成昆線特克隧道2#橫洞突涌水處理研究

陳國(guó)強(qiáng)

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司，河北涿州 072750)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

特克隧道進(jìn)口端連接特克三線中橋，出口端為埃岱尼日河1號(hào)雙線大橋，該隧道地處峨邊南～甘洛區(qū)間，全長(zhǎng)8 605 m，最大埋深約1 075 m。主要隧道輔助工程：1#橫洞在DK259+300線路右側(cè)，與線路交角80°，對(duì)應(yīng)里程為H1DK0+000～H1DK0+820，全長(zhǎng)820 m；2#橫洞在DK262+500線路右側(cè)，與線路呈垂直交角；對(duì)應(yīng)里程為H2DK0+000～H2DK1+300，全長(zhǎng)1 300 m；3#橫洞在DK264+270線路右側(cè)，與線路呈垂直交角；對(duì)應(yīng)里程為H3DK0+000～H3DK0+750，全長(zhǎng)750 m。

1.2 地質(zhì)概況

測(cè)區(qū)地表上覆第四系全新統(tǒng)坡殘積層(Q4dl+el)粉質(zhì)黏土，第四系全新統(tǒng)坡崩積層(Q4dl+col)塊石土，隧址區(qū)出露基巖為志留系下統(tǒng)石牛欄組(S1s)灰?guī)r，奧陶系上統(tǒng)寶塔組(O3b)灰?guī)r，奧陶系下統(tǒng)紅石崖組(O1h)砂巖，奧陶系中統(tǒng)紅巧家組(O2q)灰?guī)r、砂巖夾頁巖，寒武系上統(tǒng)洗象池組(∈3ox)白云巖夾砂巖，寒武系中統(tǒng)西王廟組(∈2x)白云巖、砂巖，寒武系下統(tǒng)龍王廟組(∈1l)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖，寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組(∈1c)砂巖、黏土巖、白云巖互層，寒武系下統(tǒng)筇竹寺組(∈1q)砂巖、灰?guī)r，震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbd)白云巖，震旦系上統(tǒng)觀音崖組(Zbg)砂巖，震旦系上統(tǒng)列古六組(Zbl)砂巖、礫巖，震旦系下統(tǒng)開建橋組(Zas)凝灰質(zhì)砂巖及巖屑砂巖、流紋斑巖，蘇雄組(Zas)凝灰?guī)r、流紋巖。

2 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

2.1 涌水段地層巖性

特克隧道2號(hào)橫洞洞身穿越震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbd)白云巖及震旦系上統(tǒng)觀音崖組(Zbg)石英砂巖、頁巖、灰?guī)r、白云巖地層。測(cè)區(qū)內(nèi)發(fā)育古子窩逆斷層，地表與橫洞大角度相交于H2DK0+970，巖體破碎，巖性主要為白云巖，是地下水運(yùn)移的良好通道。地表水及地下水較發(fā)育，震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbd)白云巖中及斷層一帶可能出現(xiàn)較大涌水，預(yù)計(jì)橫洞最大涌水量Q=6650m3/d。

2.2 原設(shè)計(jì)施工參數(shù)

其中H2DK0+730～H2DK1+190段設(shè)計(jì)為雙車道Ⅳ級(jí)錨噴襯砌，按照“貳隧(2011)4003-37”圖施作，采用拱墻I16型鋼鋼架及拱部φ42 mm小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)；本段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段為WT-2(地震波發(fā)射法+地質(zhì)雷達(dá)法)、ZT-2(1孔φ89 mm超前鉆孔+5孔加深炮眼)[1]。

3 涌水情況

2017年6月19日，特克隧道2#橫洞于H2DK0+877掌子面施作φ89 mm超前水平鉆孔，鉆進(jìn)至11.5 m左右(H2DK0+865.5)時(shí)，鉆孔中發(fā)生股狀涌水，射程達(dá)5 m左右，推測(cè)水壓約1.5 MPa(圖1)。目前，2號(hào)橫洞內(nèi)實(shí)測(cè)涌水量約Q=23784m3/d。目前掌子面圍巖較好，發(fā)生涌突泥地質(zhì)災(zāi)害的可能性較小。

