王興舟

摘 要：涌水給隧道施工甚至運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大的危害，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故。本文以四川省黑水縣雅克夏雪山隧道涌水事故為例，說(shuō)明了涌水發(fā)生過(guò)程，分析了涌水產(chǎn)生原因，介紹了涌水處理方案，對(duì)涌水發(fā)生后緊急處理措施，對(duì)洞內(nèi)施工排水、超前探孔、拱墻超高壓劈裂注漿技術(shù)、注漿鉆孔位置布設(shè)、注漿材料、注漿量、施工工藝等進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：隧道 涌水 注漿

中圖分類(lèi)號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（c）-0048-03

Abstract：Highway tunnel， as a typical underground engineering， in the construction process， affected by geological conditions， easy to produce a variety of diseases， of which the most serious collapse. his paper takes Jacques in Heishui County of Sichuan Province in yakexa snow mountain tunnel accident as an example， explains the occurrence of water gushing process， analyzes the causes of water inrush is introduced， water treatment scheme， emergency measures for water inrush occurred after the construction of drainage， pilot drilling， arch wall of ultra high pressure grouting technology， grouting hole layout and location grouting materials， grouting quantity and construction technology are discussed.

Key Words：Tunnel； Water gushing； Grouting

隧道涌水是由于隧道掘進(jìn)破壞了含水層結(jié)構(gòu)，使水動(dòng)力條件和圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生急劇改變，造成地下水體所儲(chǔ)存能量以流體高速運(yùn)移形式瞬間釋放而產(chǎn)生一種動(dòng)力破壞現(xiàn)象。涌水給隧道施工甚至運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大的危害，涌水會(huì)掩埋隧道內(nèi)的設(shè)備、設(shè)施，堵塞坑洞，甚至造成人身傷亡，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度和工程質(zhì)量。筆者參與多條隧道工程建設(shè)，經(jīng)歷過(guò)多次涌水事故，其中以四川省黑水縣雅克夏雪山隧道涌水最為嚴(yán)重，本文以雅克夏雪山隧道為例，將處理隧道施工涌水的有關(guān)情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 工程概況

四川省黑水縣雅克夏雪山隧道位于四川省黑水縣與紅原縣交界，隸屬于省道302線，隧道全長(zhǎng)2.302km，寬度9.3m，單洞對(duì)向行車(chē)二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速為40km/h。隧址區(qū)為高山地貌，構(gòu)造復(fù)雜，巖性以變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖不等厚互層夾薄層灰?guī)r為主，發(fā)育多條次級(jí)斷裂，地表水和地下水較為豐富，總體上工程地質(zhì)較為復(fù)雜，施工難度較大。

2 涌水情況

2.1 涌水過(guò)程

隧道掘進(jìn)側(cè)洞口樁號(hào)K0+953，隧道倔進(jìn)方向?yàn)橄缕?，坡?.2%，施工掘進(jìn)采用三臺(tái)階方式。在上臺(tái)階開(kāi)挖至K1+138.25～K1+139段施作超前小導(dǎo)管時(shí)，線路前進(jìn)方向左側(cè)部位突然發(fā)生涌水涌渣，涌水流量峰值達(dá)到32m3/h左右，水色渾濁；伴隨涌水出現(xiàn)涌渣160m3左右，此后，涌水量維持在7～50m3/h左右。

2.2 涌水原因分析

隧道K1+138～K1+160段地表有泉水滲流，線路左側(cè)附近地表有山谷匯水道經(jīng)過(guò)，K1+953、K2+056處各有一處小湖泊，隧道該段埋深43m左右。該段圍巖構(gòu)造為軟弱灰黑色砂質(zhì)板巖，薄層狀，層面有光滑碳質(zhì)薄膜，層間結(jié)合較差；巖體極破碎，自穩(wěn)性差，局部為松散體，易松動(dòng)坍塌。地層裂隙水受地表水補(bǔ)給，裂隙發(fā)育，地下水豐富，地下水沿砂質(zhì)板巖與松散體接觸部位滲入隧道，主要以滲淋水及較大股狀涌水為主。由此可見(jiàn)，隧道圍巖條件差，地表和地下水豐富是造成涌水伴隨少部分涌渣的主要原因。

