嘎隆拉隧道斷層帶涌水處治措施探討

夏 鈴，石玲莉，李 強(qiáng)

(重慶交通大學(xué)，重慶470004)

1 工程概況

嘎隆拉隧道處于崗日嘎布山脈，該山脈是進(jìn)入墨脫境內(nèi)跨越的最高山，也是波密縣與墨脫縣的界山之一。嘎隆拉隧道為扎木至墨脫公路新改建工程的控制性工程，隧道起止樁號為CK48+235～CK51+780，全長3 545 m，為單洞特長隧道。

隧址區(qū)屬構(gòu)造強(qiáng)烈剝蝕、冰蝕作用強(qiáng)烈的高山峽谷冰川地貌，山勢險峻，溝谷發(fā)育，地形坡度大。崗日嘎布山山頂海拔均在4 500 m以上;海拔4 000 m以上為冰川作用地形，角峰、刃脊明顯;海拔3 500～4 000 m為冰川運(yùn)動區(qū)，冰蝕作用強(qiáng)烈，冰崩、雪崩發(fā)育。

隧址區(qū)處在兩條區(qū)域斷裂影響內(nèi)，并發(fā)現(xiàn)洞身及其附近存在7條小斷層，其中4條通過隧道路線，其分別交于CK48+875～CK48+920、CK49+960～CK50+010、CK50+200～CK50+250、CK50+780～CK50+830附近。地勘資料顯示，CK48+630～CK48+830段圍巖主要為弱、微風(fēng)化黑云母變粒巖、黑云母花崗巖、黑云母石英片巖，裂隙稍發(fā)育，巖質(zhì)堅硬，較完整，巖芯多呈中長柱狀，穩(wěn)定性較好，巖石極限抗壓強(qiáng)度為120～200 MPa，開挖無支護(hù)時可能掉塊;含少量基巖風(fēng)化裂隙水，具弱承壓性，施工時有滲水、漏水現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)、監(jiān)測排水。設(shè)計圍巖級別為Ⅲ級。

2 涌水狀況

2009年10月20 日隧道進(jìn)口段K48+860，在1號緊急停車帶施工過程中，地下水自拱墻片狀出露。10月20日中午13時，在施工隊進(jìn)行打炮眼作業(yè)中，掌子面右下側(cè)兩個掏槽眼鉆進(jìn)深度約2 m時，該孔眼突然出現(xiàn)涌水，具有強(qiáng)承壓性，地下水壓將鉆桿自孔內(nèi)沖出，流速較大，水平直射距離約達(dá)5 m左右，初步估計水壓可達(dá)2 MPa，出水量最高達(dá)到約300～400 m3/h。

2009年10月23 日上午，隧道參建各方相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場進(jìn)行查勘后，隨后召開專題聯(lián)席會議。會議決定:對于K48+860掌子面的涌水情況，在現(xiàn)掌子面施作泄水孔進(jìn)行泄壓泄水，根據(jù)實(shí)際情況確定進(jìn)一步處理方案，同時加大抽排水力度。

2009年10月24 日～10月25日施工單位按10月23日會議決定加大抽排力度，并在掌子面利用Φ89潛孔鉆進(jìn)行泄水孔作業(yè)。當(dāng)?shù)谝粋€泄水孔(距隧道底板高約1.5 m的中線左右位置)鉆至6～7 m時，該孔地下水突然噴射而出，強(qiáng)大的水壓將鉆桿自孔內(nèi)推出，由于掌子面出水較大，洞內(nèi)水量激增并將附近正在抽水的設(shè)備淹沒，并造成洞內(nèi)集水，后施工單位及時組織力量進(jìn)行了抽排，投入5臺22 kW抽水泵對集水進(jìn)行排抽，使得抽排量與出水量維持平衡，隧道內(nèi)集水情況得到了控制和緩解。

由于本次涌水屬突發(fā)情況，涌水前沒有準(zhǔn)確預(yù)報，對涌水也沒有足夠預(yù)備措施，抽水設(shè)備的抽水能力相對不足，且隧道為4.1%的較大反坡，掘進(jìn)里程較長，已達(dá)625 m，抽水存在一定困難，加之本工程所在地電力供應(yīng)、運(yùn)輸條件等客觀條件限制，致使洞內(nèi)積水最高達(dá)接近100 m，經(jīng)過努力，積水得到控制。

