隧洞穿越區(qū)域斷裂破碎帶遇水處理措施

藺鳳林

（新疆水利水電勘測設計研究院,新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆某輸水隧洞工程位于阿爾泰山南坡剝蝕構造低山丘陵區(qū),總地勢北高南低,由北西向南東緩慢傾斜,海拔高程650 m～800 m,一般高差10 m～20 m,局部高差70 m,隧洞埋深32 m～105 m。鉆爆段洞長6.80 km,其中經過區(qū)域性深大斷裂226 m,該段為輸水隧洞控制段重點工程。該段隧洞穿過泥盆系（D）和石炭系（C）兩套地層。與工程有關的區(qū)域性斷裂主要有科沙哈拉斷裂（F7）,該斷裂為區(qū)域性深大斷裂,為晚更新世活動斷裂,晚更新世以來活動速率在1.0 mm/a～1.2 mm/a。

該段隧洞沿線以古老地層的變質砂巖為主,未見有石灰?guī)r、碳酸巖等地層形成的溶洞、暗河。隧洞巖體一般具有微透水～極微透水性,局部為弱透水性。表層的基巖裂隙水與下部基巖裂隙水水力聯(lián)系微弱,隧洞洞身段圍巖富水性屬于水量貧乏區(qū),一般洞段地下水活動狀態(tài)為滲水到滴水。在區(qū)域性斷裂帶內和局部較大的次級斷層帶、密集裂隙內,地表水通過裂隙下滲到斷層,活動狀態(tài)以線狀流水為主。與地表水相聯(lián)系的洞段,地下水活動狀態(tài)以線狀流水為主。

2 隧洞滲水～線狀流水特征

淺埋隧洞：巖石節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體具有弱～中等透水性,基巖裂隙水與地表水及大氣降水通過含水構造（斷層、風化裂隙等）聯(lián)系。隧洞施工初期滲水～線狀流水量較大,經過一段時間的排泄,滲水～線狀流水量逐漸減小或干涸,并隨季節(jié)而變化。

深埋隧洞：巖體透水性一般為微透水～極微透水性,洞段富水性較差,隧洞滲水～線狀流水一般發(fā)生在區(qū)域斷裂及次級斷層部位。隧洞開挖后,形成地下水排泄通道,初期滲水～線狀流水量較大,經過排泄,滲水～線狀流水量逐漸減小。地下水向隧洞排泄后補給困難,造成隧洞少水甚至干涸。

隧洞滲水～線狀流水量是由靜儲水量和動儲水量兩部分組成。其中,靜儲水量是指隧洞開挖前實際存在于含水層中的地下水,其大小取決于含水層的厚度以及孔隙或裂隙的大小和數(shù)量。動儲水量是指隧道開挖揭穿含水層以后,大氣降水或者地表雪融水等通過裂隙下滲到隧道,成為滲水～線狀流水量的一部分,其大小取決于含水圍巖的范圍、供水來源、流通條件[1-3]。

該隧洞受雪融水的動態(tài)補給影響不大,線狀流水隨時間和空間的變化表現(xiàn)主要為靜儲水量。根據(jù)開挖后隧道內出水量的觀測統(tǒng)計,工程區(qū)沿線受斷裂或節(jié)理裂隙影響的巖體內地下水量不豐富,大多屬于貧水區(qū)（段）,局部屬于弱富水區(qū)（段）,斷層破碎帶、節(jié)理裂隙帶巖體內總體滲水～線狀流水量不大。根據(jù)調查區(qū)工程地質條件,隧洞洞身段大多數(shù)處于新鮮巖體內,裂隙不發(fā)育,圍巖為塊狀和厚層狀,巖體完整,隧洞沿線地下水以基巖裂隙水為主,裂隙水滲出能力和水量有限。

3 滲水～線狀流水處理措施

3.1 排水系統(tǒng)的施工

（1）進洞前,應采取相應的措施,做好隧洞頂部、隧洞洞口和輔助坑道口的地面排水系統(tǒng),防止地表水的滲透。

（2）施工過程中,應及時觀察和記錄隧道的出水位置、水量、涌水情況、變化規(guī)律、供水來源和水質組成,不斷改進防排水措施。

（3）隧洞兩端洞口及輔助坑道洞口應及時做好排水系統(tǒng)；對于覆蓋較薄和滲透性強的地層,地表積水應及早處理[4]。

（4）洞內順坡排水,其坡度應與線路坡度一致；反坡排水,必須采取機械抽水[5]。

3.2 地下水處理原則

（1）對洞內地下水水量、水壓、水質進行監(jiān)測,并做好滲水量、出水點位置記錄。

（2）隧洞滲水～線狀流水處理遵循“以堵為主、限量排放”的處理原則,采取切實可靠的施工措施,在經過堵水、抽排水后使得掌子面的水不至于影響隧洞的正常掘進。

（3）根據(jù)地下水滲水量的不同,將本工程分為富水洞段、一般洞段、貧水洞段。其中,滲水量＞300 m3/h為富水洞段；100 m3/h≤滲水量≤300 m3/h為一般洞段；滲水量＜100 m3/h為貧水洞段。

