隧道富水?dāng)鄬悠扑閹挥克疄?zāi)害整治措施

宗 輝，匡渝陽

(1.浙江交工金筑交通建設(shè)有限公司,浙江 杭州 310000；2.常山安欣建設(shè)有限公司,浙江 衢州 324000；3.浙江大重建設(shè)有限公司,浙江 杭州 310021)

1 工程概況

延慶至崇禮高速公路河北段棋盤梁特長隧道起點(diǎn)位于赤城縣炮梁鄉(xiāng)磚樓村北，終點(diǎn)位于崇禮縣棋盤梁村東，環(huán)保要求高，施工難度大，為重點(diǎn)控制工程。隧道是一座分離式隧道，左洞全長為5 874 m，右洞全長為5 898 m，標(biāo)段左洞起點(diǎn)樁號(hào)為K87+850，終點(diǎn)為K89+318，標(biāo)段右洞起點(diǎn)樁號(hào)為K87+288，終點(diǎn)樁號(hào)為K89+200。隧道由淺埋段和深埋段組成，隧道最大埋深為287 m，隧道洞室凈空為11 m×5.5 m，支護(hù)結(jié)構(gòu)為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)采用錨噴支護(hù)，系統(tǒng)錨桿采用22 mm砂漿錨桿，桿體長3.0 m，間距1.0 m梅花形布置，噴射混凝土采用C35混凝土，厚度為35 cm。

該隧道K88+750右側(cè)地表有一水溝，與右洞之間平面最近距離約為54 m，水溝標(biāo)高約為1 800 m，距離隧道右洞拱頂約為227 m。水溝將流過第一條斷層地表，可能對(duì)第一條斷層進(jìn)行地表水體補(bǔ)給。

1.1 工程地質(zhì)

隧道穿越地層主要以花崗巖為主，局部夾雜淤泥，圍巖穩(wěn)定性一般，隧道圍巖級(jí)別主要為Ⅳ級(jí)圍巖。根據(jù)前期地質(zhì)調(diào)查結(jié)果可得，該隧道穿越兩條斷層破碎帶，在斷層帶上方有具有水溝和地下水源補(bǔ)給，具有隧道發(fā)生涌水、滑坡、崩塌發(fā)生的基本條件，在施工過程中易發(fā)生涌突水現(xiàn)象。隧道共具有兩條破碎帶，第一條破碎帶位于右洞隧道K88+789～K88+803處，斷層破碎帶寬約14 m，破碎帶內(nèi)為灰黃色、灰白色巖塊夾泥，呈含角礫粉質(zhì)黏土狀，部分碎石狀或碎塊鑲嵌狀，兩側(cè)圍巖較破碎，完整性差。第二條破碎帶位于左洞K89+002～K89+014處，斷層破碎帶寬約12 m，破碎帶內(nèi)為灰黃色、灰白色巖塊夾泥，呈含角礫粉質(zhì)黏土狀，部分碎石狀或碎塊鑲嵌狀。兩側(cè)圍巖較破碎，完整性差。

2 隧道突涌水現(xiàn)場實(shí)測分析

2.1 突涌水實(shí)測分析

由于隧道周邊環(huán)境較復(fù)雜，開挖掘進(jìn)采用單向掘進(jìn)，在掌子面開挖到樁號(hào)K88+790處，出現(xiàn)一道V字形斷層，斷層泥沙夾雜碎石。此時(shí)在掌子面左側(cè)區(qū)域，新生一個(gè)面狀4 m×10 m出水區(qū)域，產(chǎn)生一個(gè)串珠狀出水帶，此時(shí)位于第一條斷層。該處涌水穩(wěn)定流量約20 m3/h，并且與大氣降水沒有明顯關(guān)聯(lián)，呈現(xiàn)穩(wěn)定的基流量，涌出水為清水，不含泥沙。根據(jù)開挖地質(zhì)情況分析，該處支護(hù)上方基本被軟弱充填物覆蓋，地下水沿著初期支護(hù)較為薄弱的環(huán)節(jié)涌出。為防止突水涌泥的進(jìn)一步發(fā)展，立即對(duì)掌子面噴射混凝土加固，開挖臨時(shí)排水設(shè)施引排涌水。監(jiān)控量測是新奧法設(shè)計(jì)理論核心，是施工的重要組成部分，必須將現(xiàn)場監(jiān)控量測項(xiàng)目在施工中認(rèn)真實(shí)施。隧道開工前，要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，量測對(duì)出水點(diǎn)涌水量實(shí)測值進(jìn)行了檢測，檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 出水點(diǎn)涌水量實(shí)測值(2019)

