明月山隧道塌方突水治理分析

宋建

摘要：文章以明月山隧道塌方突水治理為例，提出隧道經過破碎斷層時塌方，遇高壓水，可采取以止漿墻全斷面封閉，然后注漿回填處理塌方，超前預注漿加固圍巖并堵水的處理措施穿過該斷層，為破碎且突水量和水壓大的隧道施工提供經驗借鑒。

關鍵詞：破碎帶;突水;水壓高;塌方;止漿墻;帷幕注漿

0 引言

隨著全國高速公路里程的不斷增長，隧道數量與里程不斷增多，我國已步入交通強國時代。隧道施工會遇到各類復雜的水文地質條件，對施工質量與安全產生不良影響，耗費大量人力、物力以及財力。因此，需對各類復雜地質條件的隧道采取不同的處治措施，基于此，本文對斷層且突水隧道的塌方和圍巖加固進行闡述。

1 工程概況

明月山隧道全長6 555 m，位于四川省鄰水縣和重慶市墊江縣兩縣交界處，是忠縣至墊江高速公路控制性工程。其地質條件復雜，地下水豐富，主要地質問題有巖溶、突泥、突水、薄煤層低瓦斯、煤層采空區、老窯積水、斷層破碎等。隧道支護方式為超前小導管注漿+鋼筋網片+鋼拱架+噴射混凝土。當施工到約900 m時，拱部發生坍塌，形成長10 m、寬6 m、最高11 m的塌腔，水質渾濁，水流夾帶碎石流出，粒徑最大12 cm，單洞最大水流量達到14.8萬 m 3/d，從出現塌方涌水到制定方案開展施工，經歷了半年多。

2 坍塌處治方案制定

明月山隧道2016年1月開始出現涌水、塌方現象，每天涌水量均達到10萬 m 3以上，水壓大且夾帶碎石流出，如何封堵涌水并固結圍巖成為關鍵問題。截至2016年7月涌水也未有變小的跡象，由于水壓大，在圍巖上直接鉆孔注漿會導致塌方，經過專家的多次勘察研究，最終確定采用澆筑止漿墻封堵掌子面及塌方段，然后泵送混凝土回填塌腔的方案。為了確保安全，經計算止漿墻厚度設計為6 m，在圍巖與止漿墻空隙之間預埋泵送混凝土導管，然后超前預注漿加固圍巖和封堵涌水。

3 止漿墻澆筑

3.1 止漿墻方案

經過半年時間，塌腔已基本穩定，為了確保安全，在距離塌方位置3 m處澆筑止漿墻。止漿墻采用C20混凝土，墻底厚6 m。在墻體預埋10根200 mm鋼管作為排水通道，在塌方段預埋泵管和壓漿管。

3.2 止漿墻澆筑

止漿墻澆筑分4次進行，在墻身與圍巖、墻身與墻身連接處預埋鋼筋連接，澆筑順序與布設位置按照圖1進行。最下一層澆筑分左右幅，施工左幅時先將水全部引入右幅，使左側無水或者少水，然后安裝模板，預埋排水管后澆筑混凝土。待左幅混凝土澆筑5 d且混凝土強度達到70%以上后將水全部引入左側，立模澆筑右幅混凝土，完成后依次澆筑3號、4號混凝土。在壓漿回填坍塌處時，為確保圍巖穩定、安全，防止水從初期支護處涌出，待全部混凝土澆筑完成后對止漿墻后10 m范圍內初期支護段進行注漿加固，加固厚度為10 m。

3.3 坍塌處回填

止漿墻澆筑完成，對初期支護加固后，把預留排水管全部關閉，使掌子面和止漿墻之間流動的水變為靜止。原方案計劃泵送混凝土進行回填，但靜水壓力達到0.8 MPa，混凝土無法泵入，改為壓力更大的注漿施工工藝進行回填。由于空隙處充滿水，最終確定漿液為水泥+漿水玻璃+砂，確保漿液注入后短時間凝固且有一定強度，注漿終壓為1 MPa。

