輸水隧洞斷層破碎帶突涌水超前預處理

于金民

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，新疆烏魯木齊 830000）

1 工程概況

某輸水隧洞工程其中的一個施工標段，全長5.2 km，地質(zhì)情況復雜，軟硬巖比重分別占46%和54%。從其地下水系統(tǒng)分析，在第三系巖層當中，有著大量的裂隙承壓水，以及多層孔隙承壓水，同時水頭高度比較高。石炭系洞段以基巖裂隙潛水為主。

此次研究的隧洞穿越較大斷層有F72，F(xiàn)3等，壓扭性，走向為近E-W向和NW向，傾角較陡，其中F72斷層帶為某河大斷裂帶的一個重要分支斷裂，位于主洞樁號2+930-3+010段，走向近EW，據(jù)物探EH4測試成果其斷層影響帶寬度為80 m左右，斷層帶完整性較差，并富水，最大涌水量達2 674 m3/d，易發(fā)生圍巖坍塌、突涌水、涌泥涌砂等不良地質(zhì)災害。

2 超前預處理方法總體原則

對F72斷層破碎帶進行施工建設時，采用開挖面地質(zhì)素描、TSP203地震反射法和超前鉆探做好超前地質(zhì)預報工作。以圍巖為對象，預測并實踐檢驗其富水程度，以及其破碎程度。結合判斷得出的結果及之后進行施工時選擇何種輔助手段，實際開挖時，加大對完成開挖地段的監(jiān)控量測力度并制定之后的施工方案。

3 F72斷層突涌水超前預處理施工方法

對隧洞發(fā)生較大的突涌水，應按照“以堵為主，堵排結合”的原則，制定完善的應急預案，以保障施工安全。

3.1 應注意的問題

由于隧洞埋深普遍較大，地下水在隧洞中的出溢狀態(tài)復雜，存在重要的富水帶，在出現(xiàn)突發(fā)大涌水的可能時，應采取超前工程措施，盡量避免出現(xiàn)大涌水、涌砂現(xiàn)象發(fā)生。承壓水洞段若隧洞出水量不大或基本無水時，應盡可能及時封閉圍巖，避免隧洞出水量逐漸增大，嚴重惡化不良地質(zhì)洞段圍巖的穩(wěn)定條件，特別要防止隧洞滯后大涌水、涌砂和圍巖失穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 超前帷幕灌漿堵水

以新奧法原理為指導，對所有斷面采取封閉性的方式，將深孔進行注漿處理，實現(xiàn)固結止水的目的，從而讓開挖面與隧道附近二者形成加固區(qū)，將地下當中的水流路線切斷開來，確保圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，提升開挖工作的安全性。

以開挖輪廓線為參考，在其外部5 m范圍的地段進行注漿，注漿段長度一般按30 m設計，分三環(huán)實施：第一環(huán)30 m，第二環(huán)20 m，第三環(huán)12 m。全斷面共布設40個孔。從注漿段來看，在其完成注漿工作之后，預留5 m的長度不進行開挖，呈傘形輻射狀，鉆孔布置成數(shù)圈，內(nèi)外圈按梅花形排列，并采用長短孔相結合，以達到注漿充分、不留死角，漿液擴散半徑3.5 m，孔徑不小于φ75 mm，灌漿壓力2.5～3 MPa。

4 鉆孔作業(yè)

4.1 止?jié){墻施工

根據(jù)注漿規(guī)劃，對止?jié){墻進行建設。就止?jié){墻而言，其位置選擇在開挖面的后側，墻的厚在0.8～1.0 m之間。

4.2 布孔

在工作平臺之上，測量人員根據(jù)設計規(guī)劃要求，運用紅色的油漆對鉆孔部位進行精準的描畫，對其編號進行標注，將其位置直接定位標識在掌子面上。

4.3 鉆孔

鉆出較大的水，無法繼續(xù)鉆進時，停止鉆孔，安裝閘閥，進行封閉，測量涌水量和水壓力，然后進行注漿。

鉆孔分段一般為5～6 m，出現(xiàn)以下情況應及時調(diào)整：凡遇斷層破碎帶處，應繼續(xù)鉆進并穿過破碎帶1 m后停鉆即為分段長度，鉆孔遇突然涌水，累計鉆孔出水量超過1 L/s，或其他巖洞段累計鉆孔出水量超過3 L/s時，應停止鉆進，均為一個分段長度。

