淺析隧道斷層破碎帶初支防排水措施

劉利英

0 引言

隧道作為一種地下建筑物，在施工過程中不可避免地要遇到地下水的干擾，從而引發許多特殊的工程問題，如塌方、冒頂、涌水、突水，甚至地下泥石流、隧道大變形等。據統計，南昆鐵路的415座隧道中，15%的洞段發生塌方，93.5%發生涌水;青藏鐵路關角隧道通過 11條斷層帶，修建過程中，發生塌方達 60余次;而隧道斷層破碎帶則極易發生突水、突泥淹沒隧道，損壞機械設備，危及人身安全，造成重大經濟損失，并成為地質災害。為防患于未然，斷層破碎帶的防水治水工作不容忽視，本文結合云中山隧道洞內斷層破碎帶滲、涌水特征提出了幾種防排水措施，對同類型隧道的防排水施工有一定的參考價值。

1 工程概況

云中山特長隧道下行線起訖里程LK 41+475～LK 47+040，全長5 565m，縱坡坡度為2.15%～2.7%，該隧道位于盤道嶺～化北屯褶皺帶的東南翼，大致沿北東方向展布。隧址區斷裂發育，為高角度的逆斷層與正斷層，斷層破碎帶及其影響帶較寬，斷層影響帶內巖體破碎，呈碎石狀松散結構，隧道圍巖主要為灰紅色、灰白色花崗巖夾泥巖。圍巖變化頻繁，地質條件復雜。當隧道開挖至LK 42+644時出現大量滲水，滲水量達 460 L/h，滲水點散，有的在拱頂、有的在邊墻、有的在掌子面;水質較清。圍巖主要是灰紅色強風化花崗巖夾泥巖，泥巖松散軟弱，遇水易軟化，灰紅色強風化花崗巖破碎，裂隙發育。根據地質條件及實地勘查，研究認為此段地下水豐富，主要是基巖裂隙水，灰紅色強風化花崗巖為含水層，泥巖為隔水層，主要受斷層破碎帶影響。圍巖整體性較差且富水，施工過程中滲、涌水較為常見。

2 治水措施

由于地下水主要為基巖裂隙水，根據滲水量的大小、壓力、分布情況采取不同的處理方法。

1)對于大面積滲水，裂隙發育的地方，采用固結注漿:將隧道周邊滲涌水控制在一定限度，同時對隧道圍巖進一步加固。注漿施工參數的確定:a.注漿孔管布設:孔徑為50mm，孔深200 cm，間距 75 cm，梅花形布置。在每個注漿口處設一 φ42孔口注漿固定管，長度60 cm;b.注漿漿液參數:水泥漿水灰比為0.8∶1～1∶1，水玻璃濃度為25Be′～40Be′，水泥漿與水玻璃的體積比為1∶1;c.注漿壓力:控制在0.5MPa～1MPa，由現場試驗情況具體確定。

注漿施作要點:a.注漿管路系統的試運轉:在注漿前將各種設備連接成注漿系統，接好風、水、電，連接好各種管路系統，用1.5倍～2倍于注漿終壓對系統進行吸水試驗檢查，檢驗管路系統能否耐壓，有無漏水;檢查管路連接是否正確;檢查設備機況是否正常。確保系統均處于良好的狀態方可進行注漿作業。b.制漿:水玻璃原液51 Be′，模數2.1～2.8。按要求稀釋成 25 Be′～40 Be′使用。稀釋方法是邊加水、邊攪拌、邊測量，至 35 Be′為好。水泥漿的配制按料重先輕后重的順序投料，先在攪拌筒內添加好清水，在開動攪拌機的情況下，緩緩加入要求的水泥量。攪勻后(一般為5min)，經5mm×5mm孔的網篩過濾后，即可放漿供注漿用，為實現連續制漿、連續注漿，必須配備 1個 ～2個儲漿桶。c.注漿順序:根據降水漏斗原理，一般先注外圈孔后注內圈孔，先注無水孔后注有水孔。如遇竄漿或跑漿，則間隔 1個孔或幾個孔灌注。d.注漿壓力的控制:由于注漿管路一般都短于30m，且彎頭少，進出漿口高差也在 6m以內，經驗表明注漿壓力的管路損失很小，在0.1MPa以內，所以可認為注漿壓力就是顯示的泵壓值，由注漿泵的油壓控制調節，按注漿終壓計算出泵的油壓值來控制。對注漿泵油壓的設置，當達到該壓力且繼續升高，會自動停泵，十分安全，不致發生超壓注漿而出現危險。e.漿液配比的控制:漿液的配比受凝膠時間的直接控制，它的控制原則一般是先稀后濃，逐級變換。可根據圍巖的破碎程度及裂隙發育情況確定采用間歇注漿或連續注漿，確保漿液注入后達到預期的固結作用。

