拔457.7m，南麓狹長陡峭，坡度45°～60°，北麓寬闊，有兩級夷平面，受后期構(gòu)造抬升和侵蝕切割，有較明顯的山鞍，脊線多沿北西、南北向展布，峰頂多呈穹隆狀，平緩圓滑，一般山頂和山腳坡度稍緩，中下部較陡，溝谷中等切割，上游多為“V”字型，下游多呈“U”字型。地形坡度一般為20°～30°，局部35°～40°，或有陡崖。坡面植被很發(fā)育，森林覆蓋率在90%以上。地形起伏較大，水土保持較好，零星分布花崗巖球狀風(fēng)化體，大小不等。SD-1隧道位于東西向展布的山脊西端，橫穿山脊。SD-2隧道位于東西向展布的山脊南端。

SD-1隧道在進(jìn)口段坡頂分布薄層狀礫質(zhì)粘性土，洞口為高陡臨空面，系原開山修路爆破形成，巖體較破碎，洞口開挖后需要及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。洞身段局部表層分布薄層礫質(zhì)粘性土，厚度不大，工程地質(zhì)特性一般，但與隧道無影響關(guān)系。隧道出口段多為基巖出露，穩(wěn)定性較好，開挖時(shí)需及時(shí)做好支護(hù)措施。SD-2隧道在進(jìn)口段坡頂表層分布薄層狀礫質(zhì)粘性土，下伏強(qiáng)—中風(fēng)化花崗巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，洞口開挖后需要及時(shí)進(jìn)行支護(hù)；洞身段由于受深井?dāng)嗔褬?gòu)造影響，巖體差異性較大，特別是K3+940～K4+135段為主要影響范圍，巖體極破碎，工程地質(zhì)特性較差，加之該區(qū)地表水和地下水較發(fā)育，施工時(shí)應(yīng)控制爆破，短進(jìn)尺、勤支護(hù)，做好防排水措施隧道出口段多為基巖出露，自然狀態(tài)下穩(wěn)定性較好，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。

2.2 圍巖分級

SD-1隧道圍巖有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三種級別，其中隧道進(jìn)出淺埋地段中風(fēng)化花崗巖為Ⅳ級圍巖，洞身段中—微風(fēng)化花崗巖過渡帶為Ⅲ級圍巖，洞身段微風(fēng)化花崗巖為Ⅱ級圍巖，隧道出口淺埋地段強(qiáng)—中風(fēng)化花崗巖為Ⅳ級圍巖。

SD-2隧道圍巖有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四種級別，其中進(jìn)口淺埋地段全—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和洞身段斷層破碎帶主要影響范圍為Ⅴ級圍巖，洞身段中風(fēng)化和中—微風(fēng)化花崗巖過渡帶為Ⅲ級圍巖，洞身段微風(fēng)化花崗巖為Ⅱ級圍巖，出口段強(qiáng)—中風(fēng)化花崗巖為Ⅳ級圍巖。

2.3 圍巖穩(wěn)定性評價(jià)

SD-1隧道進(jìn)口段埋深約0～45.8m，由燕山第三期第一次侵入的橫琴巖體（）組成，巖性主要為強(qiáng)—中風(fēng)化花崗巖，屬堅(jiān)硬巖類，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合差，透水性強(qiáng)，屬Ⅳ級圍巖，穩(wěn)定性差。圍巖拱部無支護(hù)開挖時(shí)圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)被改變，進(jìn)一步加劇卸荷裂隙的擴(kuò)展，易坍塌，輕者表現(xiàn)為掉塊現(xiàn)象，重者發(fā)生大范圍崩塌，需及時(shí)進(jìn)行襯砌支護(hù)，以保證其穩(wěn)定性。隧道出口段埋深約0～43.0m，由強(qiáng)—中風(fēng)化花崗巖組成，屬堅(jiān)硬巖類，節(jié)理裂隙發(fā)育。出洞口基巖出露，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合差，主要發(fā)育南北及北北東向2組節(jié)理，透水性強(qiáng)，屬Ⅳ級圍巖，穩(wěn)定性差。地下水較貧乏，下雨時(shí)可見淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?。圍巖拱部無支護(hù)開挖時(shí)圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)被改變，進(jìn)一步加劇卸荷裂隙的擴(kuò)展，易坍塌，輕者表現(xiàn)為掉塊現(xiàn)象，重者發(fā)生大范圍崩塌，需及時(shí)進(jìn)行襯砌支護(hù)，以保證進(jìn)口段邊坡穩(wěn)定性。SD-1隧道隧址區(qū)內(nèi)無斷層與洞身段相交，據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，橫琴島構(gòu)造線多呈NE-SW向發(fā)育，據(jù)此推測區(qū)內(nèi)最大水平主應(yīng)力方向呈SE-NW向，與SD-1隧道軸線呈小角度相交，對隧道穩(wěn)定性影響較小。

