夾巖工程水打橋隧洞典型涌水處理方案

黃 晶，呂 鋒

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng)，550002)

在深埋長(zhǎng)隧洞施工過(guò)程中，水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，常面臨涌水等事故困擾。文章綜合夾巖工程水打橋隧洞施工過(guò)程中出現(xiàn)的涌水，以4#支洞下游主洞樁號(hào)11+930段涌水為典型，分析涌水原因，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果提出處理方案。現(xiàn)場(chǎng)施工效果表明，該方案能有效控制隧洞涌水的進(jìn)一步發(fā)展，可為隧洞工程涌水處理提供施工經(jīng)驗(yàn)。

1 概 況

1.1 工程概況

夾巖工程水打橋隧洞總長(zhǎng)20.36km，為無(wú)壓隧洞，縱坡為1/3300，設(shè)計(jì)流量Q=31m3/s，加大流量Q=34.61m3/s，斷面型式采用圓形，凈空半徑r=2.7m，設(shè)計(jì)水深h=3.998m，加大水深h=4.356m。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖全斷面C25鋼筋混凝土襯砌，厚度分別為0.4m、0.4m、0.5m，特殊洞段厚度為0.6m。隧洞施工過(guò)程中設(shè)置6條支洞。

1.2 地形地貌

隧洞總體走向近東西向，沿六沖河左岸斜坡布置，穿越區(qū)地貌為峰叢洼地巖溶地貌，地表海拔高程在1400-1850m，隧洞埋深50-445m。

1.3 地層巖性

隧洞沿線出露地層除進(jìn)口段有1.6km的二疊系煤系地層外，其余均為三迭系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)和永寧鎮(zhèn)組(T1yn)地層，飛仙關(guān)組(T1f)地層在落腳河向斜東翼T1f1灰?guī)r成份增多，相變?yōu)門1y2灰?guī)r。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

隧洞橫穿落腳河向斜和大方背斜，兩褶皺總體走向北東向，延伸長(zhǎng)度20-35km，北部寬緩，南部緊密，交于東西向的馬場(chǎng)斷裂帶上。隧洞線在南部橫跨兩褶皺，交角70-85°。隧洞線穿越的斷裂構(gòu)造主要有F103、F104、F105、F106、F110、F111，其中F103、F104、F105、F110、F111斷層走向北東向，以F103為主斷層，迭瓦式地壘抬升，斷層北端撒開，南端交于馬場(chǎng)東西向斷裂構(gòu)造帶上。

1.5 水文地質(zhì)條件

整個(gè)隧洞可溶性碳酸鹽巖分布段較長(zhǎng)，約占隧洞總長(zhǎng)50%。隧洞大部份位于地下水位以下，存在巖溶涌水問(wèn)題。水打橋隧洞洞身段沿線需穿越小田壩地下暗河、水落洞地下暗河，出口段在以那田壩暗河和鼠場(chǎng)暗河之間穿行，對(duì)隧洞影響大。

1.6 涌水洞段概況

文章闡述的涌水洞段為隧洞樁號(hào)11+930處，位于4#支洞下游主洞段，該洞段埋深230m左右，揭露圍巖為T1yn中到厚層灰?guī)r，該洞段為巖溶涌水高風(fēng)險(xiǎn)段，預(yù)測(cè)方法為物探探測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合超前水平鉆孔、加深炮孔和地質(zhì)分析進(jìn)行預(yù)報(bào)。

2 隧洞涌水概述

2016年8月19日，4#支洞承擔(dān)下游主洞段掌子面施工至樁號(hào)11+930，掌子面加深炮孔超前探孔鉆孔時(shí)，①②③探孔施工至1.8m深度遇空腔，孔內(nèi)涌水噴出距離0-20m不等，水質(zhì)渾濁，涌水量約5000m3/d，水壓約0.4MPa；③探孔旁增設(shè)的④探孔涌水噴出距離約5m，水壓較大，涌水量增加至8000m3/d；4個(gè)探孔水量及水壓基本保持不變直至8月27日早上除②④探孔未堵塞外，其余孔均被砂石堵塞，④探孔涌水噴出距離約5m，②探孔涌水噴出距離約2m，水量及水壓長(zhǎng)期保持不變，見圖1和圖2。

圖1 加深炮孔超前探孔布置及涌水情況

圖2 ③、④探孔涌水情況

3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

首先采用長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)(TSP203探測(cè))，針對(duì)長(zhǎng)距離探測(cè)出的異常帶，采用探測(cè)精度相對(duì)較高的短距離預(yù)報(bào)(地質(zhì)雷達(dá))，再結(jié)合超前水平探孔對(duì)涌水進(jìn)行較為精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)。

3.1 TSP203探測(cè)

2016年8月28日施作的TSP203探測(cè)結(jié)果顯示，該隧洞樁號(hào)11+930-11+954段巖體較完整，局部節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育；樁號(hào)11+954-11+989段及樁號(hào)12+029-12+070段裂隙減少，局部節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水較發(fā)育。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)

2016年9月9日施作的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果顯示，該隧洞樁號(hào)樁號(hào)11+930-11+933段巖體較破碎，裂隙發(fā)育；樁號(hào)11+933-11+945段巖體破碎，裂隙較發(fā)育。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖

3.3 超前水平探孔

根據(jù)TSP203探測(cè)和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果，結(jié)合超前水平探孔進(jìn)一步探明前方的地質(zhì)情況。由于保護(hù)巖體僅有1.8米厚，為了保證施工安全，在掌子面澆筑2m厚C25混凝土防滲墻，兼做后期灌漿止?jié){墻。