本次涌水地段圍巖主要為弱風(fēng)化、微風(fēng)化黑云母變粒巖黑云母花崗巖、黑云母石英片巖，均屬微、弱風(fēng)化的硬巖，完整性較好;地下水自拱墻片狀出露，水溫5℃左右。

3 斷層破碎帶涌水原因分析

3.1 區(qū)域構(gòu)造

隧道處在兩條區(qū)域斷裂影響內(nèi)，分別為近似平行于線路的馬尼翁斷裂和在進(jìn)口段垂直于線路的嘎龍寺斷裂，F(xiàn)7斷層分布在兩條區(qū)域斷裂之內(nèi)，為次級構(gòu)造，見圖1。由于F7斷層位于區(qū)域斷裂內(nèi)，推測其延伸部位分別與馬尼翁斷裂及嘎龍寺斷裂相交，導(dǎo)致這些斷裂內(nèi)的構(gòu)造裂隙水相互貫通，構(gòu)造裂隙水儲量大。

3.2 地質(zhì)情況

進(jìn)口段開挖地層巖性主要為黑云母片巖、石英片巖及花崗片麻巖，巖石片理、裂隙發(fā)育，呈強(qiáng)～弱風(fēng)化狀，巖體破碎，地層產(chǎn)狀210°∠44°。上覆第四系土層主要為崩坡積物和冰磧物，厚度較大，為30～70 m，物質(zhì)組成為塊石土和碎石夾塊石土，呈松散狀，含較豐富的孔隙水。由于地層傾向與坡向相反，地下水在沿坡向向下逕流時受到一定的阻擋，而在沿地層走向方向逕流時相對較為暢通;即在隧道開挖后，地下水沿地層走向與F7斷層走向方向逕流量較大。

圖1 隧址區(qū)地質(zhì)平面圖

由于上述兩方面的原因，導(dǎo)致隧道開挖后F7斷層涌水量較大。但由于現(xiàn)在是冰雪季節(jié)，冰雪融水量不大，地表水大多結(jié)冰，由地表融水匯入隧道內(nèi)不是主要原因，隧道涌水量更多的是受區(qū)域構(gòu)造裂隙水影響。

4 涌水處理措施

在隧道涌水地段，在加大抽排水力度情況下，考慮目前掌子面地質(zhì)情況較好，施工單位目前進(jìn)行了試驗性開挖。開挖前，主要采用對掌子面周邊進(jìn)行小導(dǎo)管注漿。

(1)注漿堵水與加固機(jī)理。注漿堵水與加固是指在隧道開挖之前，對掌子面前方圍巖體進(jìn)行全面的鉆孔壓漿處理，使?jié){液充滿到前方破碎松散巖體的間隙中去，凝固后將其膠結(jié)起來，強(qiáng)度、密實(shí)性得到提高;注漿能在開挖輪廓線的外面形成一定厚度的截水帷幕，降低地層透水系數(shù)，避免地下水在開挖時大量涌放隧道，為隧道掘進(jìn)施工提供條件。

(2)注漿材料和選擇。注漿材料應(yīng)根據(jù)巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件等進(jìn)行選擇。選擇原則是:漿液濃度低，膠凝固結(jié)強(qiáng)度高，膠凝時間可調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性好，操作方便，價格低，環(huán)保等。嘎隆拉隧道斷層帶按注漿機(jī)理劃分為充填注漿，考慮采用摻加適量速凝劑的水泥漿，該注漿材料在凝固后的長期強(qiáng)度、耐久性比較好。

(3)注漿方法。小導(dǎo)管注漿采用Φ42注漿小導(dǎo)管，長度5 m。注漿范圍為拱120°，在拱頂120°范圍內(nèi)施作一環(huán)，間距30 cm。按照設(shè)計要求進(jìn)行鉆孔作業(yè)，開孔前對每孔外插角進(jìn)行準(zhǔn)備測量，到達(dá)要求后進(jìn)行清孔，并安裝小導(dǎo)管，進(jìn)行漿液灌注，注漿強(qiáng)度保持在3～5 MPa，以利于漿液擴(kuò)散。最后檢驗注漿效果。

