鴻圖嶂隧道后注漿堵水與防排水施工技術(shù)應(yīng)用

李 彬

(保利長大工程有限公司，廣州 510620)

0 引言

廣東大豐華高速公路鴻圖嶂隧道緊鄰飛泉電站、飛泉水庫、三度水庫及下穿八鄉(xiāng)山水庫，隧址區(qū)經(jīng)歷了燕山期和喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺劇烈，斷層發(fā)育，有26條斷層存在。由于斷裂破碎帶處巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，貫通性好，圍巖的整體強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力差，在隧道修建過程中往往伴隨著裂隙水、富水等問題，不良工程地質(zhì)問題層出不窮，如突水、涌泥、塌方等。若采取以排為主，則長期排水帶來地表生態(tài)環(huán)境破壞、地下水資源的浪費(fèi)等，嚴(yán)重影響隧道的施工安全和效率、當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的開發(fā)及毗鄰水庫的蓄水發(fā)電和下游村莊飲用水問題。

為了確保鴻圖嶂特長隧道的施工和今后的運(yùn)營安全，本文結(jié)合隧道施工，對富水段落后注漿堵水及排水施工進(jìn)行分析，控制斷裂破碎帶的排水和隧道涌水量，保持地下水環(huán)境的相對平衡及原有的生態(tài)環(huán)境，介紹徑向后注漿加固的方法及工藝。

1 工程概況

1.1 地形地貌

鴻圖嶂隧道進(jìn)口端位于豐順縣湯西鎮(zhèn)，從蓮花山山脈八鄉(xiāng)山位置通過。隧道穿過中低山地貌區(qū)，地面標(biāo)高245～1 060m，相對高差約715m，山體植被發(fā)育。豐順端洞口位于低山山體南側(cè)，山體陡峭，分布多條溝谷，其中K90+00～K91+000段為山體抬升段，地形為陡崖。地表分布多處山谷溪流，水系發(fā)育。

1.2 工程地質(zhì)水文情況

鴻圖嶂右線隧道單頭掘進(jìn)約1.25km至K90+717處遭遇F4-3斷層破碎帶，原設(shè)計(jì)襯砌類型為S-Ⅱ～JS-Ⅱ，埋深約310m。隧道穿越地層主要由微風(fēng)化安山玢巖組成，存在兩組大傾角節(jié)理面，巖體較完整，局部較破碎，巖質(zhì)堅(jiān)硬。F4-3走向北北西，傾向54°，傾角84°，為張性斷層，約50°角穿過隧道線位，斷層組成物為輝綠巖脈、碎裂巖、硅化破碎火山巖等。滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值K=20m/d。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙F(tuán)4-3斷裂破碎帶形成的構(gòu)造裂隙水量較大，并可能對本段基巖裂隙構(gòu)成側(cè)向補(bǔ)給。根據(jù)古德曼經(jīng)驗(yàn)式涌水量預(yù)測結(jié)果，K90+470～K91+010段最大涌水量為6 833.71 m3/d。

1.3 開挖后現(xiàn)場情況

隧道開挖至K90+675后開始出現(xiàn)拱頂淋雨?duì)畛鏊?，隨著開挖的繼續(xù)掘進(jìn)，隧道出水量逐漸增大。開挖至K90+717后，受兩組大傾角節(jié)理面影響，拱頂偏右側(cè)出現(xiàn)小型滑塌，伴隨較大基巖裂隙水流出，K90+675～K90+717段出現(xiàn)大面積淋水狀出水和多處股狀出水。待隧道圍巖出水穩(wěn)定后，經(jīng)初步測算，出水量約為5 000m3/d。

為盡量不改變地下水結(jié)構(gòu)及減少地下水資源的流失，避免因地下水出水量超過隧道排水系統(tǒng)能力，影響運(yùn)營安全和減少作用在二襯襯砌上的水荷載，根據(jù)限量排放的原則，對K90+675～K90+717富水段落采取全斷面徑向后注漿止水措施。

2 注漿堵水方案的確定

2.1 繪制隧道出水部位展開圖

為保證徑向后注漿的精確有效，注漿施工前，業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位對隧道施工現(xiàn)場出水部位及出水量大小進(jìn)行詳細(xì)記錄并繪制隧道出水部位展開圖，如圖1～圖3所示。

