重慶歇馬隧道ZK7+292涌水處治施工技術

肖載興，鄭彥飛(中鐵十四局集團第五工程有限公司，重慶400700)

重慶歇馬隧道ZK7+292涌水處治施工技術

肖載興，鄭彥飛
(中鐵十四局集團第五工程有限公司，重慶400700)

隨著高速公路、鐵路等大規模基礎設施的建設，在復雜地質條件下修建的隧道工程也越來越多。在施工過程中，注漿法是一項必備的輔助工法，常用于處理隧道內突泥、涌水、軟弱巖層等復雜地質，為隧道安全、順利地掘進提供有力保障，同時，也保護了地下（表）水生態環境。論文結合重慶市歇馬隧道工程實例，介紹了山嶺隧道超前帷幕注漿施工中的關鍵技術，為同類工程施工提供技術參考。

歇馬隧道；涌水處治技術；注漿啟動標準

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.164

1 工程概況

歇馬隧道為重慶市“五橫、六縱、一環、七聯絡”快速路系統中“一橫線”的控制性工程。隧道西起北碚區歇馬鎮，穿越中梁山脈，東至北碚區蔡家崗鎮，左洞長4187m，右洞長4150m，隧道最大埋深392m，屬深埋特長隧道，設計為分離式雙洞雙向6車道。

歇馬隧道穿越中梁山脈以觀音峽背斜軸部隆起為主的“背斜脊狀山”構造，因中梁山頂部受碳酸鹽巖溶蝕作用的影響，形成了劉家槽和窯灣兩條巖溶槽谷，呈“一山兩槽三嶺”形態，如圖1所示。

隧址區主要分布白廟子斷層及其區域褶皺觀音峽背斜，地層主要為一套海相與淺海相碳酸鹽巖、碎屑巖和內陸相碎屑巖沉積；揭露的地層為下沙溪廟組、新田溝組、自流井組、珍珠沖組；三疊系次之，其地層為須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關組；第四系零星分布，厚度不大，主要為崩坡積、殘坡積物；巖性主要有灰巖、白云巖、巖溶角礫巖、泥質巖、砂巖。地下水主要以基巖裂隙水及巖溶水為主，可溶巖地段地下水埋藏豐富。隧道存在巖溶、地下突水、涌水、突泥、穿小煤窯采空區、低瓦斯及地下水腐蝕性等地質問題，其中白廟子斷層在樁號K7+640處通過。

圖1 工程地質示意圖

2 ZK7+292段突發性涌水段的處治

2015年11月7日，歇馬隧道左線進口在隧道掘進過程中揭露多處股狀出水點，9日掌子面施工至樁號ZK7+292時，掌子面圍巖為構造角礫巖破碎帶，雜泥沙充填裂隙，在拱頂位置采用地質鉆機實施超前水平探孔，探孔至12m時出現大量涌水，單孔涌水量約為900m3/d，水壓為0.6MPa，隨著涌水的沖刷，探孔出現塌孔堵塞，整個掌子面大面積開裂，滲水嚴重，危及施工安全。現場立即啟動應急預案，采用鋼筋人工疏通探水孔防水泄壓，同時調集渣車在掌子面反壓回填洞渣，并對反壓回填渣體表面及出露掌子面采用C25噴射混凝土進行封閉，以防止涌水對掌子面及已施作的初支繼續產生破壞作用[1]。

在洞頂上方隧道直徑約800m處的大爛池水庫水，水庫面積28 000m2，出水量10～15萬m3，從11月8日開始，水庫水位以18～29cm/d的速度下降，至17日水庫干枯，水庫底部出現直徑約2m的陷坑，同時在水庫南側50m和200m的位置，地表出現2處直徑約5～6m的陷坑，深度約2～3m。

2.1 地質災害原因分析

險情發生后，建設單位組織歇馬隧道各個參建單位，就本段隧道涌水原因進行討論分析，分析認為：

1）隧址區水文地質結構比較特殊，三山兩槽，三山為隔水層，兩槽為嘉陵江灰巖含水層，地下水位比較高，隧道穿過含水層，涌水是必然的；

2）隧址區巖溶產生的年代并不長遠，容易破裂，且附近已建有多條隧道，經過幾輪排除地下水的工程行為，造成地下水水位下降，施工已對地層造成了多次擾動，導致隧址巖溶區水環境生態脆弱；

3）歇馬隧道內排出的水為山體含水層內的水，含水層的水排除后必須補充，由此對地表的水體產生倒吸作用，大爛池水庫存在巖溶與槽谷的斜坡地段，補給主要為地表水，水庫底主要為厚層黏土和淤泥隔水層，受倒吸作用的影響，導致水庫底隔水層遭到破壞，水庫內的水被吸入含水層；

4）隧址區域巖溶地表淺層發育，由于巖溶管道封閉性較好，地下水位下降比較快的時候產生真空負壓，造成了地表土體的吸蝕下陷。

2.2 處治措施

2.2.1 處治原則

依據隧道現場地質情況、涌水的特點及地表影響的范圍，本段涌水處治采用超前預注漿堵水、徑向注漿加固的方法對涌水實施封堵，繼續堅持新奧法的施工原則，同時加強對地表建構筑物的監測力度，確保地表人民生命財產安全。