4 超前注漿預加固圍巖

4.1 鉆孔次數和長度

坍塌處壓漿回填后該處無滲漏水且充填密實，但向前開挖需對前方圍巖超前預加固，確保施工中不塌方和不涌水。鉆孔注漿分3次進行，鉆孔注漿深度為30 m，最外一圈外插角度為9°，確保前方全斷面圍巖及開挖輪廓線10 m范圍內填充密實漿液。第1次鉆孔注漿是為了孔口管安裝牢固密實，確保后續鉆孔注漿不滲水。第2次鉆孔注漿主要是加固掌子面附近不穩定圍巖，確保后面鉆孔時圍巖不坍塌。第3次鉆孔注漿是對圍巖及周邊加固，確保注漿后圍巖不滲漏水，具有一定的自穩能力，能為開挖提供安全的工作面。

4.2 注漿方案

4.2.1 漿液選擇

最初注漿方案考慮水泥+水玻璃，因為漿液注入圍巖很快便會迅速固結封堵裂縫，起到立即止水和固結圍巖的效果，提高注漿效率。該方法不適合水壓較大的斷層裂隙水圍巖注漿，水泥加水玻璃雖然止水和固結圍巖的速度快，但漿液擴散范圍小，迅速凝結不利于漿液沿裂隙慢慢擴散，對圍巖的加固范圍有限，不能確保有效地加固。最后確定裂隙較大的采用水泥加砂，對裂隙較小的采用直接注水泥漿的方案。水泥漿液滲透性強，既能填充大空隙，也能滲透進細小的裂縫，強度高，效果好，操作簡單容易。注漿結束再開挖后證明注漿效果理想，漿液擴散范圍大，漿液完整填充圍巖裂隙，能很好地加固圍巖和堵水，防止塌方和涌水。

4.2.2 漿液配合比

由于該段處于斷層上，需根據圍巖裂隙大小確定配合比，使漿液更好地填充孔洞并和巖體良好結合，最終達到注漿止水的效果。最佳的漿液濃度需根據現場經驗和不斷的實踐來確定，配合比則取決于注漿孔的吸漿量和壓力。漿液太稠會過早地堵塞空隙，不利于漿液擴散，水泥太少則起不到注漿效果。因而在配合比設計上，根據具體情況，及時調整，漿液濃度采用1∶1、1∶0.8、1∶0.5三個等級。

4.2.3 注漿壓力

為了使漿液能壓入圍巖并充分填充，注漿壓力需高于凈水壓力，且能密實填充注漿范圍，但壓力不宜過高，太高則注漿填充范圍過廣，造成不必要的浪費，增加投資。現場測得凈水壓力為0.8 MPa，考慮注漿目的和范圍，確定注漿壓力為1.2 MPa。

4.2.4 注漿結束標準

單孔注漿效果依據注漿壓力、注漿量、注漿時間以及串漿情況進行綜合判斷。當單孔注漿壓力達到設計要求，且進漿量在10 min內基本無變化時停止壓漿，隔10 min后繼續往該孔壓漿，當壓力再次達到設計且進漿量≤5 L/min，穩壓10 min后方可結束壓漿工作。

4.2.5 注漿設備

采用杭探SGIA型鉆機、杭探SGB9-12型灌漿泵、JJS-2B型漿液攪拌機、儲漿桶、清水桶、孔口法蘭、球閥和泄漿閥等。

4.3 第1次鉆孔注漿

第1次在止漿墻上鉆孔1 m，目的是安裝孔口管，使孔口管和止漿墻牢固結合在一起，便于后續鉆孔注漿。

孔口管長1 m，外徑為220 mm，間距為1 m左右，梅花形全斷面布置，達到注漿全覆蓋，不留死角。因鉆孔時在止漿墻內，所以無滲漏水，便于安裝孔口管和法蘭盤，成孔后在孔口管四周綁扎麻繩，增加管壁和孔壁的摩擦力。放入孔口管后，注漿填筑管壁與孔壁之間的空隙，防止注漿時水從孔壁溢出。存在高壓水的隧道孔口管安裝是關鍵工序，后面第2次、第3次鉆孔和注漿都通過該孔，其安裝質量的好壞直接決定著后續鉆孔注漿能否順利進行。