SD-2隧道進(jìn)口段埋深約0～34.5m，由燕山第三期第一次侵入的橫琴巖體（）組成，巖性主要為全—中花崗巖，屬堅(jiān)硬巖類，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎裂結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合差，透水性強(qiáng)，屬Ⅴ級圍巖，自穩(wěn)能力差。圍巖拱部無支護(hù)開挖時(shí)易坍塌連通地表水體，造成隧道涌水。隧道出口段埋深約0～51.6m，由強(qiáng)—中風(fēng)化花崗巖組成，屬堅(jiān)硬巖類。出洞口基巖裸露，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，呈碎裂結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合差，主要發(fā)育東西及北北東2組節(jié)理，透水性較強(qiáng)，屬Ⅳ級圍巖，穩(wěn)定性較差。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，出口段見季節(jié)性流水，地下水較貧乏，雨時(shí)可見淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?。出口段圍巖拱部無支護(hù)開挖時(shí)，圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)被改變，進(jìn)一步加劇卸荷裂隙的擴(kuò)展，拱頂易坍塌，甚至連通地表水體，造成隧道涌水。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，橫琴島構(gòu)造線多呈NE-SW向發(fā)育，據(jù)此推測區(qū)內(nèi)最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镾E-NW向，與SD-2隧道軸線呈大角度相交，對隧道穩(wěn)定性不利。

3 隧道涌水問題防治

3.1 涌水問題

根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)及地層巖性分析，K3+940～K4+135段正常涌水量為312.0m3/d，最大涌水量為1405.2m3/d，發(fā)生涌水、突水的可能性較大，其與山頂望天臺水庫及地表沖溝水體具有一定的水力聯(lián)系。根據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》(TB10049-2004)對SD-2隧道涌水災(zāi)害嚴(yán)重等級進(jìn)行打分判別，打分判別見表1。根據(jù)評分結(jié)果，若隧道沒有進(jìn)行防水措施，總分為4.08，隧道涌水級別屬于A級，隧道涌漏水甚大，或突然涌水或泥砂大量涌出；若隧道進(jìn)行襯砌等防水措施，為3.63，隧道涌水級別屬于B級，隧道涌漏水較大或泥砂涌出。

表1 SD-2隧道涌水災(zāi)害嚴(yán)重等級判別打分表

3.2 隧道涌水預(yù)測

隧址區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，多年平均降雨量1950.7mm，降雨多集中在夏季。SD-1隧道位于橫琴島西部，隧址區(qū)地下水主要以風(fēng)化基巖裂隙水為主，賦存于花崗巖風(fēng)化裂隙帶和基巖構(gòu)造帶中，受賦存巖體裂隙發(fā)育程度影響較大，具明顯各向異性。由于SD-1隧道穿越地層巖性單一，水文地質(zhì)單元及相關(guān)參數(shù)變化小，經(jīng)過區(qū)域地層主要為中—微風(fēng)化花崗巖，主要的地下水類型為基巖裂隙水，基巖裂隙水賦存于花崗巖風(fēng)化裂隙帶中，具明顯的各向異性特點(diǎn)。SD-1隧道基巖裂隙水量不大，隧道不存在涌水、突水問題。

SD-2隧道位于橫琴島南部，隧址區(qū)地表水主要以沖溝內(nèi)流水為主，地下水主要以風(fēng)化基巖裂隙水為主，賦存于花崗巖風(fēng)化裂隙帶和基巖構(gòu)造帶中，受賦存巖體裂隙發(fā)育程度影響較大，具明顯各向異性。SD-2隧道雖然穿越地層巖性較單一，但由于受深井?dāng)嗔褬?gòu)造影響，水文地質(zhì)單元及相關(guān)參數(shù)變化產(chǎn)異性較大，隧址區(qū)水文地質(zhì)條件相對較復(fù)雜。SD-2隧道經(jīng)過區(qū)域地層主要為強(qiáng)—微風(fēng)化花崗巖，主要的地表水為山間沖溝溪水，接受大氣降水和地下徑流補(bǔ)給，水量隨季節(jié)變化較大。主要的地下水類型為基巖裂隙水，基巖裂隙水賦存于花崗巖風(fēng)化裂隙帶中，具明顯的各向異性特點(diǎn)。由于深井?dāng)嗔雅c隧道小角度相交，交匯處及其斷裂影響范圍內(nèi)巖體極破碎，根據(jù)山頂望天臺水庫處地質(zhì)情況及隧道沿線沖溝內(nèi)常年有水推測在兩者交匯處一定范圍內(nèi)發(fā)生涌水、突水的可能性較大。

