富水特長(zhǎng)隧道突涌水處治施工技術(shù)研究

李宗治 LI Zong-zhi

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

渝東南部巖溶山區(qū)多為構(gòu)造-溶蝕地貌，溶蝕作用、構(gòu)造作用較強(qiáng)烈，海拔高程800～1500m，整體呈近南北走向，南側(cè)邊界為地勢(shì)最高位置，向南北兩側(cè)逐漸降低。以龍洋逆斷層為界，區(qū)內(nèi)東西兩側(cè)地形存在一定差異，其中，斷層?xùn)|側(cè)三迭系和二迭系地層內(nèi)，地貌上呈一系列平行于構(gòu)造線(xiàn)的嶺脊、峰叢和巖溶槽谷，嶺谷之間相對(duì)高差200～500m。槽谷內(nèi)分布的大量巖溶洼地、落水洞等有順巖層走向呈串珠狀發(fā)育的特征。

沿線(xiàn)大部碳酸鹽巖出露，巖溶較發(fā)育。如在火石埡巖溶洼地，雨后周邊二疊系、飛仙關(guān)組地表水均在此匯集下滲。此外，西側(cè)寒武、奧陶系地表水雨后也會(huì)沿沖溝匯入該洼地，地表入滲量極大，強(qiáng)降雨后該洼地易出現(xiàn)積水。雨后地表水大量的匯集下滲，會(huì)造成雨季隧道發(fā)生大規(guī)模涌水、突水問(wèn)題。

本文依托彭水隧道，針對(duì)YK156+320突涌水實(shí)際情況，對(duì)隧道突涌水地質(zhì)災(zāi)害原因進(jìn)行分析，提供了對(duì)應(yīng)的處治施工技術(shù)，可為本工程后續(xù)施工及今后類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)、施工提供參考和經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)況

渝湘高速公路復(fù)線(xiàn)（巴南至彭水段）彭水隧道全長(zhǎng)約11.1 km，為雙向四車(chē)道特長(zhǎng)高速公路隧道，是渝湘復(fù)線(xiàn)的控制性工程。隧道進(jìn)口位于武隆區(qū)江口鎮(zhèn)黃草村棕竹溪組黃家溝東側(cè)，出口位于彭水縣靛水街道唐家灣斜坡中下部，隧道向北東凸出的微弧線(xiàn)展布，整體走向約113°，隧道設(shè)“一斜兩豎”通風(fēng)井，最大埋深約830m。

YK156+320突涌水段穿越二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）灰?guī)r，為較堅(jiān)硬巖。產(chǎn)狀115°∠26°，巖層層間結(jié)合較好，節(jié)理較發(fā)育，巖體較完整，自穩(wěn)能力較好，可發(fā)生局部塊體移位及中～小塌方?；?guī)rRC=39.75MPa，完整性系數(shù)Kv=0.66，K1=0.3，K2=0.2，K3=0，[BQ]=334。地下水較豐富，以股狀或雨淋狀出水為主，可能出現(xiàn)碳酸巖裂隙溶洞水。

1.2 設(shè)計(jì)情況

隧道穿越灰?guī)r、白云巖等可溶巖段落長(zhǎng)，地表巖溶洼地發(fā)育，特別是火石埡巖溶洼地匯水面積大，強(qiáng)降雨后洼地內(nèi)易發(fā)生積水，積水面積為0.25km2，100年一遇，最大匯水量約為275～325萬(wàn)m3，雨后地表水匯集下滲可能造成彭水隧道發(fā)生大規(guī)模涌水、突泥，地勘結(jié)論及建議提出在火石埡洼地修建長(zhǎng)約2.2km的地表引水渠將該洼地地表水引至螺螄垱（S239處）后自然排泄，同時(shí)在隧道出口左側(cè)修建引水隧道，以徹底、永久解決地表水對(duì)路線(xiàn)、路基的影響。根據(jù)1:1萬(wàn)地形圖，火石埡洼地匯水面積約23.9km2。

施工圖預(yù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)3400m的泄水洞（用于引排隧道巖溶裂隙水及地下暗河）和長(zhǎng)2115m的引水洞（用于引排火石埡洼地積水），斷面尺寸均為凈寬3.5m，高4.1m。泄水洞與引水洞均為預(yù)設(shè)計(jì)，不作為施工依據(jù)，實(shí)施與否、實(shí)施段落及長(zhǎng)度需根據(jù)隧道開(kāi)挖后實(shí)際涌水量確定，施工中若需要實(shí)施，再行細(xì)化相關(guān)內(nèi)容。泄水洞與主洞間設(shè)6處橫通道與右洞相連，作為施工及引排中心水溝的通道。

2 隧道突涌水情況

2023年4月18日，彭水隧道出口端左洞、右洞掌子面分別施工至ZK155+618、YK155+570，右洞YK156+320二襯施工縫邊墻處出現(xiàn)噴射狀突水。YK156+320右側(cè)出水口處二襯局部被水壓擠爆破損，并露出鋼筋，現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)涌水渾濁，呈黃褐色，伴有運(yùn)石、泥沙等物質(zhì)，右洞YK156+385～YK156+300段、左洞ZK156+380～ZK156+105段二次襯砌局部產(chǎn)生縱向及環(huán)向裂縫。