（4）對滲水洞段,快速掘進,根據(jù)滲水監(jiān)測情況適時進行封堵處理,以改善施工環(huán)境為主。

（5）對線狀流水、射流及股狀涌水洞段,以堵為主,要求堵水效果大于80%,堵水標準不得大于150 m3/（h·km）,不得出現(xiàn)線狀流水。

（6）對富水洞段,當滲水量達到設計排水規(guī)模的60%時,需停工堵水。

3.3 地下水處理措施

3.3.1 洞壁出現(xiàn)集中滲水的處理措施

（1）隧洞洞壁潮濕、滴水時,可利用高壓風將巖石表面的水吹干,隨即用噴射混凝土直接將滲水點封堵[6]。

（2）洞內地下水沿裂隙呈線流、簾幕式線狀流水或小股狀涌水（Q≤10 m3/h）時,應根據(jù)具體情況,對巖石表面進行注漿,或者使用小導管沿隧道周邊進行灌漿封堵。

（3）對于中等到大股狀涌水（10 m3/h＜Q≤400 m3/h）,在巖石破碎、地下水發(fā)育的地段,宜采用注漿堵水后再噴射混凝土。對于集中出水點,可順節(jié)理、裂隙、斷層等設置排水花管,將水引到洞底。一般情況下,可順簾幕式線狀流水出露點打孔,壓注速凝液或布袋注漿塞進行封堵。

（4）承包人應在各出水點做好標記,并建立專門文檔記錄,以便后期施作排水孔,襯砌完成后應盡快按設計要求施作永久排水孔。

（5）在隧道開挖過程中,當滲漏水面積較大時,應設置一定數(shù)量的排水孔,在排水孔內埋設塑料軟管,將水集中到隧道底部,隧道表面應立即噴射混凝土進行封堵,噴射混凝土時要以排水孔為中心從四面向中間噴射。

（6）必要時根據(jù)現(xiàn)場實際情況由設計方指定增加全斷面系統(tǒng)注漿。

3.3.2 超前加固堵水注漿

（1）在斷層破碎帶、裂隙密集軟弱帶或其他透水地層且洞身補給充足的地段,宜采用超前加固堵水注漿。為減少或隔斷地下水滲流途徑、減少施工突水、涌水的危險,對影響區(qū)范圍采取全斷面或局部深孔預注漿,對孔隙進行填充、堵塞,形成止水帷幕。

（2）注漿施工前應對注漿工作面進行封閉,加固止?jié){巖墻或施工現(xiàn)澆混凝土止?jié){墻,以防止在高壓作用下裂隙水或漿液發(fā)生倒?jié)B。止?jié){巖墻厚度一般為5 m～10 m,現(xiàn)澆混凝土止?jié){墻的厚度一般為1 m～3 m。當巖層穩(wěn)定性較好時,可以僅設置止?jié){墻,但是應對掌子面進行封閉,以確保掌子面在注漿時不產生裂縫和隆起?；炷羾妼雍穸纫话銥?0 cm～15 cm,必要時鋪設鋼筋網(wǎng)并打設錨桿。

（3）前進式分段注漿適用于地質條件差或水壓高的地段,先安裝套管,隨后每鉆進5 m～7 m即開始注漿,注漿達到設計要求后隨即進行下一階段的鉆孔注漿。止水帷幕注漿一般為劈裂注漿,注漿壓力不應該太高,以達到設計注漿量為標準。初始注漿壓力建議為靜水壓力的1.2～1.5 倍,一般最高注漿壓力為靜水壓力的2～2.5 倍,注漿時間根據(jù)注漿量的注入速率靈活調整。

（4）注漿加固厚度范圍一般為開挖輪廓線外為3 m～5 m[7]。

4 結論

輸水隧洞穿越深大斷裂滲水～線狀流水會影響隧洞施工進程和施工安全,分析深大斷裂滲水～線狀流水特征并采取科學合理的治理措施對保證隧洞施工進程和施工安全具有重要的意義。通過對本工程隧洞掘進時的滲水～線狀流水進行觀測分析及治理可得出以下結論：

（1）隧道開挖后滲水～線狀流水點分布多,說明隧道內巖體裂隙連通性好。

（2）在隧道開挖掘進過程中,滲水～線狀流水量主要為靜儲水量。初期儲水量很大,表現(xiàn)為滲水～線狀流水,隨時間推移,滲水～線狀流水量逐漸下降。

（3）在施工過程中,由于斷層破碎帶圍巖破碎軟弱,裂隙密集,地下水豐富,透水性強,使得圍巖長期浸泡,容易造成圍巖和支護的坍塌或失穩(wěn)。

（4）對滲水洞段,應根據(jù)滲水監(jiān)測情況適時進行封堵處理；對線狀流水及股狀涌水洞段,以堵為主,不得出現(xiàn)線狀流水；對富水洞段,當滲水量過大時,需停工堵水。

（5）對注漿地段需要進行監(jiān)測,及時反饋信息,以便能更好地指導施工。對滲水～線狀流水的地段記錄水量、出水點、變化規(guī)律等,結果表明,本工程的治理效果明顯。