圖1 隧道出水橫斷面

圖2 隧道出水部位

圖3 隧道出水縱斷面

2.2 注漿設(shè)計(jì)方案

在隧道出水部位展開圖繪制完后，針對出水情況，采用全斷面徑向后注漿結(jié)合局部注漿的方式堵水，如圖4～圖6所示。對于本路段徑向后注漿，注漿范圍為隧道開挖輪廓線以外3m～5m。注漿材料主要采用單液漿，困難時(shí)采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥為425#普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.6～1.1，水泥漿與水玻璃體積比 1：0.3，凝膠時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場情況確定，注漿壓力為2MPa。

圖4 隧道預(yù)注漿方案選擇

圖5 隧道預(yù)注漿堵水方案

圖6 注漿管平面布置

2.3 注漿順序

注漿順序采取跳孔間隔注漿的方式進(jìn)行，從水頭高的一段開始注漿。如發(fā)現(xiàn)串漿現(xiàn)象，可多孔同時(shí)進(jìn)行注漿，或者加深鉆孔后下套管注雙液漿，及時(shí)封堵裂隙水。

2.4 注漿效果檢查

一個(gè)注漿段注漿結(jié)束后，隨機(jī)抽取不少于總孔數(shù)的5%且不少于3個(gè)檢查孔，對該段注漿效果進(jìn)行檢查，檢查孔內(nèi)涌水量不大于5L/min，否則需要加密鉆孔注漿，補(bǔ)充注漿。

3 注漿的具體實(shí)施

3.1 工藝流程

注漿的工藝流程如圖7所示。

圖7 注漿工藝流程

3.2 施工準(zhǔn)備

(1)注漿人員及設(shè)備:施工人員12人、鉆孔臺車1臺、YT-28氣腿式鑿巖機(jī)12臺、注漿泵2個(gè)、流量計(jì)2個(gè)、攪拌機(jī)1臺、拌合站等。

(2)施工材料:止?jié){塞、孔口管、土工布、水泥、水玻璃、緩凝劑等。

3.3 鉆孔

隧道開挖后先對圍巖裂隙進(jìn)行標(biāo)記，進(jìn)行掌子面素描，以便噴射混凝土后能迅速找到注漿點(diǎn)，提高注漿效率。

鉆孔前先用紅油漆按設(shè)計(jì)標(biāo)定注漿孔位，然后鉆孔、安裝孔口管，孔口管埋設(shè)。對無水孔采用干硬性早強(qiáng)砂漿堵塞定位，對于出水孔采用增強(qiáng)型防水劑和水泥配制的固管混合料來定位固定孔口管(圖8)。注漿孔孔徑為108mm，開孔孔徑為150mm，開孔長200mm～300mm。

圖8 固定孔口管

3.4 注漿

注漿施工前，先安裝孔口管和止?jié){塞，采用快硬水泥漿液將孔口管與巖壁固結(jié)，并用鋼筋纏繞增強(qiáng)孔口管與巖壁的摩擦力。待孔口管固結(jié)24h后開始進(jìn)行淺孔注漿，并對注漿情況進(jìn)行觀察，若出現(xiàn)異常情況，及時(shí)對注漿參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。若出水量大，采用雙液漿仍不能封堵時(shí)，可在附近實(shí)施深部引流泄壓鉆孔，減少基巖裂隙水對該孔的水力補(bǔ)給強(qiáng)度，再實(shí)施注漿。最后將引流泄壓孔的水接管引至隧道拱腳處。

3.5 后注漿安全保障

(1)注漿作業(yè)人員需配備勞動(dòng)保護(hù)用品，如口罩、眼鏡、橡膠手套和長手套等。

(2)機(jī)電設(shè)備應(yīng)設(shè)安全防護(hù)罩和漏電保護(hù)器。

(3)注漿施工前，應(yīng)做注漿管道抗壓試驗(yàn)，防止高壓漿液噴出傷人。

(4)注漿施工時(shí)，應(yīng)注意來往車輛對施工的干擾。現(xiàn)場要有專門負(fù)責(zé)人現(xiàn)場指揮，統(tǒng)一指揮，相互協(xié)調(diào)，確保安全生產(chǎn)。