3 涌水處理

3.1 涌水后緊急處理措施

首先在掌子面拱頂120°范圍內(nèi)采用超前6m小導(dǎo)管（注水泥水玻璃雙漿液，注漿壓力1MPa）支護(hù)，嘗試向前掘進(jìn)，但受涌水涌碴影響，隧道無(wú)法掘進(jìn)，只得對(duì)上臺(tái)階工作面用厚度40cm噴砼封閉，暫停掘進(jìn)，待方案研究穩(wěn)妥后再掘進(jìn)施工。同時(shí)，對(duì)K1+138.25～K1+141.75段涌碴空腔用C30砼回填，并對(duì)已施作完成的K1+130～K1+140.25段三臺(tái)階的上臺(tái)階實(shí)施6m（?42鋼管）系統(tǒng)導(dǎo)管注漿（水泥水玻璃雙漿液）加固。

3.2 涌水處理方案

對(duì)該涌水涌渣地段治理遵循“以疏為主、堵排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則，采取拱墻超前高壓劈裂注漿工藝，進(jìn)行前方圍巖加固和施行堵水，同時(shí)加強(qiáng)該段隧道初期支護(hù)參數(shù)，并對(duì)完成后的滲水部位采用再次注漿與環(huán)向排水盲溝引排的措施，以期確保本段隧道涌水涌碴治理成功及隧道順利掘進(jìn)。

施工工序：洞內(nèi)機(jī)械排水—超前探孔（探測(cè)與超前引水共用）—涌渣段空腔回填封堵（回填砼+導(dǎo)管注漿）—第一段（有效長(zhǎng)度11m）拱墻超前高壓劈裂注漿—檢查注漿效果（重復(fù)注漿至設(shè)計(jì)效果）—隧道掘進(jìn)—初期支護(hù)—漏水點(diǎn)補(bǔ)救—防排水施工—仰拱及二襯施工—至下段拱墻超前高壓劈裂注漿—涌塌段治理完畢—地表匯水溝改道。

3.2.1 洞內(nèi)施工排水

因隧道掘進(jìn)方向?yàn)橄缕?，洞?nèi)積水無(wú)法排出，洞內(nèi)積水隨時(shí)有淹沒(méi)施工設(shè)備和供電線路的危險(xiǎn)。為保障正常施工，在掌子面附近設(shè)置集水坑，收集斷面涌水，同時(shí)在洞口方向離掌子面一定再設(shè)置一個(gè)集水坑，兩集水坑間隔一定距離。使用4臺(tái)（2臺(tái)備用）7.5kW功率抽水機(jī)（每臺(tái)45m3/h）抽水，24h不間斷工作，確保工作面不積水，保證洞內(nèi)照明和供電安全。endprint

3.2.2 超前探孔

為探明圍巖前方情況，用40cm厚噴射混凝土封閉隧道掌子面，做作封水止?jié){墻，采用旋孔鉆超前鉆孔（孔徑?120），在中臺(tái)階部位等距布設(shè)3個(gè)孔位，上傾2°～3°，施作長(zhǎng)度30m，在下臺(tái)階部位布置3個(gè)孔位，施作長(zhǎng)度25m（分3次施作），目的是超前探測(cè)前方地質(zhì)條件和排除圍巖內(nèi)部分地下水。

3.2.3 涌渣段空腔回填封堵

在K1+140.5位置拱中設(shè)置砼回填管，在同時(shí)在適當(dāng)位置設(shè)置排水管。泵送C30砼回填拱背空腔及開(kāi)挖斷面涌渣空腔，填充高度至出水管口，達(dá)到封閉斷面出水點(diǎn)，變動(dòng)水為靜水目的。待C30水下砼達(dá)到初期強(qiáng)度，泵送C30普通砼填充空洞，未充填完全的空隙利用小導(dǎo)管注雙漿液填充密實(shí)。

