隧道富水帶施工技術(shù)研究與應(yīng)用

隋麗君

（遼寧省參窩水庫管理局，遼寧 遼陽 111000）

隧道富水帶施工技術(shù)研究與應(yīng)用

隋麗君

（遼寧省參窩水庫管理局，遼寧 遼陽 111000）

文中論述了下渡隧道控制高壓富水帶的施工方法和特點。該隧道涉及富水、斷層、炭質(zhì)泥巖等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，施工條件差、極其復(fù)雜。采用注漿止水和帷幕注漿控制水流，解決了引發(fā)隧道變形的大難題。

隧道；高壓富水帶；帷幕注漿

1 工程概況

下渡隧道洞身圍巖主要為弱風化粉砂巖、砂巖，通過鉆孔勘測，顯示多處夾有煤線、薄煤層，甚至出現(xiàn)了煤系，局部煤層厚達 2.5m。巖石強度低，穩(wěn)定性差，圍巖不穩(wěn)定，拱部易坍塌。處理不當會發(fā)生大塌方，暗藏地下水豐富，導水帶明顯，洞內(nèi)出現(xiàn)涌流。為了安全順利施工，首先做好施工排水計算與管線布置規(guī)劃，通過三角堰流設(shè)施測算與掌子面水流形態(tài)，判斷洞內(nèi)地下水狀況，而后針對滲水、線狀水流及股流、涌水，制定相應(yīng)的處理措施。尤其是炭質(zhì)泥巖的富水區(qū)，采取臺階法開挖與超前雙液帷幕注漿工藝。

2 富水洞段排水技術(shù)

下渡隧道設(shè)計縱坡為 1.75%，雙口掘進，進口端按照順坡自然排水規(guī)劃設(shè)計，出口端為反坡排水，施工中按照管道排水理論，規(guī)劃洞內(nèi)的抽排水，隧道布設(shè) φ150 鋼管一道，并通過出水口與排水點的高差給水泵選型。按洞內(nèi)所有用電設(shè)備有用功率計算并布置防爆電纜、變壓器、自備電源等設(shè)施，實現(xiàn)洞內(nèi)順暢排水的目標。

2.1 滲水、滴水段施工

隧道出現(xiàn)少量滲水、滴水現(xiàn)象時，為預(yù)防粉砂巖、炭質(zhì)泥巖在滲水作用下強度降低、軟化，隧道開挖完成后，立即實施 4～6cm 噴射混凝土并聯(lián)合錨桿與掛網(wǎng)支護，實現(xiàn)封閉圍巖，減緩圍巖的風化速度，并加強后期的觀測頻率，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適時進行二次鋼筋混凝土施工。

2.2 線狀水流、股流施工

隧道開挖后首先沿裂隙面徑向打入 φ40 雙液注漿鋼管，L=4m，50cm 縱環(huán)向間距，梅花型布置，實施裂隙注漿止水。如果存在散狀水流，則在初噴混凝土前，采取防水板集中引水，后采用HPDE 管集中引排至隧道邊墻排水溝內(nèi)；如果存在股流，則在噴混凝土前，在出水點鋪設(shè)一道 Ω 型彈簧排水管，與原設(shè)計的縱向排水管連接；如遇水量較大時，噴射的混凝土可分為 2～3 層來施工，每層厚 3～5cm，根據(jù)圍巖裂隙水的滲漏點情況，實時分層鉆孔鋪設(shè)Ω型彈簧排水管。炭質(zhì)泥巖洞段圍巖軟化、強度降低，施工中采取 5m 長 φ42 小導管超前支護，環(huán)向間距 30cm，搭接長度不小于 1 m，有效預(yù)防隧道塌方或掉塊現(xiàn)象發(fā)生。

3 突泥、突水預(yù)測預(yù)報

3.1 突泥突水預(yù)報技術(shù)

隧道從開工到整體工程結(jié)束，始終堅持紅外探水監(jiān)測，累計監(jiān)測斷面 115 個，其中 F3、F4 斷層區(qū)及富水帶地質(zhì)區(qū)，項目部加強了檢測頻率，并及時反饋水量預(yù)報情況。