2.2.2 處治程序

1）排水孔：回填反壓封閉完成后，視反壓情況及涌水潰口位置預留φ150mm的排水孔，將涌水引入隧道兩側邊溝，排出洞外（必要時可在渣體內插入注漿管，進入掌子面5～10m，對掌子面圍巖進行注漿加固）；

2）清基：清除回填反壓洞渣，對掌子面及時進行C25噴射混凝土封閉；

3）止漿墻：在保證掌子面圍巖的前提下分3層澆筑止漿墻；

4）初支加固：對掌子面10m范圍內已施作的初支及圍巖進行注漿加固，防止注漿導致圍巖變形，破壞隧道結構；

5）帷幕注漿：采用超前帷幕注漿加固前方破碎圍巖，改良地層圍巖條件，降低地層滲透能力；

6）二襯襯砌：及時施作二次襯砌，二次襯砌采用60cm厚C40耐腐蝕鋼筋混凝土澆筑。

2.3 注漿設計

根據超前鉆探及地質雷達掃描，掌子面前方0～14m地層為角礫狀灰巖，巖體極其破碎，透水性能極強，掌子面右側滲流水尤為嚴重，初步判定與地表淺層巖溶水系連通。并根據已探明的地質情況，及時調整和優化注漿堵水方案：

1）成立動態設計領導小組，根據出水量、地質情況及地表、地下水環境影響情況靈活處理制定方案，突出其科學性、適用性及針對性適宜；

2）優化注漿啟動標準，如表1所示；

表1 優化注漿啟動標準一覽表

3）注漿加固范圍由開挖輪廓線外7m調整為4.5m，縮小了加固范圍，減少了布孔數量，以便加快施工進度，強化區域注漿效果；

4）由后退式注漿調整為分段前進式注漿，分段長度為3～5m，注漿單孔擴散半徑由3m調整為2m；

5）拱部120°范圍設置φ76mm×5.5mm超前中管棚剛性超前支護，一循環管棚長度7m，每循環搭接3m；

6）優化注漿材料，由普通硅酸鹽水泥+水玻璃雙液漿調整為快硬硫鋁酸鹽水泥單液漿，在保證快速掃孔的情況下增加漿液的擴散半徑，如圖2所示。

2.3.1 注漿材料

注漿材料采用425普通硅酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥，以普通水泥單液漿為主，在注漿過程中當長時間注漿壓力不上升時，采用快硬硫鋁酸鹽控制漿液擴散范圍。普通水泥（或快硬硫鋁酸鹽水泥）單液漿配合比為：W∶C（水∶水泥）=0.8∶1～1∶1，凝膠時間根據現場情況確定。

2.3.2 注漿參數

采用前進式分段注漿，分段長度為3～5m，單孔注漿加固半徑為2m，注漿施工過程嚴格按照發散—約束型注漿原則和“由外到內、由下到上、間隔跳孔”的順序施工，以達到控域注漿，加固堵水的目的。

2.3.3 注漿結束標準

本循環注漿通過優化注漿啟動及結束標準，于2015年11月16日開始進行鉆孔注漿施工，12月16日結束注漿，歷時30d，較好地完成了本循環注漿任務。通過各種手段檢測，并經開挖驗證，本段圍巖注漿固結效果較好，僅局部存在少量散淋水，開挖后通過局部徑向注漿補強，達到了預期注漿封堵地下水的目標。

1）單孔注漿結束標準優化

圖2 注漿設計圖

單孔注漿后主要進行以下兩方面的優化：（1）注漿終壓由原設計的2倍水壓優化為4～6MPa，保證了漿液的有效擴散半徑；（2）注漿結束時的進漿量由原設計的＜20L/min優化為＜10L/min，經開挖后檢查，漿液在圍巖裂隙中充填飽滿，在隧道輪廓線以外形成一定厚度的加固圈，并有一定的強度，確保了隧道施工及結構的安全。

2）全段結束標準

全段結束注漿的檢驗標準包括：（1）所有注漿孔均已符合單孔結束條件，無漏漿；（2）檢查孔涌水量＜0.1L/min；（3）注漿后檢測涌水量＜0.5m3/（m·d）；（4）檢查孔鉆取巖芯，漿液填充飽滿，并達到一定強度；（5）注漿加固圈范圍大于設計值。

2.3.4 注漿效果檢查及評定

1）p-q-t曲線分析法

通過注漿施工過程中記錄的注漿壓力p、注漿速度q進行p-t、q-t曲線繪制；結合地質特征、注漿設備及注漿參數對曲線綜合分析，對注漿效果進行評判。本循環鉆孔注漿施工過程，注漿量和注漿壓力隨注漿時間變化情況繪制p-q-t曲線，主要表現為3種形式。

