寶林隧洞突水突泥搶險注漿治理措施

占康武，徐 蒙

中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083

1 引言

突水突泥是隧洞施工中常見的地質(zhì)災(zāi)害，分析歷年突水突泥案例可以發(fā)現(xiàn)，斷層是隧洞建設(shè)主要的地質(zhì)災(zāi)害源之一［1］。發(fā)生突水突泥后，若不及時處理斷層帶，后續(xù)施工安全無法得到保證，而且可能引起地表塌陷等次生地質(zhì)災(zāi)害，影響地表的生態(tài)環(huán)境［2］。因此災(zāi)害發(fā)生后，斷層帶的加固治理尤為重要。

2 工程概況

寶林輸水隧洞（244+650～258+490）長13.84km，進(jìn)口位于湖北省廣水市寶林鄉(xiāng)下彭家灣村北側(cè)，出口位于廣水市武勝關(guān)鎮(zhèn)余家溝。隧洞線路樁號247+400 附近與寶林F31 斷層相交，該處隧洞走向100°，底板高程為100m，橫斷面為城門洞型，凈寬4.2m，直墻高3.96m，城門洞頂拱中心角120°。

2.1 突水突泥過程

2018 年6 月11 日，寶林隧洞進(jìn)口段鉆爆施工掘進(jìn)至樁號247+395 處，臨近前期勘測的F31 斷層，掌子面前洞渣出水，出水量較大（經(jīng)估算前兩天突水量約5200m3）。6 月21 日上午，發(fā)生突水突泥（經(jīng)估算涌泥量約1500m3）。7 月14 日0 點30 分，再一次發(fā)生突水突泥，6 名施工人員失去聯(lián)系。經(jīng)過三次突水突泥，共計涌出渣體松方約8100m3（自然方約6900m3）。

2.2 工程地質(zhì)條件

F31 為平推斷層，成災(zāi)區(qū)（樁號247+400 附近）斷層面產(chǎn)狀130°∠75°，走向40°，與隧洞走向交角60°。上下盤巖性均為太古界桐柏山群新店組（Arx）混合片麻巖，上盤巖體風(fēng)化程度較下盤高，呈全～中風(fēng)化；下盤呈強(qiáng)～未風(fēng)化，隧洞揭露該層巖性堅硬，較完整，透水性弱，為Ⅲ類圍巖。斷層帶地表出露寬度20～35m 左右，高程286～295m，高于洞頂180 余米。斷層帶內(nèi)主要為角礫巖，呈全～中風(fēng)化，主要為硅質(zhì)膠結(jié)，裂隙極發(fā)育，與下盤交界位置受地下水侵蝕嚴(yán)重，過水通道極發(fā)育，巖體軟化、泥化。隧洞沿走向穿越地層依次為混合片麻巖（下盤）、角礫巖、混合片麻巖（上盤）。

2.3 水文地質(zhì)條件

成災(zāi)區(qū)位于古井庵附近地形埡口（地表分水嶺）的南西側(cè)沖溝中，斷層發(fā)育沖溝地表有池塘，常年有水，斷層附近未發(fā)現(xiàn)集中泉水出露點，沖溝下游有地表水匯流，流量受大氣降水控制。

斷層帶兩側(cè)主要為相對隔水的混合片麻巖，F(xiàn)31 斷層帶主要發(fā)育基巖裂隙水，水位高程約230m，其補(bǔ)給來源主要為：①大氣降水匯聚溝谷（古井庵沖溝）入滲補(bǔ)給；②斷層帶（古井庵沖溝）兩側(cè)（北西側(cè)、南東側(cè)）岸坡巖體淺層風(fēng)化裂隙水側(cè)向補(bǔ)給。排泄途徑主要為：①沿斷層帶走向向地勢低洼處排泄；②向?qū)毩炙矶炊磧?nèi)排泄，是F31 斷層帶主要排泄途徑，2018 年11 月隧洞洞內(nèi)觀測排泄量約200～300m3/d。F31 斷層帶巖體總體透水較大，透水率大于10Lu，局部較完整段位小于5Lu，透水性不均一、無規(guī)律。

3 斷層帶加固措施

針對斷層帶的加固處理，主要有注漿法和冷凍法等施工方法［3］。由于工程場地電力容量小，難以滿足冷凍法的施工要求，且冷凍法相對安全可靠性較低、成本較高。綜合比選，采用注漿法進(jìn)行斷層帶加固。

本工程針對注漿加固處理，主要有兩種方案：①洞頂?shù)孛孀{加固；②從洞內(nèi)設(shè)兩條注漿旁洞進(jìn)行加固。由于旁洞注漿需兩次穿越斷層帶，施工安全風(fēng)險性較大；洞頂鉆孔注漿可進(jìn)一步探明斷層帶情況，安全性較高，且預(yù)計工期及投資均較小。綜合比選，選用洞頂?shù)孛孀{作為F31 斷層帶加固方案。

設(shè)計加固區(qū)域?qū)?yīng)樁號為247+390～247+430，在地表設(shè)置8 環(huán)（由內(nèi)而外R0～R7）共126 個固結(jié)注漿孔，呈梅花形布置，除R7 環(huán)孔注漿孔間、排距5m 外，其余注漿孔孔距5m，排距2.5m，設(shè)計注漿高程為130m～85m。注漿順序按照由外向內(nèi)的順序依次施工，首先施工周邊孔形成封閉邊界，然后在內(nèi)部間隔注漿施工。為防止注漿施工串漿干擾，每環(huán)注漿孔分兩序，依次間隔進(jìn)行注漿施工。

鉆孔結(jié)構(gòu)自上而下分為三種孔徑：地表～高程165m，使用潛孔鉆機(jī)不取芯鉆進(jìn)，孔徑185mm，采用Φ127 鋼管護(hù)壁，之后為地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)；高程165m～108m，孔徑110mm，采用Φ89 鋼花管護(hù)壁；高程108m～孔底，孔徑75mm。

表1 孔段透水率與開灌水灰比參考表

高程130m～108m 采用套閥管注漿施工法，自上而下分段施工，段長5～10m；高程108m～孔底采用自上而下純壓式注漿，注漿壓力3～5MPa，注漿前應(yīng)結(jié)合注漿試驗，確定注漿參數(shù)。灌段的開灌水灰比，可根據(jù)孔段透水率的大小參照表1 選用。

根據(jù)注漿需要，結(jié)合工程情況可在水泥漿液中加入速凝劑、減水劑、穩(wěn)定劑、早強(qiáng)劑等外加劑。外加劑的品質(zhì)必須符合SD108 或DL/T5100 的有關(guān)規(guī)定。

4 結(jié)語

通過對寶林F31 斷層帶地質(zhì)條件進(jìn)行分析，以及對斷層帶的加固措施、成孔注漿工藝進(jìn)行比選、設(shè)計，為同類型的工程提供一定的參考。最終寶林F31 斷層帶注漿加固工程于2019 年9月初完工，工程驗收全部合格，為后續(xù)隧洞開挖提供了可靠的安全保障。