4.4 第2次鉆孔注漿

第2次鉆孔在220 mm孔口管內鉆進，鉆頭為54 mm，鉆進長度為15 m，扣除止漿墻和坍塌處注漿的長度，基本上深入巖層5 m。鉆孔太淺對鉆孔圍巖加固有限，鉆孔太長則因水壓太大容易造成涌水太大，不利于圍巖穩定。此次鉆孔注漿的目的是加固前方3～5 m未塌圍巖，讓漿液緩慢進入裂隙加固圍巖。

4.5 第3次鉆孔注漿

前2次鉆孔注漿都是為第3次注漿做準備工作，確保孔口管周邊不滲水和圍巖薄弱地段不涌水塌方，達到注漿效果，以便后續開挖圍巖不塌方，不滲漏水。注漿范圍為止漿墻前方30 m及開挖外輪廓線外10 m和底板4 m范圍。對全斷面進行注漿，注漿孔間距為1 m。本次鉆孔注漿的順序和一般注漿不同，采用先中間后外圈，由近到遠，同一圈由下往上的間隔施作，讓漿液把水擠壓封堵到外面，起到徹底加固圍巖和堵水的效果。鉆進深度根據水壓大小確定，采用分段式或者全孔一次性注漿，無突泥或水壓小則一次鉆孔到位注漿，水壓大則分段前進式注漿，每段長度為5～7 m，直到終孔。

4.6 異常情況處理

在注漿過程中若突發異常，如發生突水或冒漿現象等，需要加強孔口管封堵，采用間歇性注漿，并輔以改變漿液配合比及加入或減少用砂量，對串漿的孔需重新打孔注漿。進漿量突然減少，需檢查注漿管路是否堵塞，注漿孔是否坍塌;注漿量突然增加，應考慮是否遇到溶洞或者巖層裂隙變大，需調整漿液稠度或增大用砂量，否則應停止注漿，待查出原因后再施工。

5 注漿段開挖長度

隧道施工需重視開挖前的超前地質預報工作，開挖前必須對注漿地段做超前鉆芯取樣，了解漿液在圍巖的填充、擴散和固結情況，以及堵水和加固效果。開挖后可以看出，破碎帶填充密實，漿液在寬縫中滲透較遠，窄縫中滲透相對較近，注漿效果好，強度高，巖體自穩能力強。最終確定開挖長度為20 m，預留10 m作止漿巖盤，確保未開挖部分不滲水不塌方，為下一循環注漿加固圍巖提供安全、穩定的工作面。

6 結語

隧道從出現坍塌到順利度過該斷層帶花費了1年左右的時間，隧道塌方和涌水嚴重影響隧道進度、安全以及質量。本次成功注漿堵水加固圍巖有以下幾個關鍵點：

（1）當遇到斷層且有高壓水時，需要先設置止漿墻或止漿巖盤封堵滲涌水，止漿墻厚度、密封性以及止漿巖盤的預留厚度需確保圍巖穩定及注漿時不滲水。

（2）注漿孔的布設和外插角度根據需加固圍巖范圍確定，最好不少于開挖輪廓線5 m，注漿孔應全斷面布設。

（3）裂隙水注漿需使用水泥漿液，便于擴大注漿范圍，更好加固圍巖。

（4）開挖長度根據水壓確定，確保預留的止漿巖盤能抵抗圍巖壓力和堵水。

參考文獻：

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