高速公路特長隧道涌水突泥處治施工技術(shù)研究

韋盛力

【關(guān)鍵詞】高速公路;特長隧道;涌水突泥;隧道施工;處治技術(shù);帷幕注漿

【中圖分類號】U45 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）10-0088-03

0 引言

高速公路建設(shè)過程中，作為主要構(gòu)筑物的隧道，在施工中面臨許多難題和挑戰(zhàn)。近年來，我國交通事業(yè)為適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力減少各地路程的時長問題，隧道工程建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。在此過程中，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的隧道工程越來越多見，其中就包括高速公路特長隧道[1]。我國山地面積占全國總面積的30%左右，因此需要在復(fù)雜地質(zhì)條件下建設(shè)鐵路隧道與公路隧道。隧道工程施工受地形環(huán)境、水文地質(zhì)等多種因素的影響，容易產(chǎn)生各種地質(zhì)災(zāi)害，影響隧道施工安全，其中涌水突泥是隧道內(nèi)頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，它受斷層破裂帶的影響，具有突發(fā)性，會消耗地表水資源，影響生態(tài)環(huán)境，易造成圍巖失穩(wěn)、地表塌陷等災(zāi)害，對施工人員、機(jī)械設(shè)備及隧道本身造成較大的安全威脅，如果處理不當(dāng)，會影響隧道施工進(jìn)度和今后的正常使用，對隧道工程的長期運營極為不利[2]。為此，工程人員必須積極對涌水突泥處治施工技術(shù)開展研究與應(yīng)用，降低隧道施工安全風(fēng)險，保證隧道使用安全，為今后隧道工程的順利建設(shè)提供技術(shù)支持。

1 隧道涌水突泥處治施工技術(shù)

涌水突泥雖然具有突發(fā)性，但也具有短暫性穩(wěn)定的特點，所以在發(fā)生大范圍涌水突泥后，應(yīng)抓住時機(jī)及時采取處治措施，通常采取的綜合整治方案的步驟是先封堵，再排水，最后加固，具體施工流程如圖1所示。

如圖1所示，在施工前進(jìn)行施工準(zhǔn)備，制訂施工計劃，然后根據(jù)實際地質(zhì)情況調(diào)整施工方案;要做好現(xiàn)場監(jiān)控和測量工作，還要準(zhǔn)備防水措施，只有待所有準(zhǔn)備工作結(jié)束后才能開始正式施工。

1.1 堵排結(jié)合處理涌水突泥段

涌水突泥病害發(fā)生后，在處置過程中為了避免再次引發(fā)災(zāi)害或施工事故，必須先對一些同類工程的搶險結(jié)果進(jìn)行研究，不能盲目地進(jìn)行抽水清淤。針對涌水突泥段洞內(nèi)大量堆積的砂石、淤泥和污水，首先通過地表鉆孔確定入孔方位，保證孔管入深位置后再進(jìn)行地面投料，主要以破碎巖石混凝土為主;然后完成注漿工作，控制災(zāi)害發(fā)生路段路面的穩(wěn)定，阻控淤泥;最后進(jìn)行抽排水和清淤工作[3]。施工應(yīng)遵循排水和堵泥同時兼顧的原則，在潰口路段和兩側(cè)雙向施工分別投料，可以有效阻止大量的涌水和泥砂，避免涌水和泥砂繼續(xù)涌入洞口，形成涌水突泥段疏水降壓點，為清除淤泥做好基礎(chǔ)工作。地表投料孔位的位置如圖2所示。

如圖2所示，其中1、2、3、4和5孔為投料注孔，6和7為破碎巖柱注漿孔，各孔通過鉆孔到段內(nèi)指定預(yù)計深度位置。1、2、3孔為隧道中部中心地段，這一部分作為滲濾層骨料投放，先用鉆桿進(jìn)行搗碾，使淤泥堆積更容易疏通，再用清水洗孔。細(xì)小的灰?guī)r石具有很好的過濾凈化作用，是本次滲濾層的主要用料，為了防止發(fā)生堵孔情況，每施工10 m就要進(jìn)行一次探視以確保施工質(zhì)量，填充高度達(dá)至拱頂。4孔和5孔地表較淺，淤積土質(zhì)疏松，用注漿泵將漿液從孔管中先注入一定比例的水灰，再注入泥漿，然后循環(huán)進(jìn)行這一操作，直到將投料堆到拱頂以下1 m。為了保障順利排水，要確保工作面的巖體穩(wěn)固，因此穩(wěn)定潰口巖柱和周邊拱頂是排水過程中的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)注意注漿時的水和泥漿及過濾石的比例，嚴(yán)格控制用量，這樣可以避免因大量注漿導(dǎo)致排水時土體砂石在段內(nèi)出現(xiàn)二次堵塞，通過鉆桿從孔管底部自下而上逐步抬升，循序疏通，待排水施工結(jié)束再用快干水泥在孔管下部封孔[4]。經(jīng)過地表投料，完成潰口工作面的堵排工作，涌水量趨于平穩(wěn)，基本實現(xiàn)預(yù)計涌水作業(yè)目標(biāo)。

