淺談新疆ABH 某輸水隧洞2#支洞開挖施工中突泥涌水處理技術

徐 偉

（新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

輸水隧洞2#支洞工程位于博樂市JH 縣的JH 二級支流JPK 溝內，洞口距JH 縣城約65 km。2#支洞為輸水隧洞Ⅳ標段的施工支洞，施工范圍為樁號0+000～1+415.269。進口高程為1721.413 m（底板頂高程），與主洞交點（K33+200）高程為1210.368 m（底板頂高程），高差為511.045 m。支洞坡度為21.66°（39.7%）,支洞水平投影長度為1415.269 m，中心線斜長為1513.8 m（含平直段132.308 m），凈斷面尺寸（寬×高）為5.6 m×5.7 m。樁號 0+000～0+400 段為城門洞型，0+400 以后為馬蹄型斷面。

2 工程地質分析

洞口附近地面高程為1720 m～1890 m，坡高約170 m，坡度為35°～45°，局部邊坡陡峭，地表分布第四系全新統沖洪積（Q4al+pl）漂卵礫石和坡崩積（Q4dl+col）碎石土及碎塊石。隧洞圍巖為華里西中期侵入的二長花崗巖（ηγ2b-1）：淺紅色，花崗結構，塊狀構造，巖石較堅硬；華西里中期侵入的二長花崗巖（ηγ2b-2）：灰白色，花崗結構，塊狀構造，巖石較堅硬。

F30 為壓扭性逆斷層，走向NE60°～NE80°，傾向NE，傾角70°，斷層帶寬約10 m，發育蝕變破碎帶，帶內巖石具有全風化巖石的性狀，巖石結構面密集，膠結弱，強度低，局部賦水。

蝕變巖主要沿斷層、構造裂隙等結構面發育，成因主要為汽成堿性熱液蝕變。與原巖比較，蝕變巖密度明顯較小，孔隙率明顯增大，強度低，屬低至極低的耐久性。根據探洞揭露到蝕變巖的比例16.9%預測，2#支洞蝕變巖所占比例應該相近。且蝕變巖破碎帶屬于強富水區，施工風險大，以及排水難度較大。

3 施工原則

根據工程地質、水文地質情況，2#支洞施工必須在可靠超前地質預報的基礎上，嚴格按照“短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測、速反饋”的施工原則組織開展施工工作[1]。

1）重視超前地質預報工作

由于勘察技術的限制和地下工程埋深、蝕變巖分布不均勻，并存在裂隙水、承壓水等因素的影響，2#支洞地質情況還不能完全確定，因此在隧洞開挖過程中，提前探明隧洞的地質情況，以采取相應的技術措施，特別是洞線范圍內的工程地質、水文地質必須充分調查清楚，掌握隧洞范圍內的不良地質現象、地下水存在的形式、巖土滲透系數。所有這些都依賴于超前地質預報等勘察手段。

2）加強超前注漿

2#支洞洞段地下水主要富集在F30 斷層、蝕變巖破碎帶等部位,屬于富水區，其他洞段多為弱富水- 中等富水。斷層F30 及蝕變帶附近存在承壓水，巖體破碎帶或泥化，具備產生高壓力、大流量突水、涌砂的地質條件；在施工中采取超前預報，多點超前探水，注漿堵水，以堵水為主，限量排水的原則進行施工[2]。

3）加強監控量測、信息化施工

監控量測是為了保證隧洞施工安全和順利進行、監測各階段圍巖和支護穩定狀態、修正初期支護參數、判斷二次襯砌施作時機和及時調整施工方法的重要手段，亦是保證安全施工、提高經濟效益的重要條件。特別是對已開挖注漿段的監控量測更顯得尤為重要。

4 施工程序及施工方法說明

（1）施工程序

施工程序流程見圖1。

圖1 施工程序圖

（2）超前地質預報

2#支洞地質復雜多變，蝕變巖分布不均勻，并有承壓水存在，整體隧洞采用動態設計。因此在施工過程中主要采用地質雷達、超前探水相結合的多步預報預警機制，構成隧洞施工的地質綜合預報系統，進行全洞段覆蓋的超前地質預報[3]。超前地質預報實施見圖2。

圖2 超前地質預報實施示意圖

（3）注漿施工

構造發育、巖體種類繁多、巖性界面形態復雜，易引起坍方和較大涌水，在施工前應采取綜合超前地質預報手段探明前方地質情況，在確定破碎體的范圍、性質和滲水情況后采用合適的注漿措施有效地控制施工風險。根據地質預報結果，對不同的不良地段采取全斷面帷幕超前預注漿、局部超前預注漿、頂水注漿及大管棚、小導管、徑向注漿等方法進行止水和加固不良地段。并根據注漿止水、加固地層的效果，選擇相應的開挖支護方案，確保順利安全施工和快速均衡生產[4]。