超前預注漿中的各類鉆孔應分段作孔斜測量。鉆孔過程中，以每5 m為間隔，允許最大偏差0.05 m進行測量，對偏斜情況進行詳細記錄，查找出現(xiàn)偏斜的原因，采取措施予以糾正處理。

鉆孔過程中，需對孔號、發(fā)生溢水的部位、溢水量與相應的水壓、進尺等情況進行詳細記錄。

4.4 鉆孔沖洗及壓水試驗

壓水試驗在裂隙沖洗后進行，其壓入流量穩(wěn)定標準是指在穩(wěn)定壓力下每2～5 min測讀1次，一直測讀4次，直到其數(shù)值的極大、極小值二者差值控制在最終值的10%范圍當中，則停止壓水試驗，將最終值當作計算值。

另外，壓水試驗前要通過壓力表（0～2 MPa）檢測每一分段的地下水靜水壓力，以便確定每一分段的注漿壓力。

5 注漿

1）設計注漿壓力

地下水靜水壓力不大于2 MPa時，P=P0×2；地下水靜水壓力大于2 MPa時，P=P0+（1.5～2）MPa。其中：P——注漿終壓，MPa；最少不能低于1.0 MPa；P0——地下水靜水壓力，MPa。

超前預注漿壓力P依據(jù)現(xiàn)場檢測的每一分段地下水靜水壓力、壓水試驗及上述公式確定。

2）雙液注漿管路系統(tǒng)，見圖1。

圖1 雙液注漿管路

3）制漿。根據(jù)室內(nèi)試驗配合比采用制漿機進行水泥漿液或水泥、水玻璃雙漿液的拌制，拌制時間不得少于30 s，且成品漿液需在4 h內(nèi)使用完。水玻璃采購波美度35 Be的成品，根據(jù)現(xiàn)場雙液注漿效果進行配比調(diào)整。

4）進漿。根據(jù)雙液注漿配比1∶0.3，調(diào)整雙液注漿機2根吸漿管漿液流速，保證經(jīng)混合器出來的漿液滿足設計配比1∶0.3的要求。施工過程中需先開水泥漿進漿閥門，后開水玻璃進漿閥門。停止注漿施工時需先關閉水玻璃進漿閥門，后關閉水泥漿進漿閥門。

5）出漿。出漿口設置2個壓力表（0～16 MPa），確保混合器出漿，漿液壓力滿足設計注漿壓力的要求后，打開進漿閥注漿。

6 特殊情況下的注漿措施

1）注漿中斷。若發(fā)生長時間中斷，需對鉆孔進行沖洗，同時對注漿設備進行檢查，找到出現(xiàn)中斷的原因，針對性給出應對策略，對處于中斷狀態(tài)的孔段再次進行注漿。

2）串漿。如果出現(xiàn)串漿情況時，可將漿同時澆灌到出現(xiàn)串漿的深孔當中，或通過堵頭對出現(xiàn)串漿的深孔進行封堵，一直到完成灌漿之后，再把出現(xiàn)串漿的深孔打開，然后對其進行清掃與沖洗，接下來繼續(xù)開展注漿或者是鉆機工作。

3）漏漿。如果巖層出現(xiàn)了嚴重漏漿情況的話，停止中斷注漿工作，查明原因。對吸漿量長時間不減小，壓力升高極其緩慢的灌漿孔段，應采取“定量供漿、間歇灌漿”的方式處理。

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