通過圖1所示，為了減少隧道斷層破碎帶的涌水量，提高了注漿堵水的質(zhì)量。合理安排施工順序即節(jié)省了時(shí)間又節(jié)省了施工成本。本項(xiàng)目隧道采用調(diào)整注漿材料、優(yōu)化施工工藝、提升設(shè)備性能等方法，將隧道破碎斷層帶涌突水發(fā)生概率降至10%以下。使工程質(zhì)量、施工效率、施工進(jìn)度上升了一個(gè)新的臺(tái)階，得到了項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)及各界同行的肯定，為后續(xù)項(xiàng)目施工找到了依據(jù)。

圖1 各出水點(diǎn)涌水量實(shí)測值

2.2 突涌水成因分析

(1)圍巖條件因素

根據(jù)隧道開挖過程中所揭示的掌子面圍巖狀況可得，掌子面中間靠上位置出現(xiàn)有壓水流，導(dǎo)致空腔的出現(xiàn)，底板靠近掌子面處有冒水。這是因?yàn)楦鶕?jù)前期的地質(zhì)調(diào)查涌水突泥處位于第一個(gè)斷層地段，該斷層傾角為40°，斷層寬14 m，巖層主要為灰白色巖塊夾泥。而且斷層地段巖石節(jié)理發(fā)育，裂隙較多，形成了良好的水、泥和沙石運(yùn)輸通道。當(dāng)隧道洞身經(jīng)過時(shí)易造成地下水系統(tǒng)的失衡，導(dǎo)致地下水?dāng)y帶著泥沙通過裂隙進(jìn)入隧道內(nèi)，形成突水涌泥的情況，這是導(dǎo)致突泥涌水的重要原因之一。

(2)地形條件

在隧道施工期間大氣降水沒有發(fā)生，所以可以排除大氣降水的因素。由隧道所處地形位置圖可得，第一條斷層破碎帶上方存在一個(gè)水溝，受到地下水和地表水的水源補(bǔ)給，導(dǎo)致斷層破碎帶出現(xiàn)富水、滑塌的狀況。隨著隧道的開挖對(duì)斷層中裂隙水系造成擾動(dòng)，地表水和地下水源源不斷的進(jìn)行補(bǔ)給進(jìn)入隧道，進(jìn)而導(dǎo)致了隧道涌水持續(xù)的進(jìn)行。在長期的自然演變過程中，局部節(jié)理裂隙發(fā)育且缺少向外連通區(qū)段，富集了大量的水源，也進(jìn)一步導(dǎo)致了涌水的持續(xù)進(jìn)行。因此，地下水的匯集和地表水的存在也是隧道持續(xù)涌水的主要因素之一。

(3)埋深高地應(yīng)力原因

隧道右線在K88+789～K88+803、左線在K89+002～K89+014附近開始穿越地質(zhì)破碎帶，圍巖開始變差，并在2019年4～8月先后發(fā)生四次中等規(guī)模塌方及多次小型規(guī)模塌方，塌方發(fā)生前，均進(jìn)行了相關(guān)襯砌段落的加強(qiáng)，但地質(zhì)原因復(fù)雜，塌方體普遍呈現(xiàn)碎塊狀松散體，且形成明顯了塌腔，個(gè)別塌方段落伴隨有泥石流狀地質(zhì)體流出。這四處塌方中，前兩處基本一起發(fā)生，后兩處發(fā)生時(shí)間也非常接近，因此分別在不同的時(shí)間段導(dǎo)致開挖工作無法開展，開挖進(jìn)尺陷入僵局，引起了各方領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。

3 整治方案

3.1 地質(zhì)雷達(dá)預(yù)測

(1)隧道施工要加強(qiáng)地質(zhì)工作，以達(dá)到地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)的目的。常規(guī)地段要實(shí)施跟蹤地質(zhì)調(diào)查，不良地質(zhì)地段要進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)要作為必備工序納入施工組織管理。

(2)跟蹤地質(zhì)調(diào)查與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，要達(dá)到下列主要目的。

①在施工前期地質(zhì)勘察成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步查明掌子面前方一定范圍內(nèi)圍巖的地質(zhì)條件，進(jìn)而預(yù)測前方的不良地質(zhì)以及隱伏的重大地質(zhì)問題。

②為信息化設(shè)計(jì)和施工提供可靠依據(jù)。

③降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

④為編制竣工文件提供可靠的地質(zhì)資料。

(3)隧道施工前要根據(jù)設(shè)計(jì)文件的地勘資料，編制地質(zhì)預(yù)報(bào)方案和實(shí)施大綱，并報(bào)有關(guān)部門審查和批準(zhǔn)后執(zhí)行。