由于無法劃定災(zāi)害的影響范圍且地質(zhì)環(huán)境因素復(fù)雜，雖然經(jīng)過鉆孔和注漿排水，但仍然可能存在盲區(qū)，為了防止在注漿盲區(qū)發(fā)生災(zāi)害，因此在加固注漿前，必須采取排水降壓措施[5]。首先設(shè)置高位排水孔，位置自右向左，使孔口能起到疏水和檢查的作用，既可以作為排水孔也可以作為注漿觀察孔。將高位排水孔設(shè)為4排5孔，間距為3 m。用地表投料物填充底部，建成泄水工作面，根據(jù)實際情況設(shè)置錨桿位置，并噴射一定比例的混合泥漿，處理邊坡土，使邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。將防水板搭建在平臺面上方，設(shè)置鋼筋網(wǎng)為骨架，用一定比例的混合泥漿封底，在周圍建造排水溝，讓排水坡面具有一定坡度，將水引入排水溝排出。

1.2 全斷面帷幕注漿施工加固隧道段

根據(jù)地下水特點和圍巖土質(zhì)，采用帷幕注漿技術(shù)，首先采取全斷面注漿進(jìn)行大面積注漿，再進(jìn)行局部注漿，最后通過補注漿填充注漿盲區(qū)。注漿第一段采用空口管，對其進(jìn)行阻水治理，增強前方巖體強度，使前方巖體聚攏收緊，形狀有所改變，形成止?jié){巖盤，應(yīng)盡快使掌子面閉合，呈閉合狀態(tài)時利于工作面巖體穩(wěn)定。空口管注漿阻水的擴(kuò)散范圍有限，因此注漿材料應(yīng)選擇容易與巖體結(jié)實的水泥，后兩段的注漿施工中，應(yīng)采用持久耐磨和重疊性較好的材料，建議選擇水泥凈漿。在整體注漿作業(yè)中，采取定位預(yù)埋方式進(jìn)行鉆孔，同時增加掌子面圍巖的強度，確保其巖體的強度可以承受作業(yè)過程受到的壓力，在掌子面設(shè)置止?jié){墻，止?jié){墻澆筑完成后直接于孔口管內(nèi)導(dǎo)向鉆進(jìn)，注漿橫斷面如圖3所示。

如圖3所示，在止?jié){墻內(nèi)預(yù)先埋設(shè)好孔口管，根據(jù)不同注漿孔的設(shè)計位置在止?jié){墻上放樣布置，由測量組對止?jié){墻兩側(cè)先后安裝孔口管，安裝過程中嚴(yán)格控制孔口管在測量時要求的角度，孔位偏差不大于±5 cm，確保孔口管在止?jié){墻外部18～35 cm處。在注漿過程中，應(yīng)采用潛孔鉆機(jī)，可以提高效率，避免消耗大量的施工時長，安裝就位后，對準(zhǔn)鉆桿角度向其管位鉆孔，并及時檢查鉆孔方向，發(fā)生偏位及時校正。鉆孔施工時應(yīng)采用輕加壓的方法施工，需要注意速度不宜過快，同時做好記錄，包括起鉆時間、孔深、孔號、涌水位置、涌水量和涌水壓力。鉆孔完成后及時對成孔進(jìn)行泥砂清理，注漿開始前應(yīng)對注漿機(jī)進(jìn)行調(diào)試，如果有設(shè)備問題，應(yīng)及時處理異常。根據(jù)預(yù)定的注漿量，檢查所有施工材料是否齊全，然后安裝注漿栓塞，向孔中進(jìn)行注漿作業(yè)，當(dāng)遇到難以鉆進(jìn)破碎巖石或突發(fā)涌水突泥情況時，應(yīng)立即加固圍巖或進(jìn)行地表填料堵水，之后繼續(xù)掃孔鉆進(jìn)，到達(dá)預(yù)計的鉆孔深度后立即清空注漿直至完成全孔注漿。隧道開挖后，根據(jù)隧道地下地質(zhì)環(huán)境對圍巖周邊采用全斷面帷幕注漿技術(shù)進(jìn)行加固和堵水。施工前應(yīng)先探明水流方向，確定巖層的走向，結(jié)合各探水孔涌水量的變化趨勢，進(jìn)一步確定各孔涌水量和水流的方向變化。在探水孔鉆完成后，如果沒有出現(xiàn)滿孔流水的現(xiàn)象，則可以運用容器提水技術(shù)測試，如果存在滿孔流水現(xiàn)象，可采用射程計算法預(yù)估涌水量，若涌水射高為1 m處，公式如下：