5 后續(xù)施工處理方案

根據(jù)試驗性開挖結(jié)果以及綜合考慮本項目隧道施工條件，采取后續(xù)施工處理方案如下:

(1)進(jìn)一步加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報工作，尤其是水平鉆探工作，須保證開挖面前方10 m左右的地質(zhì)情況有較為清晰的了解。該要求是個基礎(chǔ)工作，需要進(jìn)一步探明F7斷層性質(zhì)，判定目前地質(zhì)情況就是F7斷層，還是其影響帶。

(2)如前方地質(zhì)條件和當(dāng)前掌子面情況類似，可按目前施工方案實(shí)施，但應(yīng)加強(qiáng)排水，并做好若出現(xiàn)大量涌水的應(yīng)急預(yù)案。初期支護(hù)完成后應(yīng)及時進(jìn)行圍巖系統(tǒng)錨桿注漿(建議將中空錨桿改為Φ42注漿小導(dǎo)管，參數(shù)不變)，對于較大的股狀涌水應(yīng)暫時設(shè)置泄水管，后期再集中進(jìn)行注漿封堵。

(3)如前方地質(zhì)條件有所惡化，但圍巖仍為巖石，只是節(jié)理相對發(fā)育，涌水量略微增加時，建議進(jìn)一步加強(qiáng)超前支護(hù)，施作長度不小于20 mΦ108大管棚，防止拱頂因地質(zhì)條件惡化可能導(dǎo)致的突然坍塌現(xiàn)象。

(4)如前方地質(zhì)條件有較大惡化，出現(xiàn)了土石錯層甚至含土較多或夾泥質(zhì)等強(qiáng)風(fēng)化圍巖，涌水量有較明顯增加，采用全斷面注漿，其目的是有效的堵水和改善圍巖性質(zhì)，主要思想仍是防坍塌。全斷面帷幕注漿由于注漿范圍大，在隧道周邊及前方構(gòu)筑一道隔水保護(hù)圈，阻隔地下水進(jìn)入隧道并減輕隧道結(jié)構(gòu)外水壓力，同時改善圍巖的力學(xué)性質(zhì)，可一定程度上提高斷層破碎帶圍巖強(qiáng)度，抵御地壓能力亦會增加，減小了作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的永久荷載，減輕了隧道結(jié)構(gòu)壓力。具有施工過程中安全性高、堵水效果好優(yōu)點(diǎn)，但投資大，對設(shè)備、機(jī)械要求較高，施工周期長缺點(diǎn)。

綜上所述，在圍巖條件較好但現(xiàn)行施工試驗方案不能完全保證安全的情況下，建議施作超前大管棚局部加強(qiáng)超前支護(hù)，優(yōu)點(diǎn)是在不增加大量投資和耽擱工期的前提下能保證掌子面及隧道安全。若圍巖劣化嚴(yán)重，現(xiàn)行施工試驗方案不能滿足安全要求，則需要考慮進(jìn)行全斷面帷幕注漿。

6 幾點(diǎn)體會

(1)隧道設(shè)計必須體現(xiàn)動態(tài)設(shè)計理念，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場具體情況，及時對設(shè)計方案進(jìn)行必要完善。

(2)由于許多因素影響了隧道地質(zhì)勘探工作，導(dǎo)致了隧道掘進(jìn)面前方圍巖情況的錯誤判斷，因此應(yīng)補(bǔ)充勘探和加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報工作。

(3)在高海拔地質(zhì)條件不穩(wěn)定地區(qū)進(jìn)行隧道工程建設(shè)，地質(zhì)預(yù)報工作對隧道施工有著不可替代的指導(dǎo)作用。必須按照《設(shè)計文件》及相關(guān)規(guī)定認(rèn)真進(jìn)行，為隧道建設(shè)提供有力支持。