隨后在防滲墻上進(jìn)行3孔40m的超前水平探孔，在探孔實(shí)施過(guò)程中，上部⑤探孔、中部⑥探孔和下部⑦探孔分別在樁號(hào)11+938m、11+942m、11+945m出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，水壓約0.5MPa。

超前水平探孔布置及涌水情況如圖4所示。

圖4 超前水平探孔布置及涌水情況

4 涌水處理

4.1 原因分析

該洞段圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，為強(qiáng)巖溶透水層，掌子面開挖時(shí)對(duì)巖體擾動(dòng)較大，受裂隙切割影響，破碎帶作為通道與水量充足的水體(地表水或溶洞暗河水)連通，因而發(fā)生流量較大、周期較長(zhǎng)的涌水現(xiàn)象。

4.2 探孔封堵

對(duì)已實(shí)施的7個(gè)探孔除⑥探孔外均進(jìn)行灌漿封堵，在掌子面中心⑥探孔閘閥前安裝壓力表以監(jiān)測(cè)水壓變化情況。

4.3 超前帷幕灌漿

4.3.1 灌漿材料

富水地層灌漿止水加固，灌漿材料需具備良好可灌性、耐久性，具有早強(qiáng)、凝結(jié)時(shí)間可控等特性，主要材料如下：①水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥；②開灌水灰比采用1∶1、0.5∶1兩個(gè)比級(jí)，并遵照漿液由稀變濃逐級(jí)變換的原則；③采用水泥-水玻璃雙漿液灌漿方式，摻加了水玻璃16°Be＇。

4.3.2 灌漿施工

1)灌漿施工順序：施工準(zhǔn)備→1段鉆孔→1段灌漿→2段鉆孔→2段灌漿→3段鉆孔→3段灌漿→4段鉆孔→4段灌漿→閉漿封孔。

2)灌漿方式：采用純壓式灌漿。

3)灌漿壓力：灌漿壓力初定為單個(gè)灌漿孔測(cè)得的地下水壓力值加0.1MPa。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的涌水壓力為0.2-0.8MPa，擬定I序孔初始灌漿壓力灌漿壓力為0.5MPa，終孔壓力1.1MPa；Ⅱ序孔初始灌漿壓力0.7MPa，終孔壓力為1.3MPa；Ⅲ序孔初始灌漿壓力為0.5MPa，終孔壓力為1.1MPa。

4)灌漿孔布置：樁號(hào)11+930-11+945段隧洞進(jìn)行灌漿以封堵滲水。灌漿孔沿洞壁周邊環(huán)向單排布置，共計(jì)24個(gè)孔，灌漿分Ⅲ序施工，鉆孔直徑φ90mm，孔距0.76m，鉆孔向外傾斜12°，孔深15.4m，注漿過(guò)程中加固最外圍為開挖輪廓線以外3m，見圖5和圖6。

灌漿結(jié)束7d后，打開⑥探孔閘閥觀測(cè)滲水量，若水量明顯減少并具備隧洞開挖施工條件，進(jìn)行9m段開挖施工；開挖過(guò)程中結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果確定超前帷幕灌漿實(shí)施循環(huán)次數(shù)，實(shí)施多循環(huán)灌漿時(shí)，預(yù)留6m保護(hù)巖盤，灌漿與前一輪搭接1m[1]。

5)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定壓力下，當(dāng)灌漿流量<1L/min時(shí)，持續(xù)灌注30min結(jié)束該段灌漿。

5 處理效果

Ⅰ序孔單位注入量為2201kg/m，Ⅱ序孔單位注入量為1543kg/m，III序孔單位注入量為1040kg/m。隨著灌漿次序的增加注入量明顯減小，符合各次序灌漿耗灰量變化規(guī)律。結(jié)合地質(zhì)情況分析，該洞段巖溶發(fā)育，受到壓力水沖洗，巖溶裂隙發(fā)育，在灌漿過(guò)程中，由于漿液灌入量大，部分灌漿孔采取了間歇灌漿的方式，整體漿液灌入量較大，與地質(zhì)條件基本一致。

隧洞樁號(hào)11+930灌漿后通過(guò)預(yù)留的觀察孔驗(yàn)證灌漿效果，超前帷幕灌漿有效的封堵了隧洞巖溶裂隙，開挖達(dá)到了無(wú)滲水狀態(tài)。

圖5 超前帷幕灌漿孔布置圖

圖6 超前帷幕灌漿縱向示意圖

6 結(jié) 論

夾巖工程水打橋隧洞地質(zhì)條件復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部洞段破碎且富水，樁號(hào)11+930洞段為典型代表。該洞段涌水處理方案效果明顯，可為今后的類似工程提供施工經(jīng)驗(yàn)。

1)根據(jù)隧洞地質(zhì)條件，重點(diǎn)辨識(shí)隧洞較高及以上風(fēng)險(xiǎn)洞段，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)(包括物探探測(cè)、超前水平鉆孔和加深炮孔等)，可以較準(zhǔn)確的探明隧洞前方地質(zhì)條件，針對(duì)可能發(fā)生的涌水洞段采取有效的處理措施。

2)超前帷幕灌漿對(duì)斷層破碎帶、巖體破碎帶、巖溶裂隙發(fā)育等不良地質(zhì)處理效果明顯，能有效保證施工安全及工程的順利推進(jìn)。