3.2.4 拱墻超前高壓劈裂注漿

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及現(xiàn)場(chǎng)鉆孔探測(cè)結(jié)果，暫定K1+140.75～K1+173.75段實(shí)施拱墻超前高壓劈裂注漿，單孔固結(jié)半徑≮2m，以期在隧道開(kāi)挖輪廓線外形成一個(gè)3m有效厚度固結(jié)環(huán)，固結(jié)目前工作面前方巖體及止水，為隧道安全掘進(jìn)創(chuàng)造條件。

（1）鉆孔布置。

鉆孔布置以隧道中軸為中心呈傘狀布置，暫定K1+140.75～K1+173.75共33m，分三段進(jìn)行，每段注漿控制長(zhǎng)度11m，前后段搭接5.6m。第一段設(shè)兩個(gè)注漿環(huán)，第一環(huán)鉆孔長(zhǎng)度7m，裝設(shè)鋼管長(zhǎng)度5m，與隧道軸線夾角25°，第二環(huán)鉆孔長(zhǎng)度17m，裝設(shè)鋼管長(zhǎng)度15m，與隧道軸線夾角12°，拱墻范圍內(nèi)布孔，布孔間距0.5m，其中第一環(huán)為偶數(shù)孔，第二環(huán)為奇數(shù)孔，鉆孔孔徑?90；第二段利用和第一段搭接段（長(zhǎng)度5.2m）為止?jié){環(huán)，只施作奇數(shù)孔（鉆孔長(zhǎng)度17m，裝設(shè)鋼管長(zhǎng)度15m，與隧道軸線夾角12°）注漿環(huán)，孔距1.0m；第三段同第二段施作。

在超前探孔施作中，如發(fā)現(xiàn)仰拱有水出涌，同拱墻部位施作超前高壓劈裂注漿，鉆孔間距、角度布置同拱墻部位。

（2）注漿材料。

注漿漿液采用水泥-水玻璃雙漿液，注漿壓力P=4～10MPa，注漿流量：Q=60～100L/min，A液（水泥漿、重量比）=m（水）∶m（P.042.5）=1∶0.6～1，B液（35Be中性水玻璃模數(shù)2.4），注漿漿液（體積比）=m（A液）∶m（B液）=1∶0.5～0.8，注漿鋼管：采用?50（t=4.5mm）厚壁鋼花管，管壁出漿孔?12見(jiàn)圖1。

（3）注漿量控制。

注漿壓力為4～10MPa，注漿時(shí)流量小于5L/min時(shí)穩(wěn)定3～5min就可以結(jié)束注漿，使單孔注漿有效擴(kuò)散半徑≮2.0m。最終在隧道開(kāi)挖輪廓線外形成一個(gè)3m有效厚度的固結(jié)環(huán)。

漿液?jiǎn)慰鬃{量Q=∏×R2×h×n×a×（1+β）[3]，式中Q為漿液注入量（m3），R為漿液有效擴(kuò)散半徑（m），h為注漿段長(zhǎng)度（m）；n為圍巖孔隙率；a為漿液填充系數(shù)；β為漿液損失率，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

（4）施工工藝。

施工工藝流程主要有鉆孔、安放鋼管、注漿、漏水點(diǎn)補(bǔ)救、注漿效果檢查等，見(jiàn)圖2。開(kāi)孔時(shí)遵循輕加壓、速度慢操作要點(diǎn)，成孔后及時(shí)送進(jìn)注漿鋼管，防止孔體塌孔造成二次鉆進(jìn)，影響施工功效。鉆孔完成后立即起鉆，立即安放注漿鋼管。注漿時(shí)貫徹“控制水泥漿液頂水上行”的理念注漿堵水，堵住隧道漏水處的漏水裂縫和周?chē)鷿B水通道，降低巖體的滲透系數(shù)，減少滲水量。注漿壓力4～10MPa?？刂谱{壓力的大小根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出水的地層情況和注漿段所處位置等條件調(diào)整。通過(guò)雙液注漿裝置控制注入的水泥漿的凝膠時(shí)間，水玻璃加注率的大小和用量的多少由控制水泥漿凝膠時(shí)間的需要來(lái)確定。