(4)跟蹤地質(zhì)調(diào)查與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)要配備專業(yè)技術(shù)人員和設(shè)備。

(5)地質(zhì)預(yù)報(bào)、信息化設(shè)計(jì)和信息化施工是一個(gè)有機(jī)的整體，各方要協(xié)調(diào)一致，緊密配合，既為量測作業(yè)創(chuàng)造條件，又避免因搶工程進(jìn)度而忽視量測工作。同時(shí)要做到信息傳遞順暢，反饋及時(shí)，快速?zèng)Q策處理。

(6)現(xiàn)場照明、通風(fēng)等作業(yè)條件良好，滿足正常預(yù)報(bào)作業(yè)需要。

該隧道掌子面K89+002到前方K89+014探地雷達(dá)100 MHz屏蔽天線Wiggle圖與Scan圖探測成果。

3.2 超前探孔排水減壓

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可得前方存在富水帶，采用鉆機(jī)按照前進(jìn)方向?qū)φ谱用孢M(jìn)行鉆孔，鉆孔深度15 m，鉆孔直徑為Φ150 mm。鉆孔可以作為減壓排水孔，對(duì)于降低水壓具有良好的效果；另一方面鉆孔還可以探明前方地質(zhì)狀況，是否存在較大的空腔和暗流。

3.3 超前注漿加固

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和掌子面揭示的圍巖地質(zhì)狀況，可得掌子面前方巖體破碎，出現(xiàn)富水溶腔，隨著開挖的進(jìn)行易加重突涌水現(xiàn)象。為保證施工過程中的安全首先調(diào)整施工，加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)。首先，在涌水區(qū)域加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，縮減每榀拱架間的間距，涌水范圍內(nèi)圍巖拱部范圍內(nèi)采用φ22 mm超前錨桿預(yù)加固，加固拱部軟弱巖體，并采用網(wǎng)格狀沿著隧道周邊布置注漿孔，注漿材料采用馬麗散。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)巖石節(jié)理面產(chǎn)狀使錨桿垂直于巖面，按照“打一個(gè)鉆孔注死一個(gè)鉆孔”的思路來實(shí)施。控制馬麗散注漿流速5 L/min左右，馬麗散注漿孔梅花形布置如圖8所示，孔間距3 m，孔深3 m，注漿封孔器設(shè)于0.5 m深度處，1.0 m后設(shè)花管。馬麗散注漿終結(jié)控制標(biāo)準(zhǔn)：(1)注漿終壓為2～3 MPa，在單孔注漿達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)前持續(xù)注漿，不得間斷。(2)面狀出水區(qū)域只有導(dǎo)水管排水，他處無明顯出水。(3)馬麗散漿液完全固化后初期支護(hù)變形減小并且趨于穩(wěn)定。事實(shí)證明通過周邊注漿+超前錨桿加固可很好的控制突涌水現(xiàn)象。

3.4 空腔回填

脫空回填處理，回填采用同標(biāo)號(hào)C35混凝土泵送回填，確定回填所需混凝土方量，回填分批進(jìn)行，單次回填高度不超過50 cm，設(shè)置兩道泵送管脫空處預(yù)留排水管。同時(shí)仰拱施工時(shí)預(yù)留60 cm×60 cm排水管道與中排溝相連形成排水通道，二襯施工時(shí)側(cè)墻增加一處沉沙池壁厚度與二襯厚度一致，沉沙池較中排溝溝底低1.5 m以沉淀泥沙。

4 結(jié) 論

(1)延慶至崇禮高速公路河北段棋盤梁特長工程穿越斷層時(shí)出現(xiàn)小規(guī)模的突涌水、滑坡、崩塌現(xiàn)象，主要是因?yàn)閿鄬拥囟螏r石節(jié)理裂隙發(fā)育，為地下水和沙石提供了運(yùn)輸通道。而且斷層上方地表面地下水的匯集和地表水溝的存在也導(dǎo)致了隧道掌子面持續(xù)涌水。

(2)針對(duì)延慶至崇禮高速公路河北段棋盤梁特長隧道的突涌水現(xiàn)象采取了鉆孔排壓和超前錨桿以及周邊注漿等措施，取得了良好的整治效果，可為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。

(3)在穿越斷層地帶時(shí)要做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探明前方地質(zhì)和并采用超前錨桿結(jié)合馬麗散注漿材料對(duì)隧道周邊進(jìn)行環(huán)向注漿。