南大梁高速公路華鎣山隧道左線Z3K107+605～Z3K107+700涌水治理措施

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司公路隧道分公司 四川雙流 610200）

南大梁高速公路華鎣山隧道左線Z3K107+605～Z3K107+700涌水治理措施

高 源

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司公路隧道分公司 四川雙流 610200）

高壓富水隧道穩(wěn)定性較差，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖遇水風(fēng)化軟化嚴(yán)重，易發(fā)生塑性變形和流變，嚴(yán)重影響了正常施工和周邊生態(tài)環(huán)境。針對(duì)南大梁高速公路華鎣山隧道的水文地質(zhì)條件，提出了“系統(tǒng)加固、歸流導(dǎo)排、分流引排、可控排放、收口封堵、局部加強(qiáng)”的防治水總體思想，總結(jié)出了“先排后堵、深排淺堵、遠(yuǎn)排近堵、擇機(jī)收口”的大涌水治理方法，有效地解決了隧道施工中突水滲水問(wèn)題，確保了施工安全，維護(hù)了隧道周邊生態(tài)環(huán)境。

南大梁高速公路；華鎣山隧道；涌水；堵水

引言

突涌水災(zāi)害在我國(guó)隧道工程建設(shè)中發(fā)生比較頻繁，危害較大，往往導(dǎo)致重大人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤，有的隧道甚至被迫停建或改線，同時(shí)也對(duì)地表及隧址區(qū)水資源和環(huán)境造成了不可修復(fù)的污染和生態(tài)破壞。

80年代中期，科研工作者探索出了一些針對(duì)突涌水進(jìn)行有效治理的方法，注漿法在此期間獲得快速發(fā)展。注漿法又分為預(yù)注漿和后注漿。預(yù)注漿，即通過(guò)超前導(dǎo)管向隧道掌子面后方或周邊圍巖注入漿液，達(dá)到止水和固結(jié)的效果。后注漿是對(duì)已發(fā)生突水的隧道通過(guò)打入徑向?qū)Ч芎湾^桿來(lái)實(shí)施注漿治理，從而達(dá)到減少涌水量和加固圍巖的效果，根據(jù)目的不同，又分為堵水后注漿和加固后注漿[1]。李睿[2]針對(duì)圓梁山隧道高水壓、富水、巖溶的特點(diǎn)，結(jié)合周?chē)h(huán)境條件，提出高壓、密孔、超細(xì)材料、反復(fù)檢查、漸進(jìn)注漿的地層綜合加固和堵水技術(shù)；鄧仁清[3]通過(guò)歌樂(lè)山隧道帷幕注漿堵水施工及注漿堵水施工過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，證明該施工技術(shù)對(duì)穿越巖溶、采空區(qū)和富水巖層隧道的實(shí)用價(jià)值；呂言新[4] 針對(duì)大瑤山隨道的水文地質(zhì)條件，提出了“以堵為主，適量排水，防、截、排、堵相結(jié)合，綜合治理”的防治水方案，從研究復(fù)合性注漿材料、注槳工藝、注漿設(shè)備等方面對(duì)隨道各種水害進(jìn)行綜合治理，制定了“分區(qū)、隔斷、集中、封堵，一長(zhǎng)一短、先淺后深”的徑向圍巖注漿堵水工藝，有效地解決了隧道施工中滲水問(wèn)題，確保了隨道的安全和長(zhǎng)期穩(wěn)定；黃志杰[5]通過(guò)對(duì)象山隧道已開(kāi)挖地段地下水采取有效的徑向注漿堵水措施，大大減小了隧道內(nèi)的涌水量，減小了抽排水壓力，節(jié)約了工程成本，同時(shí)阻止了地表沉降，恢復(fù)了地表地下水位，維護(hù)了地表周邊的生態(tài)環(huán)境。

結(jié)合華鎣山隧道涌水情況，介紹了涌水區(qū)段治理過(guò)程，為今后同類(lèi)工程的施工提供參考和借鑒，具有重要的工程使用價(jià)值。

涌水區(qū)工程概況

華鎣山隧道穿越背斜西翼T21地層，巖性主要為薄～中厚層狀的泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖等，在左線K107+685～107+755可能局部含有石膏，局部夾鹽溶角礫巖，地表發(fā)育溶蝕槽谷、洼地、落水洞、溶洞等，隧洞內(nèi)有物探巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，可能出現(xiàn)大小不一的溶洞、溶縫。受F1斷層影響層擠壓較嚴(yán)重，巖層褶曲發(fā)育，巖體較破碎～破碎。

涌水情況及危害

2013 年 10 月份左線隧道掘進(jìn)施工Z3K107+670至Z3K107+680，出現(xiàn)透水現(xiàn)象，涌水量非常巨大，整個(gè)隧道出水量增加達(dá)到40000m3/d以上，透水同時(shí)有掉塊現(xiàn)象。在該段出現(xiàn)大量滲水大大增加了堵水施工難度。左洞出水點(diǎn)平面分布如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)涌水情況見(jiàn)圖2～圖3。

