田坝岭隧道涌水原因分析及处理措施

郭 连

1 工程概况

新建贵阳—广州铁路GGTJ-6标田坝岭隧道(D 3K426+085～D 3K432+555)，全长 6 470m，该隧道地质极其复杂，岩溶较发育，给施工带来极高的风险。

Ⅳ，Ⅴ级围岩比重较大，且仅有进、出口两个工作面进行施工，为本标段工期较紧张的控制性工程。Ⅳ级围岩开挖采用台阶法开挖，Ⅴ级围岩采用三台阶法施工，在开挖时采取短进尺，控制爆破，尽可能减少对围岩的扰动。

2010年 5月～6月，隧道进度较快，月掘进均超过 200 m，但自 7月 12日起，掌子面突发大股涌水，最大涌水量达 2 000m3/d，设计仅为 1 100m3/d。造成洞内排水系统无法满足排水要求，掌子面积水严重，进度一度严重滞后。

2 原因分析

1)工程地质复杂。田坝岭隧道岩溶较发育，具备了储水条件，开挖后封堵岩层暴露，便形成突水。

2)设计原因。设计资料显示:隧道洞身穿越段出现大型溶洞可能性较小，存在较小规模的溶洞。

3)施工原因。在施工中未对溶洞、突水问题足够重视，没有进行超前钻探、红外探水等防突水措施，施工中配备的排水设备没有达到突水时的要求。另外，在前期施工中隧道多次出现涌水段，但涌水量不大，以滴水、渗水形式出现，且持续时间较短，因此在掌子面出现股状涌水时，觉得情况与前期涌水情况差不多，未能引起足够重视，并及时采取应对措施，也是造成突水原因之一。

3 涌水段处置措施

1)对掌子面采用超前导管预注浆堵水，将水对掌子面施工的干扰减到最小。2)对后方已出现的股状水进行封堵，减少洞内总排水量，防止后方涌水进入掌子面;堵塞的材料以钢筋、钢管和型钢为骨架，填塞草袋，劈柴和木板。堵口后，用喷混凝土将其封闭，并将周围洞身加固;然后沿开挖面周边设超前钢管支护，采用直径40mm，50mm或80mm，长6m～8m的无缝钢管。必要时两层、三层重叠，形成“套管”以增大其抵抗松散地层压力的能力。同时在此断面附近设置监控量测点，监控量测围岩的收敛变形情况。3)布设双路供电系统专门用于排水，建立了三套独立运行的排水系统，以确保不影响掌子面正常施工，为顺利通过涌水地段创造了良好的条件。4)准确掌握隧道施工段的围岩状况，地下水状况。5)确定合理的施工支护参数，在保证安全、质量的前提下加快施工速度。

4 防突水措施

4.1 突水段施工原则

1)在接近设计提供不良地质地段时，加强地质预报，采用水平钻超前探孔或TSP203地质预报仪进行超前地质预报，用于探明前方地质情况，发现地下水较大时，则进一步钻孔放水，防止涌水发生。2)利用超前小导管以及管棚等注浆方法对围岩进行超前支护，采用型钢拱架加强初期支护。3)减少循环进尺，采用无爆开挖或微差控制爆破技术，尽可能减少对围岩的扰动。4)及时支护，做到随挖随护。5)加强施工组织管理，严格施工工序，并组织好物资供应工作。6)加强施工量测，及时反馈信息。

4.2 突水预测方法

突水预测主要采用超前预报系统、浅孔钻探法进行超前地质探测和预报。

1)TSP203超前地质预报。TSP203超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报较先进的设备，它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况。

TSP203每次可探测 100m～350m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，每开挖 100m～150 m预报一次，重叠部分(不小于 20m)对比分析，每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。

2)浅孔超前钻探方法是在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质条件，大致确定断层的规模和产状。

施工中着重对富水段进行超前钻孔探水，利用钻孔台车施工探水孔，每次探水段长8m，开挖5m，保留 3m开始下一次探水。探水孔孔径为55mm，钻孔外插角为10°。

3)超前钻孔。每月安排三个工作日进行超前钻孔探测，浅孔钻探在正洞工作面钻5个孔，钻孔深度30m开挖22m，保留8m开始下一次探水。探水孔孔径 55mm，钻孔外插角 10°。用于探明前方地质，发现地下水较大时，及时采用必要的堵水、止水措施和手段。