1）注漿調查試驗

①超前探孔

經過核算2# 支洞最大承壓水壓為2.97 MPa～6.3 MPa（303.3 m×1000 kg/m3×9.8 N/kg÷10-6=2.97 MPa；625 m×1000 kg/m3×9.8 N/kg÷10-6=6.3 MPa）

②涌水量及壓力測試

超前探孔施做時進行涌水量和壓力測試。探水孔鉆探完成后，在探水孔上安裝排水管,用容器提水法或射程計算法進行涌水量預估；涌水壓力可采用孔口管進行測試。預測該孔總的涌水量和水壓力。掌子面總涌水量通過設置排水溝進行測試。

2）注漿方案選擇

目前根據輸水隧洞2#支洞工程已經開挖揭露圍巖情況，對前方洞段決定采用全斷面超前預注漿方案進行堵水，施工過程中將根據超前地質預報成果動態調整前方圍巖止水固結方案。

3）注漿準備

注漿管路連接見圖3。

圖3 注漿管路連接示意圖

4）超前預注漿實施

超前預注漿施工工藝流程見圖4。

圖4 超前預注漿施工工藝流程圖

5）注漿結束與封孔

①灌注水泥- 水玻璃雙液灌漿時，5 min～10 min 進行控制，普通水泥漿當灌漿段在設計壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續灌注30 min，可結束灌漿[5]。

②灌漿結束或中途因故障停止灌漿時，先關水玻璃溶液，后關水泥漿泵。

③當超前預注漿全孔灌漿達到結束標準后，并經檢驗合格后，應及時封孔，封孔采用全孔灌漿封孔，孔口部分采用干硬水泥砂漿將鉆孔封填密實，孔口壓抹齊平。

④每灌漿循環段在最后一個孔位灌漿結束后一律待凝4 天，壓水檢查合格后方可進行隧洞開挖施工。

6）注漿效果檢查

①每灌漿循環段灌漿工作按設計圖紙工程量完成后，向監理人提供該孔的全部鉆、灌工作的原始記錄、全孔每個灌注段的“灌漿過程歷時曲線”（壓力、吸漿量、漿液濃度變化過程線）、全孔各段壓力試驗記錄和灌漿成果柱狀圖以及異常情況處理報告等資料，以便進行質量評估，確定檢查孔參數。

②每循環段在最后一個孔灌漿結束待凝4 天后，進行檢驗。

③檢查孔均應采取芯樣，并對芯樣加以描述，巖芯是否保留，應根據其價值和需要由建設單位確定。

④進行壓水試驗，每個注漿洞段檢查孔為1～3 個，檢查孔分段進行壓水試驗，求其單位吸水量值，透水率小于5 Lu 時視為合格。

⑤在軟巖、膨脹巖應采取水灰比2∶1 水泥漿壓漿檢查注入率小于0.5 L/（min·m）為合格。

⑥不合格孔段進行補灌或采用物探手段檢查。

5 保證措施

（1）安全保證措施

1）對突泥涌水，工程部、安保部要根據本合同段的實際情況，編制好防止防突泥涌水的安全應急預案。

2）做好超前地質預報工作，每次循環進尺均要仔細核對地質情況圖，并加強對掌子面的支護。

3）要按照設計文件要求，對富水地段采用超前預注漿處理加固，施作注漿孔時，孔口加防突水裝置，防止突泥涌水的發生。

4）洞內配備警報器，發生突泥涌水險情時用。

5）備足排水設備，以應付突泥涌水[6]。

6）掌子面避車洞內配備救生圈、救生衣，防水手電筒的應急物資。

7）沿隧洞人行道兩側設單道逃生繩。

（2）質量保證措施

1）每循環超前預注漿前設置5 m 厚的巖砼導向墻（止漿墻），注漿工作面采用噴射混凝土進行封閉。

2）每循環超前預注漿孔位、孔深嚴格按照設計圖紙施工。

3）每孔起點段安設套管，套管與孔壁之間采用麻絲+水泥+水玻璃進行填塞。

4）每灌漿循環段在最后一個孔注漿結束后需待凝4 天。

5）每循環段需進行壓水試驗，每注漿洞段設檢查孔1～3 個，檢查孔分段進行壓水試驗，求其吸水量，透水率小于5 Lu 時視為合格，檢查孔作完壓水試驗后一律進行灌漿封孔處理[7]。

6）每灌漿循環段壓水檢查合格后方可進行隧洞開挖。

7）不合格循環段應進行壓漿補注。