巖溶隧道施工止水技術應用探討

陳章林

(中鐵隧道集團二處有限公司)

1 工程概況

某隧道最大埋深 420m,最淺埋深 119m。隧道中間部位約 130m區域穿越 1820m的向斜核部富水段,向斜為儲水構造、富水地段,地下水很發育,地質條件比較復雜。在該洞段隧道施工中極易形成突水、突泥和大面積的塌方,圍巖級別以Ⅳ、Ⅴ級為主,隧道在可溶巖與非可溶巖交界因巖溶發育,易產生突水涌泥,正常涌水量 5200m3/d,最大涌水量為37002m3/d。

2 涌水段施工技術

2.1 超前小導管注漿

隧道拱部 120°范圍內采取Φ42超前小導管加固后再進行開挖,加固樁號為K26+096～K26+150;小導管分兩層,上層(L=5m)外插角45°,環向間距50cm;下層(L=3m)外插角為 5°,環向間距 30cm。注漿方式采取全孔一次注漿,注漿材料采用單液注漿,如果注漿孔水較大,且圍巖裂隙發育,需要采取雙液注漿時,采取水泥水玻璃漿液。

2.2 開挖方式

(1)爆破嚴格按照多打眼、少裝藥、短進尺、弱爆破的原則進行,控制開挖進尺不少于0.6m,最大不超過 1.2m。(2)在開挖面未完全處輔以機械、人工開挖,保證對圍巖最低限量的擾動。(3)開挖斷面根據圍巖條件情況而定,圍巖破碎、穩定性差、圍巖壓力大處,采取多臺階開挖,中心預留核心土,以防掌子面壓強過大,造成坍塌;圍巖條件較好處,采取不留核心土或采取半斷面開挖方式進行隧道開挖。

2.3 涌水段開挖排水

(1)開挖后根據斷面水量情況,采取鉆孔的形式進行排水,從現場情況來看,排水效果好。(2)當開挖后水量較小時,掛設橡塑排水板和彈簧盲管,把水引至隧道底排出。(3)當水量較大且為散水時,會造成噴混凝土與圍巖不能粘貼,此時采用先立拱接連接筋后,掛模板,采用澆筑高標號吊板混凝土。(4)當水量較大且成集中股狀時,用鐵皮做成的槽扣在出水口,下端焊接排水軟管引至臨時排水溝。

3 涌水段支護結構

3.1 涌水段初期支護結構

(1)開挖完成后,先對開挖的圍巖初噴一層 3cm厚的C25混凝土,以封閉圍巖,防止因露時間過長影響開挖掌子面及隧道圍巖的穩定性。(2)初噴混凝土后,采用 20b工字鋼環向支撐,間距 50cm/榀,鋼支撐用Φ22鋼筋連接,鋼筋的環向間距為 1m。(3)在拱架拱腰接頭處和墻腳處打設鎖腳錨桿。(4)安裝徑向 Φ42注漿小導管代替徑向錨桿,長5.0m,縱向間距60cm。(5)鋼筋網采用Φ6.5的光圓鋼筋全斷面布置,網格間距為 20×20cm。(6)鋼筋網片安裝完成后,立即進行 C25噴射混凝土施工,厚度為 25cm。

3.2 涌水段二次襯砌結構

(1)對圍巖條件較好的路段,將原素混凝土襯砌設置為35cm厚鋼筋混凝土襯砌,提高襯砌的抵抗能力。(2)對臨時出水點路段,設置 50cm厚鋼筋混凝土襯砌,不包括仰拱部分。(3)對圍巖條件極差、涌水量最大的路段,設置 80cm厚的鋼筋混凝土襯砌,全環封閉(包括仰拱)以形成整體受力。

4 涌水段注漿止水與加固

隧道施工中的圍巖加固是為了保證施工過程中圍巖的穩定,保證施工安全,降低二次襯砌壓力、保障隧道結構長期使用性的重要手段之一。在目前的隧道施工水平下,提高圍巖的穩定性方法主要有兩類,一類足以調整、約束圍巖中的變形、應力以保證圍巖的穩定性的一種外在方法,主要措施有加強支護,管柵法,預襯砌法等。另一種以提高圍巖自身的能力的內在方法,就是加固圍巖體,提高圍巖體的強度,保證圍巖的穩定性。提高圍巖內在能力、加固圍巖的方法,主要有錨桿加固、注漿加固(巖體裂隙注漿與超前注漿)、旋噴加固法、凍結法等多種方法。針對本段涌水特點,為了保障隧道結構的穩定性,必須進行圍巖止水工作以降低作用在隧道結構上的水壓力,主要是采用注漿加固的方法。其主要作用機理是通過水泥漿液的連接作用,使松散、破碎的圍巖體能形成相對的整體,以提高圍巖體的力學能力和抗滲透能力。為進行有效壓注,要采用與圍巖性質相適應的藥液和方法。

(1)涌水段總體處置原則是先底部注漿加固,再對涌水集中整治,最后對周邊實施徑向注漿補強。(2)底部注漿加固。在底部巖體破碎,出現不同程度的涌水,為了防止該段注漿堵水后壓力上升引起底板鼓起,開裂出水,確保仰拱的安全開挖,必須進行注漿加固。加固范圍為開挖輪廓線外8m,角度為 240°,開孔間距為環向 2m,縱向 2m;在拱頂120°注漿,注漿長度 8m,開孔問距為環向 3m,縱向 3m。(3)頂水注漿。對集中出水點段進行頂水加固,同時開設集中排水孔進行排水;頂水注漿在隧道圍巖穩定后進行,注漿從出水量小的排水管開始,若其他排水管發生串漿可關閉該排水管,等其他注漿結束后再對串漿排水管進行補充注漿。(4)徑向注漿。在頂水注漿完成后,對破碎圍巖帶,水力聯系明顯的部位,為了提高圍巖的整體承載力和抗滲性能,保證注漿效果,對未實施徑向注漿段進行注漿加固。

5 結 語

高涌水量是隧道施工中極難處理的地質災害之一,對涌水的治理結果不僅關系到隧道結構的長期穩定性,還會直接影響到區域的長期生態環境。大量的地下水排放會導致山體內的地下水流失,進而導致山頂的植被破壞、水井枯竭、地表水干涸等生態破壞;而不對地下水進行排放又將導致襯砌結構承受的水壓明顯增加,對隧道的長期結構穩定性將造成巨大的威脅。如何處理好排與堵的關系是隧道治水成功與否的關鍵,為處理好這種相互關系,長期排水措施與長期結構行為監測結合是相當有必要的;長期結構行為健康監測能為工程結構穩定提供依據,而排水措施能在工程結構處于危險狀態時對水體進行及時的排泄,以確保隧道結構的穩定性。

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