客運專線巖溶隧道地下水防治施工技術(shù)

續(xù)志勇

摘要： 巖溶隧道地下水是導致隧道地質(zhì)災害發(fā)生的主要原因之一?？茖W合理的地下水防治方法是保障施工安全的基礎(chǔ)，本文以實際工程為例，介紹了巖溶隧道地下水處置的基本原則和工程對策，提出了對巖溶隧道地下水處置的建議。

Abstract： The groundwater in karst tunnel is one of the main causes of geological disasters in the tunnel. Scientific and reasonable method of groundwater prevention and control is the basis of ensuring construction safety. Based on the practical engineering， this paper introduces the basic principles and engineering countermeasures of the treatment of groundwater in karst tunnels， and puts forward some suggestions for the treatment groundwater in karst tunnels.

關(guān)鍵詞： 隧道；地下水；防治

Key words： tunnel；ground water；control

中圖分類號：TU46 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）12-0140-03

0 引言

造成隧道工程地質(zhì)災害的重要因素就是巖溶與地下水，高壓富水巖溶地層是經(jīng)過地表層水以及地下水在補給、滲漏 、循環(huán)以及徑流過程中，可溶性巖層受到了物理破壞作用和化學物質(zhì)溶解，使之形成了一種特殊性的地質(zhì)環(huán)境。隧道穿越高壓富水巖溶地層，由于地下水的滲透性和對巖層的侵蝕作用，極易發(fā)生涌水、突泥、坍塌等地質(zhì)災害，也造成了對地下水資源的浪費。如何解決富水巖溶隧道災害防治和對地下水的有效利用問題，是亟待解決的技術(shù)難題。本文依托工程實踐，應用超前預報、超前鉆孔、超前帷幕注漿及地下水引流利用技術(shù)，解決了上述問題，以期對類似工程提供參考。

1 工程背景

滬昆客專貴州段5標中鐵十七局承擔DK593+466.41～DK623+941，該項目施工任務共30.520km。全長20761m，管段內(nèi)共12.5座隧道。屬云貴高原剝蝕—溶蝕低中山、低山丘陵和高原盆地地貌，沿線主要位于云貴高原及邊緣過渡地帶。巖性主要是灰?guī)r、白云巖類可溶巖，板巖、泥巖、砂巖、頁巖及煤系地層相間分布，局部地段有玄武巖分布。不良地質(zhì)主要有巖溶，且?guī)r溶發(fā)育。線路穿越可溶性碳酸鹽巖地層，地下形態(tài)主要是溶洞、落水洞等。地下水入滲條件較好，主要為巖溶裂隙水，在開挖過程中經(jīng)常遇見地下巖溶洞穴、溶洞以及巖溶裂隙水等，并伴隨著突水、突泥，且出水點多而分散。其中以茅坪山隧道涌水最為嚴重，最大涌水量可達到72200m3/d。地質(zhì)災害風險極大，巖溶水防治是隧道工程施工的重點和難點。

2 溶洞水處理的基本原則

在溶洞處理過程中應本著"方案合理、結(jié)構(gòu)安全、保持水土環(huán)境、施工易操作、工程成本低"的原則，確保隧道通過巖溶地段時順暢安全。對于巖溶水的處理原則主要采用排堵結(jié)合、以排為主、帶水施工，二襯施工時對隧道結(jié)構(gòu)防排水進行加強設(shè)計施工的處理方法，部分地段采用超前帷幕注漿堵水方式進行處理。

3 巖溶水預防技術(shù)

對于已探明的巖溶區(qū)域，為保證隧道施工的安全性，主要是以預防為主，常用的巖溶預防措施主要有地質(zhì)預報與超前鉆孔、超前支護、短進尺與弱爆破、信息管理等措施。

3.1 地質(zhì)預報與超前鉆孔結(jié)合運用

由于隧道地質(zhì)復雜，必須未雨綢繆，在正式施工前掌握隧道地質(zhì)情況，即在管理實施中納入超前地質(zhì)預報，根據(jù)設(shè)計文件有關(guān)資料，在隧道施工前利用TSP、紅外探水、地質(zhì)雷達及地質(zhì)素描等手段對掌子面實施超前地質(zhì)預報，以查明溶洞的分布范圍、類型情況（大小、有無水、溶洞是否在發(fā)育中及有無充填物）、巖層的穩(wěn)定程度和地下水流情況（有無長期補給來源，雨季水量有無增長）等。在施工時根據(jù)地質(zhì)預報資料并結(jié)合現(xiàn)場情況采用超前地質(zhì)水平鉆孔手段進一步探明前方巖溶地質(zhì)，盡量摸清其分布及發(fā)育的狀態(tài)和規(guī)模，由此來判斷其產(chǎn)生的危害性及影響程度，從而決定下一步的施工預防和技術(shù)措施。