圖1 特克隧道2#橫洞H2DK0+877掌子面涌水

4 涌水原因分析

特克隧道2#橫洞掌子面涌水主要為巖溶裂隙水，主要賦存于震旦系上統(tǒng)燈影組白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r沿緩傾巖層面發(fā)育的近水平向溶蝕裂隙以及沿構(gòu)造裂隙發(fā)育的垂向溶蝕裂隙，存在大型溶腔的可能性較小，洞身處于淺飽水帶排泄區(qū)，具有一定承壓性，裂隙水主要沿東西方向呈條帶狀向尼日河深切溝谷排泄；裂隙水一是接受大氣降水入滲補(bǔ)給，二是通過構(gòu)造發(fā)育帶接受洞身右側(cè)地表南端溝谷溪水的側(cè)向補(bǔ)給；水量穩(wěn)定，隧道涌水有相對(duì)穩(wěn)定動(dòng)儲(chǔ)量補(bǔ)給。

橫洞地下水主要以巖溶裂隙水形式發(fā)育，主要賦存于沿?zé)粲敖M白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r沿層面發(fā)育的近水平向溶蝕裂隙，及沿走向 330°構(gòu)造裂隙發(fā)育的垂向溶蝕裂隙，存在大型溶腔的可能性較小，洞身處于淺飽水帶排泄區(qū)，且地下水排泄不暢，具有一定承壓性，特別是雨季會(huì)形成較高水壓涌水，目前隧道涌水有相對(duì)穩(wěn)定動(dòng)儲(chǔ)量補(bǔ)給[2]。

H2DK0+877- H2DK0+867(0～10 m)段落，圍巖整體富水性不強(qiáng)，其中在 4～6 m 與 7～8 m 范圍發(fā)育傾斜裂隙。

H2DK0+867-H2DK0+857(10～20 m)段落，圍巖整體富水性增強(qiáng)，在掌子面中部及上部發(fā)育較大導(dǎo)水通道，在水平方向上主要分布在掌子面的中間與右側(cè)，并向掌子面左側(cè)延伸，探測(cè)范圍內(nèi)主要含水區(qū)域的體積約為 900 m3。

H2DK0+857- H2DK0+847(20～30 m)段落，圍巖整體富水性降低；

H2DK0+847- H2DK0+827(30～50 m)段落，掌子面圍巖中間富水性較低，兩側(cè)發(fā)育導(dǎo)水裂隙，其中在 H2DK0+834(43 m)附近可能發(fā)育導(dǎo)水通道。

5 處理方案

同意特克隧道2號(hào)橫洞H2DK0+877～H2DK0+827段采用以下主要處理措施。

5.1 物探與鉆探

采用瞬變電磁法、激發(fā)極化法及鉆孔電阻率CT法等綜合物探及φ89 mm超前水平鉆孔，并結(jié)合地表調(diào)查，綜合判明前方巖體破碎情況、寬度范圍及地下水賦存情況等。

5.2 掌子面排水

掌子面排水采用在橫洞開挖輪廓線外右側(cè)打設(shè)不小于φ80 mm泄水鉆孔,其位置及數(shù)量可根據(jù)掌子面涌水量變化情況確定，單孔深30 m，外插角度控制在10°±2°，初期支護(hù)時(shí)保持尾部管頭外露，采用軟管連接引排至側(cè)溝[3]。