圖1 左洞出水點(diǎn)平面分布示意圖

圖2 左洞涌水段涌水點(diǎn)分布圖

圖3 現(xiàn)場(chǎng)涌水情況

華鎣山隧道距離龍?zhí)讹L(fēng)景區(qū)2.73km，景區(qū)與隧道高程相差120m左右，水力坡度0.0432，加上F1斷層和可溶巖層為地下水提供了較好的滲透條件，在原有地下水流路徑被破壞后，地下水在隧道內(nèi)自然排放，遠(yuǎn)期來(lái)看可能會(huì)帶來(lái)以下危害：

1）可能會(huì)對(duì)曹家溝的地表水環(huán)境平衡產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至造成老龍洞地表水和泉水干枯的可能性較大，長(zhǎng)期排放地下水可能?chē)?yán)重影響地表生態(tài)環(huán)境；

2）巖體中的地下水在隧道內(nèi)排放，增加了隧道周邊地下水賦存量，會(huì)逐漸降低隧道周邊的圍巖力學(xué)性能，增大隧道坍塌風(fēng)險(xiǎn)；

3）地下水長(zhǎng)期排放會(huì)增加隧道的日常維護(hù)成本，降低設(shè)計(jì)通行能力，甚至增大車(chē)輛的安全通行風(fēng)險(xiǎn)。

方案設(shè)計(jì)

針對(duì)華鎣山涌水現(xiàn)場(chǎng)情況，總結(jié)出該類(lèi)型地下水治理處理基本思路及步驟為“系統(tǒng)加固、歸流導(dǎo)排、分流引排、可控排放、收口封堵、局部加強(qiáng)”。

施工步驟劃分

根據(jù)涌水治理總體思路與導(dǎo)向、步驟及方法，結(jié)合本工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本洞段涌水治理分以下幾個(gè)步驟實(shí)施：

1）第一步（涌水封堵處理前準(zhǔn)備）：變形及滲壓監(jiān)測(cè)、涌水抽排和清渣、富水結(jié)構(gòu)形式及巖性等補(bǔ)充地質(zhì)勘查。

2）第二步（徑向注漿預(yù)加固）：依據(jù)設(shè)計(jì)文件，完成剩余涌水段系統(tǒng)徑向注漿加固施工，以及涌水段的系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)。

3）第三步（涌水封堵）。

4）第四步（封堵后局部加固與排水減壓孔施工）。

工序流程

工序流程如圖4所示。

圖4 涌水治理工序流程圖

華鎣山涌水治理措施

徑向注漿預(yù)加固

遵循“先拱墻再仰拱、先無(wú)水孔再小水孔、遇大出水則預(yù)留”的總體原則，整體施工順序按照：先易后難，先做無(wú)水洞段、后做有水洞段，先小水洞段、后大水洞段，先兩端后中間、由外及里的順序進(jìn)行，同一圈孔由上向下間隔灌注。

注漿順序：Z3K107+625～+660徑向注漿→Z3K107+682～+700徑向注漿→K107+670～+682頂拱加深部份注漿，完后進(jìn)行集中對(duì)K107+605～+625段進(jìn)行涌水封堵處理。

施工參數(shù)

1）鉆孔參數(shù)

（1）孔口位置應(yīng)準(zhǔn)確定位，與設(shè)計(jì)位置的允許偏差為±5cm，偏角應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，孔底位置偏差應(yīng)小于30cm。

（2）注漿孔開(kāi)孔直徑不小于50mm，終孔直徑不小于42mm。

（3）鉆孔孔位布置

拱墻：鉆孔入巖5m和10m，環(huán)間距1.2m?？v間距為2.5m；

仰拱：鉆孔入巖5m、10m、14.1m，孔口環(huán)向間距為1m，縱向間距為2.5m；

2）注漿主要材料

采用水泥—水玻璃雙液漿（水泥漿：水玻璃漿液為1：0.5～1：1，水玻璃濃度30～35Be）和水泥漿（水灰比0.8：1～1：1）。

3）注漿參數(shù)

（1）注漿壓力：注漿初壓0.5～1MPa，終壓1.5MPa。

（2）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿達(dá)到以下指標(biāo)后方可進(jìn)行下一步施工，否則應(yīng)補(bǔ)充注漿；

結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力逐步升高至設(shè)計(jì)終壓，并繼續(xù)注漿10min以上；注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量小20L/min。

注漿設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

圖5 注漿設(shè)計(jì)圖

涌水封堵

涌水處理方式

通過(guò)分流減壓孔的施工變不規(guī)則出水為規(guī)則通道出水，減小原地下水的流量和壓力，為涌水封堵創(chuàng)造條件后，再進(jìn)行堵水封堵。處理方式如圖6所示.