3.2 突泥、突水的判斷

對于施工中出現(xiàn)的大量線狀水流情況，特別是縱斷面上涉及跨溝地段，一方面加強了鉆孔水量監(jiān)測，如若水流混濁、急流或噴射現(xiàn)象，立即停止掌子面施工，對水量進行判定，制定詳細的施工方案并進行論證后，方可施工；如果鉆孔中水流清澈、無壓，則為山體裂隙水；如鉆孔中出現(xiàn)涌水、噴射現(xiàn)象，則可能發(fā)生涌水；如鉆孔中水流混濁、噴射較遠，（一般大于 5m 以上），可能出現(xiàn)突泥突水現(xiàn)象，此時立即撤離洞內(nèi)工作人員及機械設(shè)備，制定詳細的施工方案并經(jīng)專家論證后，方可繼續(xù)施工。

4 富水炭質(zhì)泥巖施工技術(shù)控制

4.1 線狀水流施工控制技術(shù)

對于線狀水流出現(xiàn)時，主要以Ω型彈簧排水管引排方式為主，盡可能的讓山體內(nèi)裂隙水全部引排至隧道排水溝內(nèi)，但為了預(yù)防隧道內(nèi)炭質(zhì)泥巖的軟化、強度降低，施工中采取 φ42 超前小導管，超前支護，環(huán)向間距 30cm，搭接長度不小于 1 m，實施有效預(yù)防。

4.2 突泥突水涌水施工控制技術(shù)

隧道出現(xiàn)大量線狀水流時，尤其是洞頂附近存在跨溝或地下富水段，主要加強超前鉆孔水量監(jiān)測，如若鉆孔中水流清澈、無壓，則為山體裂隙水，啟動排水設(shè)施以排為主。如若鉆孔中水流混濁、急流、噴射，則暫停掌子面施工，人員撤離，對于噴射距離大于 5m 以上的水流，首先采取 50 cm 厚 C25 噴射混凝土（干噴工藝）封閉掌子面，形成止水墻，然后實施超前扇形雙液帷幕注漿封堵，并啟動排水方案。

工序如下：

1）每循環(huán)超前預(yù)注漿前設(shè)置 50cm 厚的止?jié){墻，循環(huán)長度 10m，注漿深度與超前鉆孔長度 30m。

2）根據(jù)注漿孔起終點計算鉆孔的豎直角和水平角，施工時根據(jù)計算結(jié)果和實際施工效果隨時調(diào)整。

3）每孔的起點段安設(shè)套管，套管和孔壁之間采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)。

4）成孔注漿采用前進式分段注漿，套管安裝完成后，每鉆進 5～7m 開始注漿，達到設(shè)計要求后開始下一段鉆孔注漿。注漿時采用套管柱塞方式，超過 20m 的深孔將注漿管插入到預(yù)定位置，提高孔底部的壓注效果和效率。

5）每循環(huán)注漿孔先施工奇數(shù)編號注漿孔，后施工偶數(shù)編號注漿孔，同時作為檢查孔。

6）采取反復(fù)注入，稀漿與濃漿交替、壓力控制與注入量控制相結(jié)合的措施，由低到高逐漸加壓。

7）每循環(huán)注漿完畢開挖施工后，預(yù)留 10m 左右作為下階段注漿止?jié){段。

8）帷幕注漿壓力值取 1～2.5MPa，孔口 5m 范圍內(nèi)為 1～1.5MPa，其他位置取 1.5～2.5MPa。

9）帷幕注漿擴散半徑 2～3m。

10）注漿加固范圍，隧道開挖輪廓線外 4～5m。11）注漿速度為 5～100L/min。

12）注漿材料主要選用普通水泥漿液、普通超細水泥漿液（W∶C=0.8∶1～1∶1）和水玻璃雙液漿，水泥漿：水玻璃體積比為 C∶S=1∶0.5～1∶1。

13）注漿設(shè)備選取 MK-5 地質(zhì)鉆機或履帶式潛孔鉆機，注漿設(shè)備選用 PH15 和 KBY-80 型雙液注漿機，注漿壓力達 5MPa；當水量較小時，注漿初灌到終灌期間，雙液漿初凝時間最后控制在 5～3 min 以內(nèi)，當出現(xiàn)涌水或突水時，雙液漿初凝時間最好控制在 3～2min 以內(nèi)。

4.3 帷幕注漿技術(shù)

