嘎隆拉隧道断层带涌水处治措施探讨

夏 铃，石玲莉，李 强

(重庆交通大学，重庆470004)

1 工程概况

嘎隆拉隧道处于岗日嘎布山脉，该山脉是进入墨脱境内跨越的最高山，也是波密县与墨脱县的界山之一。嘎隆拉隧道为扎木至墨脱公路新改建工程的控制性工程，隧道起止桩号为CK48+235～CK51+780，全长3 545 m，为单洞特长隧道。

隧址区属构造强烈剥蚀、冰蚀作用强烈的高山峡谷冰川地貌，山势险峻，沟谷发育，地形坡度大。岗日嘎布山山顶海拔均在4 500 m以上;海拔4 000 m以上为冰川作用地形，角峰、刃脊明显;海拔3 500～4 000 m为冰川运动区，冰蚀作用强烈，冰崩、雪崩发育。

隧址区处在两条区域断裂影响内，并发现洞身及其附近存在7条小断层，其中4条通过隧道路线，其分别交于CK48+875～CK48+920、CK49+960～CK50+010、CK50+200～CK50+250、CK50+780～CK50+830附近。地勘资料显示，CK48+630～CK48+830段围岩主要为弱、微风化黑云母变粒岩、黑云母花岗岩、黑云母石英片岩，裂隙稍发育，岩质坚硬，较完整，岩芯多呈中长柱状，稳定性较好，岩石极限抗压强度为120～200 MPa，开挖无支护时可能掉块;含少量基岩风化裂隙水，具弱承压性，施工时有渗水、漏水现象，应加强、监测排水。设计围岩级别为Ⅲ级。

2 涌水状况

2009年10月20 日隧道进口段K48+860，在1号紧急停车带施工过程中，地下水自拱墙片状出露。10月20日中午13时，在施工队进行打炮眼作业中，掌子面右下侧两个掏槽眼钻进深度约2 m时，该孔眼突然出现涌水，具有强承压性，地下水压将钻杆自孔内冲出，流速较大，水平直射距离约达5 m左右，初步估计水压可达2 MPa，出水量最高达到约300～400 m3/h。

2009年10月23 日上午，隧道参建各方相关人员进行现场进行查勘后，随后召开专题联席会议。会议决定:对于K48+860掌子面的涌水情况，在现掌子面施作泄水孔进行泄压泄水，根据实际情况确定进一步处理方案，同时加大抽排水力度。

2009年10月24 日～10月25日施工单位按10月23日会议决定加大抽排力度，并在掌子面利用Φ89潜孔钻进行泄水孔作业。当第一个泄水孔(距隧道底板高约1.5 m的中线左右位置)钻至6～7 m时，该孔地下水突然喷射而出，强大的水压将钻杆自孔内推出，由于掌子面出水较大，洞内水量激增并将附近正在抽水的设备淹没，并造成洞内集水，后施工单位及时组织力量进行了抽排，投入5台22 kW抽水泵对集水进行排抽，使得抽排量与出水量维持平衡，隧道内集水情况得到了控制和缓解。

由于本次涌水属突发情况，涌水前没有准确预报，对涌水也没有足够预备措施，抽水设备的抽水能力相对不足，且隧道为4.1%的较大反坡，掘进里程较长，已达625 m，抽水存在一定困难，加之本工程所在地电力供应、运输条件等客观条件限制，致使洞内积水最高达接近100 m，经过努力，积水得到控制。

本次涌水地段围岩主要为弱风化、微风化黑云母变粒岩黑云母花岗岩、黑云母石英片岩，均属微、弱风化的硬岩，完整性较好;地下水自拱墙片状出露，水温5℃左右。

3 断层破碎带涌水原因分析

3.1 区域构造

隧道处在两条区域断裂影响内，分别为近似平行于线路的马尼翁断裂和在进口段垂直于线路的嘎龙寺断裂，F7断层分布在两条区域断裂之内，为次级构造，见图1。由于F7断层位于区域断裂内，推测其延伸部位分别与马尼翁断裂及嘎龙寺断裂相交，导致这些断裂内的构造裂隙水相互贯通，构造裂隙水储量大。

3.2 地质情况

进口段开挖地层岩性主要为黑云母片岩、石英片岩及花岗片麻岩，岩石片理、裂隙发育，呈强～弱风化状，岩体破碎，地层产状210°∠44°。上覆第四系土层主要为崩坡积物和冰碛物，厚度较大，为30～70 m，物质组成为块石土和碎石夹块石土，呈松散状，含较丰富的孔隙水。由于地层倾向与坡向相反，地下水在沿坡向向下迳流时受到一定的阻挡，而在沿地层走向方向迳流时相对较为畅通;即在隧道开挖后，地下水沿地层走向与F7断层走向方向迳流量较大。