(5)在注漿段落范圍內(nèi)，設(shè)置圍巖變形監(jiān)測點(diǎn)。注漿過程中密切關(guān)注圍巖變形量，當(dāng)超過容許值時(shí)立即停止注漿。

4 綜合防排水措施

在隧道富水段落施工，采用徑向后注漿施工后，往往還會(huì)有少量的水滲出，這時(shí)需結(jié)合進(jìn)一步的綜合防排水措施，構(gòu)建行之有效的防排水體系，確保日后二襯不滲漏水。

(1)在注漿后的初支表面，將殘余散水用環(huán)向排水管引至拱腳處，與隧道縱向排水管相接，減少散水的無序流淌以及和防水板、二襯接觸的面積，防止地下水對隧道結(jié)構(gòu)的腐蝕，提高結(jié)構(gòu)的使用壽命(圖9)。

圖9 環(huán)向排水管

(2)采用EVA防水板+HDPE自粘式防水板技術(shù)，充分利用自粘式防水板遇熱與二襯混凝土溶為一體的防水優(yōu)勢，增強(qiáng)整體防水性能，將隧道滲漏水完全封堵在防水板后面。

(3)采取多重保障措施，在二襯施工縫、沉降縫等防水薄弱處，增加一道環(huán)向排水盲溝，位于止水帶與防水板(或背貼式止水帶)之間，防止二襯施工縫漏水(圖10)。

圖10 環(huán)向排水盲溝

(4)二襯澆筑完成后，通過帶模注漿施工工藝，可有效提高二襯拱頂注漿質(zhì)量。在襯砌混凝土初凝前及時(shí)進(jìn)行注漿，避免傳統(tǒng)襯砌注漿漿液與襯砌“兩層皮”現(xiàn)象，使襯砌結(jié)構(gòu)整體性更好。

(5)提高隧道襯砌支護(hù)等級，防止后期因注漿材料的失效，導(dǎo)致圍巖后水壓力作用在隧道永久襯砌結(jié)構(gòu)上，造成二襯開裂等現(xiàn)象。

5 結(jié)語

(1)鴻圖嶂右線隧道K90+675～+717段采用徑向后注漿止水后，現(xiàn)場監(jiān)測顯示，后期初支表面未出現(xiàn)大面積淋水或嚴(yán)重滲漏水，限量排放后出水量約為50m3/d(注漿前約為5 000m3/d)。初期支護(hù)基本穩(wěn)定，表明本次注漿止水、加固效果良好。封堵了隧道圍巖淺層裂隙和過水通道，減輕了圍巖滲水對特長隧道側(cè)式暗溝的排水壓力，有效地減少了地下水資源的流失，限量排出隧道。

(2)結(jié)合地質(zhì)情況，采取防、排、堵、截的綜合治理方法，剛性防水和柔性防水相輔相成，充分利用各種防排水材料和工藝的特性，發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，注重施工質(zhì)量。在富水段落地區(qū)應(yīng)加密布置排水管和排水溝，必要時(shí)選擇雙重防水板(EVA防水板+HDPE自粘式防水板)，加強(qiáng)施工縫和變形縫細(xì)部防水的處理，是構(gòu)建部漏水隧道的關(guān)鍵之一。

(3)徑向后注漿后再采取綜合的防排水措施，在多重防排水技術(shù)的保障下，可杜絕二襯滲漏水現(xiàn)象，提升隧道品質(zhì)工程的形象，改善日后隧道運(yùn)營環(huán)境，延長洞內(nèi)設(shè)施和二襯的使用壽命以及減少后期養(yǎng)護(hù)管理費(fèi)用，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可為類似的隧道施工提供借鑒與參考。

(4)受工程建設(shè)期造價(jià)的影響，“以排為主”的設(shè)計(jì)理念，成本最低、施工簡單，但對襯砌背后水壓力和后期隧道襯砌滲水的處理考慮較少?！耙耘艦橹鳌钡脑瓌t對環(huán)境影響較大，在施工階段雖然可以降低造價(jià)，但長遠(yuǎn)對生態(tài)環(huán)境的影響卻不可忽視，往往后期治理費(fèi)用遠(yuǎn)大于前期施工治水費(fèi)用，需綜合分析研究。

(5)由于注漿材料的耐久性不同和使用壽命較短，可考慮提高隧道支護(hù)等級，增強(qiáng)其后期抗水壓的能力。