P=6.5H（m3/h） （1）

公式（1）中，P為涌水量，H為水平射程，通過對各探孔涌水量的估算得到總涌水量，分析其穩(wěn)定性，若涌水量穩(wěn)定，則各探水孔涌水量<25 m3/h，總涌水量<280 m3/h，可以基本斷定涌水突泥災(zāi)害發(fā)生可能性小，前方涌水量較為穩(wěn)定，可以進(jìn)行開挖施工;若前方涌水量大且超過限值，則判斷其不具有穩(wěn)定性，應(yīng)具體估算涌水量。在水源左側(cè)或右側(cè)增補探孔，施工中一般按照全斷面帷幕注漿技術(shù)進(jìn)行注漿鉆孔，使總涌水量分配到新增補孔處，若孔口管不再有滿孔流水現(xiàn)象，則可繼續(xù)觀察各孔流水量，進(jìn)而得到總涌水量。

2 實驗效果分析

實施帷幕注漿施工技術(shù)需要對前方涌水突泥進(jìn)行判定，分析前方裂隙發(fā)育的分布特征，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)總涌水量穩(wěn)定且低于限值，涌水段裂隙分布范圍不大于4 m，帷幕注漿加工技術(shù)適用于活水條件下的泥砂溶洞。帷幕注漿技術(shù)采用全孔注漿，實行一次性的注漿方式施工，注漿時按照從低到高、由外向里的順序，作業(yè)按照兩序孔進(jìn)行，間隔注漿，相互檢查，這樣可以實現(xiàn)擠壓緊實的注漿目的。注漿效果直接影響施工的效率，需要采取多種措施保證其加固作用，如果發(fā)生漏漿情況，應(yīng)及時處理，停止注漿并用封固化劑對其進(jìn)行封堵。注漿完成后，經(jīng)過實驗論證分析，注漿效果提高了巖體的物理力學(xué)性能（見表1）。

從表1中可以看到，帷幕注漿的處治技術(shù)將圍巖強度和承載能力提高了1倍，開挖該注漿段時，漿液已使破碎的巖石縫擠滿膠結(jié)成一個整體，通過開挖檢查，注漿體形成一個形如環(huán)狀的保護(hù)殼巖體，能夠止水，對段內(nèi)潰口巖體也起到了固化作用，提高了施工的安全性。根據(jù)開挖情況來看，本文介紹的方法使突泥涌水量和段內(nèi)巖體含水量都有了明顯減少的趨勢。在注漿加固前，地質(zhì)環(huán)境惡劣，流水現(xiàn)象嚴(yán)重，一旦發(fā)生災(zāi)情，將會影響隧道施工進(jìn)度，造成交通不便。實施注漿技術(shù)后，施工速度有了明顯的提高，比注漿前快了近2倍。

3 結(jié)語

本文在查閱了大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，對隧道受斷層破裂帶影響發(fā)生涌水突泥后的處理方案進(jìn)行研究和應(yīng)用，在今后工作中可以對該種地質(zhì)災(zāi)害的處治措施進(jìn)行進(jìn)一步研究，達(dá)到治理目的。考慮到施工效率、施工安全性，涌水突泥的處治要采用多種方案和技術(shù)綜合施工，例如采用封堵技術(shù)相結(jié)合的方法穩(wěn)定涌水突泥工作面，對隧道進(jìn)行排水和清淤，有效控制隧道施工安全風(fēng)險，運用帷幕注漿技術(shù)封堵地下水，提升圍巖強度。隧道涌水突泥地質(zhì)災(zāi)害的處治不僅針對潰口段，由于注漿范圍有限，不能監(jiān)控隧道內(nèi)的全部區(qū)域，因此還應(yīng)對周圍可能受到影響的段面進(jìn)行檢測與加固，防止涌水突泥引起其他地質(zhì)災(zāi)害，破壞地表水平衡，影響地層的穩(wěn)定性。在本文的研究中還有許多問題仍待解決和進(jìn)一步研究，例如針對不同地區(qū)的災(zāi)害，要根據(jù)各施工區(qū)域的特殊情況研究不同隧道工程的處治施工技術(shù)。同時，進(jìn)行隧道施工時要隨機(jī)應(yīng)變，在加強管理的基礎(chǔ)上把握關(guān)鍵環(huán)節(jié)，防止災(zāi)害進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大。

參 考 文 獻(xiàn)

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