图1 隧址区地质平面图

由于上述两方面的原因，导致隧道开挖后F7断层涌水量较大。但由于现在是冰雪季节，冰雪融水量不大，地表水大多结冰，由地表融水汇入隧道内不是主要原因，隧道涌水量更多的是受区域构造裂隙水影响。

4 涌水处理措施

在隧道涌水地段，在加大抽排水力度情况下，考虑目前掌子面地质情况较好，施工单位目前进行了试验性开挖。开挖前，主要采用对掌子面周边进行小导管注浆。

(1)注浆堵水与加固机理。注浆堵水与加固是指在隧道开挖之前，对掌子面前方围岩体进行全面的钻孔压浆处理，使浆液充满到前方破碎松散岩体的间隙中去，凝固后将其胶结起来，强度、密实性得到提高;注浆能在开挖轮廓线的外面形成一定厚度的截水帷幕，降低地层透水系数，避免地下水在开挖时大量涌放隧道，为隧道掘进施工提供条件。

(2)注浆材料和选择。注浆材料应根据岩性、地质构造及水文地质条件等进行选择。选择原则是:浆液浓度低，胶凝固结强度高，胶凝时间可调节，稳定性好，操作方便，价格低，环保等。嘎隆拉隧道断层带按注浆机理划分为充填注浆，考虑采用掺加适量速凝剂的水泥浆，该注浆材料在凝固后的长期强度、耐久性比较好。

(3)注浆方法。小导管注浆采用Φ42注浆小导管，长度5 m。注浆范围为拱120°，在拱顶120°范围内施作一环，间距30 cm。按照设计要求进行钻孔作业，开孔前对每孔外插角进行准备测量，到达要求后进行清孔，并安装小导管，进行浆液灌注，注浆强度保持在3～5 MPa，以利于浆液扩散。最后检验注浆效果。

5 后续施工处理方案

根据试验性开挖结果以及综合考虑本项目隧道施工条件，采取后续施工处理方案如下:

(1)进一步加强超前地质预报工作，尤其是水平钻探工作，须保证开挖面前方10 m左右的地质情况有较为清晰的了解。该要求是个基础工作，需要进一步探明F7断层性质，判定目前地质情况就是F7断层，还是其影响带。

(2)如前方地质条件和当前掌子面情况类似，可按目前施工方案实施，但应加强排水，并做好若出现大量涌水的应急预案。初期支护完成后应及时进行围岩系统锚杆注浆(建议将中空锚杆改为Φ42注浆小导管，参数不变)，对于较大的股状涌水应暂时设置泄水管，后期再集中进行注浆封堵。

(3)如前方地质条件有所恶化，但围岩仍为岩石，只是节理相对发育，涌水量略微增加时，建议进一步加强超前支护，施作长度不小于20 mΦ108大管棚，防止拱顶因地质条件恶化可能导致的突然坍塌现象。

(4)如前方地质条件有较大恶化，出现了土石错层甚至含土较多或夹泥质等强风化围岩，涌水量有较明显增加，采用全断面注浆，其目的是有效的堵水和改善围岩性质，主要思想仍是防坍塌。全断面帷幕注浆由于注浆范围大，在隧道周边及前方构筑一道隔水保护圈，阻隔地下水进入隧道并减轻隧道结构外水压力，同时改善围岩的力学性质，可一定程度上提高断层破碎带围岩强度，抵御地压能力亦会增加，减小了作用在衬砌结构上的永久荷载，减轻了隧道结构压力。具有施工过程中安全性高、堵水效果好优点，但投资大，对设备、机械要求较高，施工周期长缺点。

综上所述，在围岩条件较好但现行施工试验方案不能完全保证安全的情况下，建议施作超前大管棚局部加强超前支护，优点是在不增加大量投资和耽搁工期的前提下能保证掌子面及隧道安全。若围岩劣化严重，现行施工试验方案不能满足安全要求，则需要考虑进行全断面帷幕注浆。

6 几点体会

(1)隧道设计必须体现动态设计理念，设计人员应根据施工现场具体情况，及时对设计方案进行必要完善。

(2)由于许多因素影响了隧道地质勘探工作，导致了隧道掘进面前方围岩情况的错误判断，因此应补充勘探和加强超前地质预报工作。

(3)在高海拔地质条件不稳定地区进行隧道工程建设，地质预报工作对隧道施工有着不可替代的指导作用。必须按照《设计文件》及相关规定认真进行，为隧道建设提供有力支持。