3.2.5 漏水點(diǎn)補(bǔ)救

對(duì)于洞壁漏水點(diǎn)采用排水式壓漿堵漏，在裂縫中或有漏水的破碎巖石壁面上布置鉆孔，孔徑為?50，采用手風(fēng)鉆布眼鉆孔，孔深根據(jù)漏水點(diǎn)情況控制為1～3m不等。將套有能濾水的灌漿管插入該孔直接進(jìn)行灌漿，使孔口漏水逐漸消失，最終使周?chē)┧饾u消失。

3.2.6 注漿效果檢查

注漿后，留置同條件漿液試塊，在試塊強(qiáng)度達(dá)到6～7MPa后，實(shí)施隧道掘進(jìn)工序。在每段劈裂注漿結(jié)束后，在隧道斷面開(kāi)挖過(guò)程中，利用打設(shè)系統(tǒng)錨桿（L=3m）檢查固結(jié)圈厚度，當(dāng)固結(jié)圈厚度不能達(dá)到要求時(shí)（3m厚度），進(jìn)行補(bǔ)充注漿，保證隧道掘進(jìn)施工安全。

4 隧道掘進(jìn)

涌水段掘進(jìn)采用三臺(tái)階施工工法。在上臺(tái)階注漿施工完畢隧道掘進(jìn)3～5m后，施作中臺(tái)階部分的高壓劈裂注漿，同時(shí)在下臺(tái)階鉆孔超前探水，以確定仰拱部分是否需要實(shí)施超前高壓劈裂注漿。中臺(tái)階注漿時(shí)，要控制好注漿壓力，防止注漿時(shí)對(duì)上臺(tái)階已施作完成的固結(jié)圈造成破壞。在實(shí)施下臺(tái)階劈裂注漿工藝時(shí)，要控制好注漿壓力，防止注漿時(shí)對(duì)中臺(tái)階已施作完成的固結(jié)圈造成破壞。仰拱根據(jù)探測(cè)結(jié)果確定是否實(shí)施超前高壓劈裂注漿，施工中嚴(yán)格控制開(kāi)挖步距，初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)封閉成環(huán)。應(yīng)減小上臺(tái)階開(kāi)挖步距，宜控制在1.5～2.25m范圍內(nèi)。

5 處理結(jié)果

從涌水出現(xiàn)至處理完畢歷時(shí)60多天，對(duì)K1+140.75～ K1+173.75段按上述方案處理后順利通過(guò)涌水段，現(xiàn)在隧道已安全運(yùn)營(yíng)5年多，二襯無(wú)滲漏，表明上述方案成功可行。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）涌水處理過(guò)程中，超前探孔是前提條件，認(rèn)真探明地質(zhì)情況，對(duì)注漿封堵施工有著重要指導(dǎo)意義。

（2）涌水治理注漿是關(guān)鍵，注漿過(guò)程中要及時(shí)觀察注漿效果，根據(jù)圍巖情況及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)，確保漿液充分?jǐn)U散、凝結(jié)，必要時(shí)要采用間歇注漿，對(duì)止水和圍巖加固能達(dá)到較好的作用。

（3）對(duì)于不同巖性的地質(zhì)接觸帶應(yīng)引起重視，因受地質(zhì)構(gòu)造影響，接觸帶地質(zhì)條件較差，易飽水而誘發(fā)大的涌水，在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，避免引起突發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害。

參考文獻(xiàn)

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[3] 陳仕猛，李建兵，張明.隧道帷幕注漿堵水施工技術(shù)[J].西部探礦工程，2003（6）：101.endprint