4.3 富水地段预处理措施

结合本工程进行地质素描，超前水平钻探，研究设计文件和地质调查，在明确涌水水源补给、水质、涌水量、突出水压等资料后，确定有针对性的方案。主要采取深孔预注浆堵水，必要时采用帷幕注浆堵水法堵水。

1)帷幕注浆堵水。当灰岩地段超前探水孔中 2/3孔出水且总出水量大于 100m3/h时，采用帷幕注浆堵水。2)深孔超前预注浆堵水。当灰岩地段超前探水孔中总出水量小于 10m3/h时但个别探水孔出水量大于 2m3/h时，采用深孔超前预注浆堵水。3)对于超前探水孔中单孔流量大于 2 L/s，或总流量大于 10 L/s的溶洞，预留 5 m～10m岩盘进行注浆堵水。对于富水的岩溶，凡与上部岩层或地表水有水力联系的，则溶洞水无法在衬砌之前排干的，均采用全封闭衬砌;而与地表及溶洞外部岩层无水力联系的干溶洞或溶洞水囊，采用半封闭衬砌，并在衬砌背后设置弹簧排水管，引水入纵向排水沟。

4.4 施工排水、排污

隧道处于地质复杂地段，存多处突水、突泥的可能。因此必须配备充足的排水设备，建立可靠的排水系统，以防在施工中因隧道涌水抽排不及时而影响施工进度，危及施工安全，造成严重后果。

对于隧道出口反坡施工，且洞内涌水量大，排水问题尤为突出，建立多级固定排水泵站，铺设排水管路将洞内地下水通过接力排出洞外。其中固定泵站尽可能布置在横通道处，活动泵站建于掌子面，抽排掌子面积水，随掌子面掘进向前延伸，保证掌子面的正常施工。每级泵站间隔 800m左右，抽水机选用WDB-150-315型抽水机，抽水能力为 400 m3/h，洞口每个泵站设置 2台(1台备用)，每小时排水能力为 400m3，掌子面处每个泵站设置2台(1台备用)，每小时排水能力为 400m3，管路均采用φ150铸铁抽水管。活动泵站:抽水机选用WQL-10-7.5型潜水泵，抽水能力为 100m3/h，在掌子面附近挖临时集水坑，随时将掌子面的水排至过渡泵站。潜水泵数量根据掌子面的水量配备。

4.5 隧道防突水、突泥应急方案

针对隧道过暗河段在实际施工中有可能出现突水、突泥的情况，一旦出现该类突发性事件时将采取如下应急行动:

1)突水、突泥时，施工当班班长应立即向项目部应急办公室汇报情况，并迅速撤离洞内施工人员及机械设备，将洞内人员与机具撤至安全区。安全区除利用洞外场地外，将隧道大避车洞进行安全布置，将洞内的机械设备置放在大避车洞内。2)项目部应急办公室接到险情报告后，立即报告项目部应急领导小组，应急领导小组成员迅速赶至现场，根据现场实际情况制定抢险措施。根据突水、突泥位置查找地面是否有溶孔，地表水是否与突水、突泥位置相连通，成为地下水的补给源头，如果有，则加以封堵或疏排。当洞内突水、突泥减缓，能进人操作时，即进洞清理现场，找到洞内出水口，先用浆砌片石砌墙，然后向内注浆，直至完全堵死出水口。3)若隧道涌水量极大，造成人员伤亡，应立即采取应急行动组织抢救，将伤者迅速送往附近医院进行治疗救护，同时项目部应急办公室应立即将事故险情上报上级应急办公室。项目专家组迅速对突发性事件作出判断，制定切实可行的技术安全措施，避免类似事故的再次发生。

5 结语

田坝岭隧道地质情况复杂，在施工过程中采用“物探先行，钻探验证”的方法，以超前地质预报为先导，超前钻孔进行验证，对隧道围岩状况及围岩富水情况进行全方位的探测，开挖后对围岩进行连续的监控量测。发现地下水较大时，及时采用必要的堵水、止水措施和手段。现场管理人员在对监测人员、掘进工班交班会上，根据量测结果及时调整开挖方案;指挥部及时将探测及量测结果反馈给设计及监理单位，并一同对围岩的变化趋势不断分析，及时调整设计方案，实行三级会商协调的动态管理，确保了隧道施工安全。

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