1）帷幕注漿的目的與原理。帷幕注漿是一種超前預(yù)注漿技術(shù)，主要用于不良地質(zhì)條件下隧道堵水加固。

2）下渡隧道帷幕。下渡隧道富水洞段，考慮到安全，采用臺階法進行施工，上半臺階開挖前，按掌子面開挖輪廓線 50cm 間距實施了超前帷幕注漿，局部扇形帷幕注漿，形成一道止水帷幕。

3）帷幕注漿工序流程。鉆機固定就位→施工準備→測量放線標注鉆孔位置→鉆固定孔口管的錨桿孔→開鉆→安設(shè)孔口管→采取前進式分段注漿→鉆孔注漿至設(shè)計深度→鉆孔檢查注漿效果→是否符合結(jié)束標準→鉆孔注漿結(jié)束

注漿效果檢查采用鉆檢查孔的方法，根據(jù)注漿狀況，確定檢查孔的位置，對檢查孔進行鉆孔檢查，測量涌水量，檢查孔鉆深為開挖段以內(nèi)，并預(yù)留 2～3m。根據(jù)檢查孔的涌水量及取芯率和強度來決定是否補充注漿孔。

4.4 涌水處理施工技術(shù)

1）加強地質(zhì)預(yù)報。利用液壓鉆孔臺車超前鉆孔和現(xiàn)場工程地質(zhì)預(yù)報綜合分析判斷相結(jié)合，超前探明前方地質(zhì)與水文情況。

2）開挖中的預(yù)防。爆破開挖中，在周邊與中間加鉆數(shù)個超深度的檢查孔，未見異常在進行爆破作業(yè)，并嚴格控制爆破規(guī)模。

3）注漿堵水。鉆孔注漿前，先由掌子面中部縱向平行的探水孔進行探水，探水直徑為 φ140mm，鉆孔深度不小于 30m，當涌水量大于 5m3/h 時，采用本方案施工。

4.5 預(yù)防突水技術(shù)措施

與涌水相同，要加強地質(zhì)預(yù)報，超前探明地質(zhì)與水文情況，每次探水段長 15m，開挖 12.5m，探水孔徑 φ55mm，鉆孔外偏角 10°，對探水孔出水點位置做詳細記錄。突水與涌水的預(yù)防措施相互結(jié)合，相互印證，確保隧道施工正常有序進行。

4.6 雙液注漿

1）注漿管制作。由熱軋無縫鋼管加工制成，管身鉆孔，孔眼直徑 6～8mm，間距 50cm，梅花形交錯布置，管頭為錐形，以長 15cm 的絲扣連接。每根管底部焊有止?jié){板，防止?jié){液倒流。

2）注漿配合比。合適的漿液配合比既能提高漿液的擴散加固范圍，又能控制漿液的膠凝時間，在施工過程中配合比按如下控制，水灰比為 0.7～0.9，水泥∶水玻璃為 1∶0.75。

3）注漿壓力。與涌水量、涌水壓力及圍巖的裂隙發(fā)育程度、漿液材料及漿液的凝膠時間都有關(guān)系。注漿結(jié)束與否不以時間判定，按注漿壓力控制。當注漿壓力持續(xù)升高，接近或達到注漿額定壓力時，注漿方可結(jié)束。

4）注漿孔的布設(shè)。按設(shè)計在止?jié){墻上精確放樣注漿孔的位置，角度在施工時可根據(jù)計算結(jié)果和實際的施工效果隨時調(diào)整，確保鉆孔精度。

5）每孔的起點段安設(shè)套管，注漿工序與突泥突水的注漿工序相同。斷層破碎帶采用前進式注漿，分段長度為 5～10m，巖層較好，涌水量不大時，可一次全孔注漿。

5 結(jié)語

該隧道在施工中，遇到地質(zhì)、水文等因素帶來的多種復(fù)雜情況，施工難度大。在隧道施工中課題組克服困難，積極研發(fā)，攻克了多項技術(shù)難題。采用超前地質(zhì)預(yù)報與監(jiān)測相結(jié)合手段，有效提供了富水帶、軟弱圍巖等施工安全報警依據(jù)，實現(xiàn)超前預(yù)警。采取超前帷幕注漿與引、排、堵相結(jié)合的施工，有效預(yù)防突泥突水事故發(fā)生。通過止水注漿和帷幕注漿，有力的控制水流，解決了隧道富水帶施工中的難題，避免了水文地質(zhì)變化造成的危害，為工程的順利完工提供了有利條件。

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1002－0624（2014）05－0019－03

2013-12-10