2)對大面積滲水、裂隙發育段固結注漿后再進行噴射混凝土封堵，在噴射混凝土中適當增加速凝劑的量，減小水灰比。噴射混凝土可分為 2層～4層，每層厚度不小于 5 cm，當隧道開挖后立即噴射第一層混凝土進行封閉，噴后斷續漏水的加設ψ形彈簧排水管(其布設方法見圖1)。立即向其表面噴射2 cm～3 cm速凝灰漿包裹固定，然后噴第二層混凝土進行封閉。如還有滲漏水現象，在滲漏點鉆眼引水，再加ψ形彈簧管，噴射混凝土，直至封閉為止。ψ形彈簧管一端引入集水坑。

3)對邊墻滲水較大的點采取引、排;出水點鉆孔后用鋼管或軟管插入，尺寸大小及長度視具體情況而定;插入點管子周圍用防滲水泥或補噴混凝土進行封堵，盡量使水由管子排出。

4)對拱頂滲水點，用鋅皮容器懸吊接水，容器下部用軟管連通;鋅皮用膨脹螺栓固定或在拱架上焊接鋼筋用鉛絲綁扎。拱頂散水點鋪貼防水板或用鋅皮片把水引入懸吊容器或直接引至邊墻，在邊墻上挖縱向水溝，拱頂散水引到邊墻流入水溝。

5)對拱腳用管子無法直接引水的滲水點，采用邊墻底板挖集水坑，埋入大油桶并用巖碴覆蓋(保證邊墻的穩定)，桶內放一個小潛水泵，潛水泵軟管由桶內引出后沿邊墻吊掛，為防止開挖飛石破壞管子，可用軟管與鋼管配合使用。油桶埋入深度以不被裝載機出碴破壞、不影響施工為止，引入油桶的水注意過濾，可以挖引水溝放碎石過濾，也可以用管子引入，盡量減少泥沙流入桶內。

3 幾點體會

1)斷層破碎帶施工應盡量避開雨季，采取有效措施減少地表水的滲入。2)斷層破碎帶防排水施工進度上不能急于求成，但在施工過程中應保證安全快速，盡量減少工序之間有脫節現象。3)臨時防排水工程施工完畢對注漿地段應加強監控量測，及時反饋信息，以信息指導施工。同時對已注漿地段及周邊加強觀察，對仍滲、涌水及注漿后出水量、出水點位置變化情況進行詳細記錄。

4 結語

隨著科學技術的進步，地下工程的建設將不斷深入，工程地質和水文地質條件將愈加復雜，如何在不良地質條件下(如斷層破碎帶、基巖裂隙水富集等)，優質高速建好隧道等地下工程，加強對基巖裂隙水的理論和實踐研究，掌握斷層破碎帶地下水的賦存規律，認識其滲流特性并能在施工時進行科學合理的治理，具有極其重要的現實意義。

[1] 中交一院.云中山隧道防排水設計圖[Z].2009.

[2] JTG D 70-2004，公路隧道設計規范[S].

[3] JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范[S].

[4] 大島洋志.隧道開挖時涌水枯水的計算[J].隧道譯叢，2009 (8):11-14.