圖6 處理示意圖

其主要施工步驟如下：

1）分流減壓孔施工：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查的出水特征和范圍進(jìn)行布置

2）鉆孔注漿加固

鉆孔：按原設(shè)計(jì)仰拱系統(tǒng)注漿加固深度進(jìn)行固結(jié)，鉆孔孔徑采用Φ90～110，如成孔困難，則采用跟管鉆進(jìn)。

注漿：在風(fēng)流減壓孔形成以后，達(dá)到可控排放目的后，進(jìn)行水泥基材料為主的分段注漿加固。注漿參數(shù)可參照設(shè)計(jì)注漿參數(shù)。

3）分流減壓孔封堵

（1）施工順序及方法

施工順序：分流減壓孔施工→確定可控排放孔→其余分流減壓孔封堵灌漿→閉水試驗(yàn)→可控排放孔封堵。

分流減壓孔施工

本方案處理方式中需布置預(yù)留分流減壓孔，其中部分分流孔為第一步注漿加固出水孔和第二步出水探孔。

分流減壓孔的施工目的在于變不規(guī)則出水為規(guī)則通道出水，減小原地下水的流量和壓力，為涌水封堵創(chuàng)造條件。

分流減壓孔采用大口徑開(kāi)孔，考慮打出高壓水不利于擴(kuò)孔和孔口管埋設(shè)，一般采用φ130～189孔徑開(kāi)孔，預(yù)埋φ110～148孔口管，孔深不定，以打出大水為宜。

②確定可控排放孔

需要從分流減壓孔中間選取可控排放孔，以作地下水排放或最后封堵之用。

可控排放孔選擇的原則為：鉆孔從完整基巖施工至地下水通道，并能順暢排出地下水；鉆孔從深部引出地下水，最優(yōu)引出地下水深度為大于巖盤(pán)加固厚度；可控排放孔孔口管安裝可靠，能夠承受較大灌漿壓力。

③其余分流減壓孔封堵灌漿

待可控排放孔位置選擇完成以后，剩余分流減壓孔便可開(kāi)始灌漿封堵。灌漿封堵時(shí)，隨時(shí)觀察串冒漿情況，并做好記錄，用以和地下水滲流路徑相互驗(yàn)證，及時(shí)調(diào)整可控排放孔位置。

④閉水試驗(yàn)

分流減壓孔灌漿結(jié)束7天后，進(jìn)行可控引排閉水試驗(yàn)，即關(guān)閉所有排水孔高壓閘閥，通過(guò)抬動(dòng)孔觀察抬動(dòng)情況，并密切關(guān)注周邊滲水情況。閉水試驗(yàn)時(shí)間不小于24小時(shí)，如抬動(dòng)值在安全線以內(nèi)及周邊滲水無(wú)明顯增大，則本階段實(shí)現(xiàn)可控排放；如抬動(dòng)值異常及周邊滲涌水明顯增大，則須立即打開(kāi)閥門(mén)進(jìn)行泄壓，并對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行加固施工，再次閉水試驗(yàn)，如此重復(fù)直至滿足要求。

注漿后加固及排水減壓孔施工

按照變更設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)第一階段中確定的樁號(hào)范圍內(nèi)未進(jìn)行變更設(shè)計(jì)注漿加固的范圍（孔位）進(jìn)行鉆孔及注漿加固。該階段的主要施工目的在于利用變更設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)集中出水點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充灌漿，以求利用該參數(shù)將隧道圍巖封閉成環(huán)加固，確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

最后在富水段襯砌后施工淺層排水減壓孔，主要為了避免大水封堵后，殘余毛細(xì)滲水累積后在基巖和混凝土面形成持續(xù)壓力而影響襯砌混凝土長(zhǎng)久運(yùn)行。排水減壓孔主要在邊墻區(qū)域施工。排水減壓孔利用原設(shè)計(jì)注漿加固灌漿孔孔位施工，鉆孔深度為擊穿混凝土深入開(kāi)挖輪廓線以外0.2m即可。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)華鎣山隧道Z3K107+605～Z3K107+700涌水段注漿預(yù)加固、集中涌水點(diǎn)封堵和封堵后局部加固與排水減壓孔施工，成功地解決了隧道大面積持續(xù)突水情況，通過(guò)綜合治理達(dá)到了隧道洞周防滲堵漏效果，有效控制了地下水流失，保護(hù)了景區(qū)長(zhǎng)期生態(tài)環(huán)境。

[1]趙江.大巴山某隧道超前預(yù)報(bào)涌水段判識(shí)特征研究[D]. 成都理工大學(xué)，2015.

[2]李睿，呂言新， 李豐果， 等. 高壓富水巖溶區(qū)特長(zhǎng)隧道注漿堵水綜合技術(shù)研究[J]. 中國(guó)礦山工程， 2011，40(5)：55-59.

[3]鄧仁清.高壓富水隧道注漿堵水施工技術(shù)及應(yīng)用[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2006(02)：263-266.

[4]呂言新，張猛， 董之龍. 富水巖溶隧道注漿堵水技術(shù)研究[J]. 中國(guó)礦山工程， 2012(01)：60-63.

[5]黃志杰.象山隧道徑向注漿堵水施工技術(shù)[J]. 隧道建設(shè)， 2009(02)：235-238.

U45

B

1007-6344（2017）04-0016-02

高源 男 （1989-05） 本科 助理工程師 主要從事施工現(xiàn)場(chǎng)管理工作。