突涌水段二襯于2022年11月施作，突涌水點(diǎn)距離右洞施工掌子面約740m。

主要經(jīng)過(guò)如下：

2023年4月18日，彭水境內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)降雨（10時(shí)～16時(shí)，72.9mm，暴雨橙色預(yù)警）。

4月18日20:30，發(fā)現(xiàn)右洞洞口處出現(xiàn)大量褐黃色泥水漫流，進(jìn)洞觀(guān)察發(fā)現(xiàn)右洞YK156+320處邊墻施工縫處呈噴射狀泄水，該段前后二襯施工縫處存在不同程度漏水，水量及噴射距離快速增大、二襯混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂，在開(kāi)裂處形成新的出水點(diǎn)，YK156+320處目測(cè)最大水平噴射距離約7m，襯砌背后可聽(tīng)見(jiàn)明顯異響，疑似巨石滾落。

4月19日10:50，涌水量突然明顯增大，涌水量達(dá)2.3萬(wàn)立方米/小時(shí)。

另?yè)?jù)4月19日11:00現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)，在雨后約17小時(shí)后，火石埡洼地平均積水深度約1m，積水面積約15萬(wàn)方。對(duì)周邊洼地、溝谷等調(diào)查，均無(wú)明顯積水現(xiàn)象。至15:00，該洼地積水全部消減。洼地積水全部消減時(shí)間與隧道涌水量顯著減小的時(shí)間吻合，可見(jiàn)隧道涌水的高峰期與火石埡洼地積水的消落時(shí)間基本吻合。涌水開(kāi)始至涌水水量穩(wěn)定時(shí)間約為18日22:00至19日22:00，總時(shí)長(zhǎng)1天，高峰期涌水時(shí)間為19日10:50至15:00，時(shí)長(zhǎng)約為4小時(shí)?；鹗瘓和莸嘏c突涌水點(diǎn)縱斷面位置關(guān)系圖見(jiàn)圖1。

3 突涌水地質(zhì)災(zāi)害原因分析[1]

YK156+320出現(xiàn)涌水情況并沖爆二襯，破損面積約20m2，并且面向小里程側(cè)左洞200m范圍內(nèi)二襯出現(xiàn)多處裂縫，表明右側(cè)二襯未沖破前承受了高水壓力。在本段隧道（YK156+329～YK156+299）施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一處水平向溶洞（可見(jiàn)溶洞頂板），并填充大量泥夾碎石。本段隧道右側(cè)（兩段頁(yè)巖之間）地表水通過(guò)落水洞下滲至此處水平向溶洞，并向北排泄，隧道施工阻斷了原有排水通道。

該處涌水是否跟火石埡落水洞相互連通，還需進(jìn)一步驗(yàn)證。從地形上看，落水洞與YK156+320涌水點(diǎn)平面距離約680m，高差約200m。如果二者連通，此處涌水則具備了很高的水力坡度，新形成的過(guò)水通道會(huì)截?cái)嘣谢鹗瘓悍e水地下排泄通道。

4 突涌水處治施工技術(shù)

4.1 實(shí)施方案處治原則

①根據(jù)目前涌水量，及主洞排水系統(tǒng)淤積、堵塞情況，設(shè)置泄水洞是必需的（泄水洞長(zhǎng)度應(yīng)到灰?guī)r與頁(yè)巖接觸帶），同時(shí)將隧道右側(cè)地表滲水盡快排泄。如隧道內(nèi)涌水與火石埡洼地相連，泄水洞更要作為火石埡洼地積水的排泄通道。泄水洞要在主要入滲點(diǎn)設(shè)置反濾層，防止大顆粒碎石進(jìn)入泄水洞，阻塞通道[2，3]。泄水洞與主洞正面示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 泄水洞與主洞正面示意圖

②考慮泄水洞排水，隧道涌水，預(yù)設(shè)計(jì)的火石埡引水洞排水，俱從隧道出口處洗衣房落水洞和地表排水渠進(jìn)行排泄，其過(guò)水量有限，所以泄水洞的瞬時(shí)排水量不宜過(guò)大，更不能將火石埡積水迅速排泄到洗衣房處，因此泄水洞主要用于快速排泄隧道右側(cè)巖溶地下水，防止隧道形成過(guò)高水壓；但對(duì)于火石埡積水，則應(yīng)采用控制排放的手段，使其緩慢流出，防止過(guò)大水流沖刷隧道圍巖，即將火石埡作為蓄水池，對(duì)主要落水洞排水量進(jìn)行控制。

③對(duì)于火石埡洼地積水，若采用控制排放，效果較差，即對(duì)現(xiàn)有地表泄水點(diǎn)進(jìn)行限量排放處置措施后，仍不能控制隧道內(nèi)涌水量，并在地表形成新的較大泄水點(diǎn)，則應(yīng)考慮實(shí)施原火石埡引水隧道。