圖3為對出水量較大的孔注漿以封堵大的出水裂隙及過水通道為主所表現出來的p-q-t曲線。從圖2a可以看出，如月8、C13出水量較大的孔，注漿初始壓力略高于水壓力，注漿流量一般在70L/min，注漿期相對較長，隨著注漿的進行，當主要出水裂隙被封堵后，注漿流量隨即下降，注漿壓力快速上升，經過對已充填裂隙的快速擠壓密實過程后，壓力快速達到或超過注漿壓力，即停止注漿。

圖4為對部分出水量相對較小或無水的注漿孔注漿過程表現所出來的p-q-t曲線。因孔內水量小或巖層相對密實，地層吸漿能力較差，如A5、月20在注漿開始流量就相對較小，可注期相對較短，注漿壓力和流量變化較快，在很短的時間內壓力就達到或超過設計注漿壓力，然后停止注漿。

圖3 水量較大孔p-q-t曲線形式

圖4 水量較小孔p-q-t曲線形式

圖5 為個別無水孔注漿過程表現出來的p-q-t曲線。符合該曲線的孔主要集中在掌子面左側，如月23孔，孔內無水或水量較小，但地層孔隙較大或地層相對比較軟弱，注漿以填充孔隙為主，地層吸漿量大，經過相對較長的注漿期，壓力和流量保持不變，當地層孔隙充填到一定密實度后，注漿流量隨注漿壓力上升迅速減小，達到設計結束標準。

從圖6可以看出注漿初期流量為50L/min,注漿開始后，壓力開始緩慢上升，隨著注漿的進行注漿流量隨壓力上升很快下降，20min左右即可達到或超過8MPa，檢查孔地層吸漿量較小。根據曲線可以看出地層有一定的吸漿能力，但吸漿液量較小，分析認為因地層密實度高或裂隙細小，漿液擴散比較困難，可注性差，地層已得到擠密性加固。

圖5 個別無水孔p-q-t曲線形式

圖6 檢查孔p-q-t曲線形式

2）檢查孔法

注漿結束后，根據該循環鉆孔注漿施工過程中出現的薄弱部位，布設7個檢查孔，利用管道檢測儀對孔內攝像，從孔內攝像可以明顯看出，前方破碎巖層以及裂隙被漿脈填充，除局部存在縮孔外，大部分區段孔壁順滑、自穩定性強，孔內成像照片如圖7所示，2～15m地層較破碎，15～23m自穩能力較強，孔壁光滑，成孔效果好。

圖7 檢查孔孔內攝像測試情況

3 結論與體會

1）針對中梁山復雜多樣的地質特點，認真吸取以往中梁山隧道建設普遍漏水的教訓，在類似工程的施工過程中，首先要選擇適宜的地表、地下水文監測方案，劃定監測范圍，起到提前預警預報的作用；

2）孔內攝像法能直觀地了解前方地質及出水情況，在類似的工程施工中有較高的推廣應用價值；

3）針對高壓富水破碎帶超前預注漿施工中，注漿材料采用快硬硫鋁酸鹽水泥單液漿（配合比W∶C=0.8∶1～1∶1）的方案是成功的，解決了傳統強堿性注漿材料（普通水泥+水玻璃雙液漿）對地下水環境污染的問題；

4）歇馬隧道ZK7+292高壓富水段順利開挖通過，說明了本段啟動注漿的優化標準是可行的，同時在施工過程中采用動態設計領導小組的模式實行動態管理，既能確保特殊地質情況下施工方案的可行性、科學性以及適宜性，建設單位又能及時地控制項目施工成本；

5）富水地段采用前進式帷幕注漿，通過重復地注漿、掃孔、注漿，保證了每階段的注漿質量，達到了“限量排放”的目標，但在對同一個孔不停重復鉆孔+注漿過程中，單個注漿孔的工作效率低，時間消耗較大，施工工期影響較大。

【1】席光勇.深埋特長隧道（洞）施工涌水處理技術研究[D].成都：西南交通大學，2005.

The Water Burst Treatment Technique for ZK7+292 of Chongqing Xiema Tunnel

XIAO Zai-xing，ZHENG Yan-fei
(The5th Engineering Co.Ltd.of China Railway14th Bureau Group,Chongqing 400700,China)

With the construction of highway, railway and other large-scale infrastructure, in the complex geological conditions of the tunnelconstruction is also more and more. In the construction process, grouting is an essential auxiliary method, which is often used to deal with thecomplicated geology such as burst mud, gushing water, weak rock strata in the tunnel, provide a powerful guarantee for the safe and smoothtunneling.At the same time, also protected the underground (surface)water ecological environment.This paper combined with the example ofChongqing Xiema tunnel, introduced the key technology of advanced curtain grouting construction of mountain tunnel , and provided thetechnical reference for similar project construction.

Xiema tunnel；water burst treatment technology;grouting start standard

U456.3

A

1007-9467（2016）12-0152-05

2016-11-08

肖載興（1984～），男，四川瀘州人，工程師，從事工程施工技術研究。