施工時利用超前水平地質(zhì)鉆機對開挖前進方向進行30～60m的鉆探，一般可按照斷面大小布設(shè)3～6個孔，拱頂及拱腳盡量都布設(shè)鉆孔，鉆機鉆孔時要固定牢固，不得隨意擺動。在巖溶高發(fā)地段，必要時結(jié)合風鉆進行5m超前鉆孔，對洞身前方進行全方位空間探測，探孔成放射形布設(shè)。

3.2 超前帷幕注漿

當探明前方為可溶巖與非可溶巖接觸帶、斷層破碎帶及向斜核部地段時，根據(jù)地質(zhì)預報資料，預測水壓大于1.5MPa，涌水量難以控制，開挖后圍巖無法自穩(wěn)極可能產(chǎn)生嚴重突水突泥地段，采用超前帷幕注漿。注漿鉆孔的布置，應綜合考慮多項因素，包括鉆孔作業(yè)要求、毛洞斷面大小、含水層分布情況、巖溶（巖層裂隙）發(fā)育情況、單個注漿鉆孔的作用范圍、注漿段長、注漿范圍等，超前預注漿注漿鉆孔宜長短結(jié)合并呈傘形輻射狀布置，施工中則應根據(jù)具體情況適當調(diào)整。帷幕注漿孔口布置圖見圖1，注漿縱斷面布置見圖2。

開挖后先對掌子面進行壓漿固結(jié)，以增加掌子面的穩(wěn)定性。壓漿采取全斷面超前帷幕注漿，加固范圍掌子面及開挖輪廓線外5m～8m，鉆孔深度30m，注漿壓力0.5～3.0MPa。漿液擴散半徑為2.0～3.0m，注漿方式采取前進式分段注漿，分段長3m～5m，即鉆進3m～5m，注3m～5m。注漿材料采用水泥單液漿或水泥水玻璃雙液漿。采用定量定壓相結(jié)合方式進行注漿結(jié)束標準控制。結(jié)束注漿的標準是注漿壓力達到設(shè)計終壓，但是注漿量達到設(shè)計注漿量的80%以上，只有達到上述標準，才能結(jié)束注漿。注漿參數(shù)見表1。

4 隧道地下水利用

對于失水地區(qū)可以采用設(shè)置洞口集水池收集涌水，安裝多級泵，通過抽水向蓄水池送水，失水村落分別修建蓄水池進行輸水。以茅坪山隧道為例，對隧道地下水的引流方案如圖3所示。

地下水的再利用方法施工流程如下：施工準備——調(diào)查隧道內(nèi)適合人畜及灌溉使用水源——“生活飲用水水源水”水質(zhì)分析檢驗——測量水量——測繪布管路線位置及高程——施做集水池（與壓力池及蓄水池可同時施做）——布設(shè)管道（泵房建設(shè)可同時施做）——安設(shè)水泵——初始調(diào)整——正常運營。地下水利用方案的關(guān)鍵在于：

①掌握了隧道區(qū)域水文地質(zhì)和環(huán)境特點，即反坡隧道施工、大型充填溶洞、斷層巖溶角礫巖等區(qū)段隧道施工涌水安全風險大；巖溶地下水難以和不宜水封堵，區(qū)域地面居民生活及生產(chǎn)的地下水資源施工流失風險大。

②根據(jù)本富水巖溶隧道反坡施工情況，設(shè)計并制訂了隧道常規(guī)和最大涌水位置的反坡排水總體方法和設(shè)備選型配套，并在隧道底部具有落水洞處研發(fā)應用了浮力自動啟閉單向排水裝置，可減少按裝隧道排水設(shè)施，降低工程費用及耗能。

③根據(jù)復雜巖溶地質(zhì)區(qū)巖溶地下水不宜封堵、區(qū)域環(huán)境地下水資源流失敏感的特點，采用洞內(nèi)巖溶裂隙地下水豐富區(qū)隧道洞內(nèi)側(cè)邊鉆井集水、引水洞、洞外引水管等措施，解決地表居民生活和灌溉用水，形成流失地下水的再利用方法。

5 結(jié)論與建議

茅坪山隧道在施工過程中未發(fā)生一起安全事故，巖溶水的防治方案科學合理，保障是隧道施工質(zhì)量和進度。對防治方案總結(jié)如下：①超前地質(zhì)預報結(jié)合超前鉆孔是指導隧道巖溶水防治的基礎(chǔ)，其預測精細化程度直接關(guān)系到巖溶水處置方案的效果。②超前帷幕注漿對巖溶水具有一定隔斷、封堵作用，工程應用效果顯著。③對于特殊地理環(huán)境，要充分探查水文地質(zhì)情況，在施工過程中對巖溶水的處置方案要充分考慮地下水的引流、地下的局部匯聚等特殊因素，防治地下水對鐵路后期運營造成安全隱患。

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