④左洞內(nèi)做三維地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試，范圍應(yīng)超出左洞、右洞二襯開(kāi)裂里程樁號(hào)（兩端各50m），并探查隧道周?chē)鷰r溶通道和圍巖破碎帶，在地表補(bǔ)充YK136+320段橫向電磁場(chǎng)探測(cè)面，探查巖溶通道及圍巖富水情況。觀(guān)測(cè)火石埡洼地正下方是否有巖溶通道存在，為泄水洞設(shè)計(jì)提供地質(zhì)支持。

4.2 突涌水處治關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1 疏通清淤

加強(qiáng)觀(guān)測(cè)隧道水流及火石埡洼地水流變化，待洞內(nèi)水流較小后，清除洞內(nèi)淤積的泥沙石，使出水口至出洞口隧道內(nèi)排水通暢。

4.2.2 隔離排水通道

為預(yù)防下次暴雨后涌水漫流到整個(gè)右洞隧道，甚至倒灌至掌子面一側(cè)和串流至左洞，需在中心排水溝右側(cè)設(shè)置1.0m高隔水沙袋，將右洞靠出水口一側(cè)半幅路面作為臨時(shí)排水通道。

4.2.3 開(kāi)設(shè)排水槽

清理YK156+320處破損的二襯鋼筋混凝土，在出水口處二襯破損范圍進(jìn)行開(kāi)槽，在出水口處開(kāi)鑿2m×2m洞口，使涌水排泄通暢。

4.2.4 二襯破損段臨時(shí)加固

在出水口范圍二次襯砌破損段（YK156+332～YK156+312），設(shè)置環(huán)向I20a臨時(shí)加固工字鋼鋼架，加固鋼架縱向間距0.5m。臨時(shí)加固鋼架緊貼二襯表面，拱腰采用錨栓固定，拱腳段鋼架基礎(chǔ)采用Ф22植筋固定。

每榀鋼架按5片組裝設(shè)計(jì)，連接板厚度為1.4cm，鋼架接頭位置可根據(jù)工藝調(diào)整，相鄰兩段之間的連接采用鋼板與型鋼端部焊接后，再用螺栓連接。相鄰鋼架間采用Ф20鋼筋焊接連接，連接鋼筋環(huán)向間距為1.0m，內(nèi)外兩側(cè)交錯(cuò)布置。

4.2.5 出水口處特殊加固處理

YK156+320處出水口頂部設(shè)置8.3m長(zhǎng)I20a雙拼工字鋼托梁，托梁與出水口兩側(cè)鋼架焊接，形成簡(jiǎn)支梁，YK156+320處突涌水點(diǎn)拱部環(huán)向加固鋼架置于托梁上。出水口兩側(cè)臨時(shí)加固鋼架處理縱面圖見(jiàn)圖3。

圖3 出水口兩側(cè)臨時(shí)加固鋼架處理縱面圖

4.2.6 二襯裂縫段臨時(shí)加固

出水口范圍（YK156+332～YK156+312）外，受突涌水影響襯砌裂縫段，設(shè)置環(huán)向I18臨時(shí)加固工字鋼鋼架，加固鋼架縱向間距0.6m。相關(guān)施工工藝同YK156+332～YK156+312段I20a臨時(shí)加固工字鋼鋼架。

4.2.7 施作泄水洞

施作泄水洞聯(lián)絡(luò)通道與泄水洞。泄水洞與主洞間通過(guò)橫通道與右洞相連，作為施工及引排中心水溝的通道。主洞內(nèi)地下水由中心排水溝預(yù)埋排水管進(jìn)入橫向通道后排入縱向泄水洞。

5 施工注意事項(xiàng)

①掌子面采用控制爆破或弱爆破，涌水點(diǎn)附近振動(dòng)速度不得大于10cm/s。②加強(qiáng)隧道洞內(nèi)涌水段二襯變形及水量監(jiān)測(cè)，并加強(qiáng)掌子面至灰?guī)r與頁(yè)巖接觸帶的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及加強(qiáng)超前鉆孔探水工作。③加強(qiáng)二次襯砌裂縫段、火石埡洼地地表水位及地表沉降監(jiān)測(cè)工作，如變化較大，應(yīng)及時(shí)通知參建各方，并上報(bào)建設(shè)單位。④施工過(guò)程中如再發(fā)現(xiàn)溶洞或過(guò)水通道，應(yīng)及時(shí)通知參建各方，并上報(bào)建設(shè)單位。⑤施工單位應(yīng)做好應(yīng)對(duì)極端暴雨情況的應(yīng)急預(yù)案，以免發(fā)生安全事故。

6 結(jié)束語(yǔ)

本次隧道突涌水處治技術(shù)措施合理，實(shí)現(xiàn)了隧道安全施工生產(chǎn)，取得了較為理想的效果，為巖溶發(fā)育地區(qū)隧道建設(shè)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，可指導(dǎo)彭水隧道下階段的巖溶段施工，同時(shí)也可為其它類(lèi)似隧道提供設(shè)計(jì)、施工方面的借鑒參考。