5.3 帶水施工

橫洞內(nèi)采用帶水作業(yè)施工，通過邊墻外泄水孔對(duì)地下水進(jìn)行有效引排，保證洞內(nèi)正常裝藥及支護(hù)作業(yè)。按照“先探測(cè)、后施工”的原則，確定前方圍巖完整的情況下開展掌子面掘進(jìn)施工，施工過程中注意觀察地層巖性及產(chǎn)狀等，并作好地質(zhì)素描工作。另外施工單位應(yīng)做好巖溶涌水突泥的安全應(yīng)急預(yù)案。

5.4 支護(hù)與注漿

該段拱墻范圍開挖斷面擴(kuò)大50 cm，為后期可能的加固工程措施預(yù)留空間。

該段按雙車道Ⅳ級(jí)錨噴襯砌(貳隧(2011)4003-37)施作，初期支護(hù)采用被動(dòng)支護(hù)，即開挖完成后先進(jìn)行初步網(wǎng)噴，再鋪設(shè)凸殼式防排水板，最后架設(shè)鋼架、錨網(wǎng)噴支護(hù)。

該段Ⅳ噴錨襯砌徑向注漿，注漿參數(shù)與施工圖如表1、圖2所示。

(a)徑向注漿橫斷面布置

(b)徑向注漿縱斷面布置

(c)徑向注漿平面布置圖2 徑向注漿布置(單位:cm)

說明：

1.注漿孔口環(huán)向間距150 cm，縱向間距250 cm，交錯(cuò)布置。

2.本圖適用于特克隧道2#橫洞IV 級(jí)錨噴雙車道段落徑向注漿。

3.注漿孔采用風(fēng)機(jī)鉆開孔，開孔直徑φ75 mm，終孔不得小于φ42 mm，再埋入孔口管，孔口管采用φ89 mm、壁厚5 mm的鋼花管，管長(zhǎng)1 m，孔口管應(yīng)埋設(shè)牢固，并應(yīng)有良好的止?jié){措施。

5.4.1 注漿參數(shù)

表1 徑向注漿參數(shù)

5.4.2 注漿量計(jì)算

單孔注漿量(m3)計(jì)算公式：Q=πR2Hnα(1+β)

式中：Q1為注漿量(m3)；R為擴(kuò)散半徑(m)；H為注漿段長(zhǎng)度(m)；n為地層裂隙度或孔隙率；α為漿液填充率；β為漿液損失率。

按照特克隧道2#橫洞H2DK0+877斷面為IV級(jí)錨噴雙車道，全環(huán)可設(shè)置φ42 mm注漿鋼花管約13根，每根長(zhǎng)5 m；注漿孔口環(huán)向間距為1.5 m，縱向間距2.5 m，交錯(cuò)布置。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況取值：

R為擴(kuò)散半徑(m)取2m；H為注漿段長(zhǎng)度(m)取5m；n為地層裂隙度或孔隙率：因?yàn)楣?jié)理裂隙較發(fā)育，一般在0.4～0.6之間，取中間值0.5；α為漿液填充率：一般在0.7～0.9之間，取中間值0.8；β為漿液損失率：一般在10 %～30 %之間，取中間值20 %。

單孔注漿量：Q1=πR2Hnα(1+β)

=3.14×22m2×5m×0.5×0.8×20%

=5.024m3

全環(huán)的注漿量Q2=13×Q1=13×5.024m3=65.546m3

注漿段為H2DK0+930～770，共160 m，徑向注漿縱向設(shè)置64環(huán)。

則，注漿總量Q=64×Q2=64×65.542m3=4194.688 m3

5.5 排水與涌水監(jiān)測(cè)

施工期間洞內(nèi)地下水采取以排為主的原則，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)地表井、泉流量變化及生活引用水源的觀測(cè)，確保隧道內(nèi)的排水不影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活，后期是否注漿封堵根據(jù)具體情況進(jìn)一步研究確定。[4]

施工期間應(yīng)對(duì)掌子面涌水量及水壓等進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即上報(bào)，同時(shí)啟動(dòng)安全應(yīng)急預(yù)案。