3.3 涌水問題防治方法

SD-1隧道南北兩端洞口均陡直，具崩塌潛勢。地表水及地下水不發(fā)育，隧道開挖時(shí)洞口淺埋段涌水量不大，但洞身可能會有漏水或淋雨現(xiàn)象，需做好排堵措施。SD-2隧道東西兩端洞口及洞身均有危巖體存在。地表水及地下水豐富，隧道開挖時(shí)進(jìn)口段位于沖溝泄洪口，雨季施工時(shí)水量較大，必要時(shí)設(shè)置防洪設(shè)施。洞身由于受構(gòu)造影響，K3+940～K4+135段可能會發(fā)生涌水、突水可能，其它地段可能會有漏水或淋雨現(xiàn)象，需做好排堵措施；出口段位于沖溝泄洪處，但規(guī)模較小，水量有限，只需做好必要的防范措施進(jìn)行疏導(dǎo)即可。通常，隧道涌水災(zāi)害具體的防治措施主要為以下3點(diǎn)：

（1）地質(zhì)監(jiān)測預(yù)報(bào)。涌水、突水問題的發(fā)生具有一定的突發(fā)性，為施工人員預(yù)留的搶救時(shí)間有限，但是要精確預(yù)估發(fā)生隧道涌水的時(shí)間、方位，還是會受到技術(shù)條件的限制。為保證施工的順利進(jìn)行，應(yīng)合理利用工程地質(zhì)勘察技術(shù)。洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)繪、物探、地質(zhì)鉆探等方法都是確定涌水地層空間分布與物理化學(xué)性質(zhì)、水文條件、富水特征和水文參數(shù)的有效方法[3]。

（2）施工防水法。在隧道施工時(shí)設(shè)置排水盲溝、排水通道及集水槽，將水流引入地下水系中。同時(shí)應(yīng)注意施工縫的施工操作，防止施工縫作為涌水的突破口影響正常的隧道施工。施工縫應(yīng)采用BW型遇水膨脹止水帶止水，水平向鋪設(shè)1層25～30mm混凝土與混凝土強(qiáng)度等級相同的水泥漿，防止止水帶變形，確保施工縫處的強(qiáng)度；加強(qiáng)振搗豎直向止水帶兩邊混凝土，鋪設(shè)防水板，保證施工縫混凝土密實(shí)[4]。

（3）災(zāi)害實(shí)時(shí)搶救。涌水災(zāi)害的治理總體方案為“引流、限流”。①引流——將涌水、突水的水流引至自然地下水系中，這樣既能使工作面施工平穩(wěn)進(jìn)行，又能保護(hù)自然水系的流動(dòng)。②限流——保證涌水、突水的水量在可控范圍內(nèi)，可對涌水部位采取噴射混凝土的方式控制水流量，這樣來控制突發(fā)性的涌水災(zāi)害[5]。

4 結(jié)論

（1）市政基礎(chǔ)設(shè)施BT項(xiàng)目非示范段隧道工程SD-1、SD-2隧道位于珠海橫琴新區(qū)市，本隧道區(qū)存在不良地質(zhì)現(xiàn)象，主要為涌水、危巖體和崩崗。

（2）隧道圍巖的穩(wěn)定性評價(jià)顯示，SD-1出洞口巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合差，透水性強(qiáng)，穩(wěn)定性差。SD-2出洞口巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，呈碎裂結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合差，透水性較強(qiáng)，穩(wěn)定性較差，出口段見季節(jié)性流水，雨時(shí)可見淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?。施工中?yīng)提高對隧道涌水的防治。

（3）隧道涌水災(zāi)害具體的防治措施主要有地質(zhì)監(jiān)測預(yù)報(bào)、施工防水法和災(zāi)害實(shí)時(shí)搶救。涌水災(zāi)害因其具有突發(fā)性，因此應(yīng)防范與治理相結(jié)合，動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并加強(qiáng)施工質(zhì)量，保證隧道施工的順利進(jìn)行。