隧道富水带施工技术研究与应用

隋丽君

（辽宁省参窝水库管理局，辽宁 辽阳 111000）

隧道富水带施工技术研究与应用

隋丽君

（辽宁省参窝水库管理局，辽宁 辽阳 111000）

文中论述了下渡隧道控制高压富水带的施工方法和特点。该隧道涉及富水、断层、炭质泥岩等工程地质和水文地质条件，施工条件差、极其复杂。采用注浆止水和帷幕注浆控制水流，解决了引发隧道变形的大难题。

隧道；高压富水带；帷幕注浆

1 工程概况

下渡隧道洞身围岩主要为弱风化粉砂岩、砂岩，通过钻孔勘测，显示多处夹有煤线、薄煤层，甚至出现了煤系，局部煤层厚达 2.5m。岩石强度低，稳定性差，围岩不稳定，拱部易坍塌。处理不当会发生大塌方，暗藏地下水丰富，导水带明显，洞内出现涌流。为了安全顺利施工，首先做好施工排水计算与管线布置规划，通过三角堰流设施测算与掌子面水流形态，判断洞内地下水状况，而后针对渗水、线状水流及股流、涌水，制定相应的处理措施。尤其是炭质泥岩的富水区，采取台阶法开挖与超前双液帷幕注浆工艺。

2 富水洞段排水技术

下渡隧道设计纵坡为 1.75%，双口掘进，进口端按照顺坡自然排水规划设计，出口端为反坡排水，施工中按照管道排水理论，规划洞内的抽排水，隧道布设 φ150 钢管一道，并通过出水口与排水点的高差给水泵选型。按洞内所有用电设备有用功率计算并布置防爆电缆、变压器、自备电源等设施，实现洞内顺畅排水的目标。

2.1 渗水、滴水段施工

隧道出现少量渗水、滴水现象时，为预防粉砂岩、炭质泥岩在渗水作用下强度降低、软化，隧道开挖完成后，立即实施 4～6cm 喷射混凝土并联合锚杆与挂网支护，实现封闭围岩，减缓围岩的风化速度，并加强后期的观测频率，根据监测结果适时进行二次钢筋混凝土施工。

2.2 线状水流、股流施工

隧道开挖后首先沿裂隙面径向打入 φ40 双液注浆钢管，L=4m，50cm 纵环向间距，梅花型布置，实施裂隙注浆止水。如果存在散状水流，则在初喷混凝土前，采取防水板集中引水，后采用HPDE 管集中引排至隧道边墙排水沟内；如果存在股流，则在喷混凝土前，在出水点铺设一道 Ω 型弹簧排水管，与原设计的纵向排水管连接；如遇水量较大时，喷射的混凝土可分为 2～3 层来施工，每层厚 3～5cm，根据围岩裂隙水的渗漏点情况，实时分层钻孔铺设Ω型弹簧排水管。炭质泥岩洞段围岩软化、强度降低，施工中采取 5m 长 φ42 小导管超前支护，环向间距 30cm，搭接长度不小于 1 m，有效预防隧道塌方或掉块现象发生。

3 突泥、突水预测预报

3.1 突泥突水预报技术

隧道从开工到整体工程结束，始终坚持红外探水监测，累计监测断面 115 个，其中 F3、F4 断层区及富水带地质区，项目部加强了检测频率，并及时反馈水量预报情况。

3.2 突泥、突水的判断

对于施工中出现的大量线状水流情况，特别是纵断面上涉及跨沟地段，一方面加强了钻孔水量监测，如若水流混浊、急流或喷射现象，立即停止掌子面施工，对水量进行判定，制定详细的施工方案并进行论证后，方可施工；如果钻孔中水流清澈、无压，则为山体裂隙水；如钻孔中出现涌水、喷射现象，则可能发生涌水；如钻孔中水流混浊、喷射较远，（一般大于 5m 以上），可能出现突泥突水现象，此时立即撤离洞内工作人员及机械设备，制定详细的施工方案并经专家论证后，方可继续施工。

4 富水炭质泥岩施工技术控制

4.1 线状水流施工控制技术

对于线状水流出现时，主要以Ω型弹簧排水管引排方式为主，尽可能的让山体内裂隙水全部引排至隧道排水沟内，但为了预防隧道内炭质泥岩的软化、强度降低，施工中采取 φ42 超前小导管，超前支护，环向间距 30cm，搭接长度不小于 1 m，实施有效预防。

4.2 突泥突水涌水施工控制技术

隧道出现大量线状水流时，尤其是洞顶附近存在跨沟或地下富水段，主要加强超前钻孔水量监测，如若钻孔中水流清澈、无压，则为山体裂隙水，启动排水设施以排为主。如若钻孔中水流混浊、急流、喷射，则暂停掌子面施工，人员撤离，对于喷射距离大于 5m 以上的水流，首先采取 50 cm 厚 C25 喷射混凝土（干喷工艺）封闭掌子面，形成止水墙，然后实施超前扇形双液帷幕注浆封堵，并启动排水方案。

工序如下：

1）每循环超前预注浆前设置 50cm 厚的止浆墙，循环长度 10m，注浆深度与超前钻孔长度 30m。

2）根据注浆孔起终点计算钻孔的竖直角和水平角，施工时根据计算结果和实际施工效果随时调整。

3）每孔的起点段安设套管，套管和孔壁之间采用环氧树脂粘结。

4）成孔注浆采用前进式分段注浆，套管安装完成后，每钻进 5～7m 开始注浆，达到设计要求后开始下一段钻孔注浆。注浆时采用套管柱塞方式，超过 20m 的深孔将注浆管插入到预定位置，提高孔底部的压注效果和效率。

5）每循环注浆孔先施工奇数编号注浆孔，后施工偶数编号注浆孔，同时作为检查孔。

6）采取反复注入，稀浆与浓浆交替、压力控制与注入量控制相结合的措施，由低到高逐渐加压。

7）每循环注浆完毕开挖施工后，预留 10m 左右作为下阶段注浆止浆段。

8）帷幕注浆压力值取 1～2.5MPa，孔口 5m 范围内为 1～1.5MPa，其他位置取 1.5～2.5MPa。

9）帷幕注浆扩散半径 2～3m。

10）注浆加固范围，隧道开挖轮廓线外 4～5m。11）注浆速度为 5～100L/min。

12）注浆材料主要选用普通水泥浆液、普通超细水泥浆液（W∶C=0.8∶1～1∶1）和水玻璃双液浆，水泥浆：水玻璃体积比为 C∶S=1∶0.5～1∶1。

13）注浆设备选取 MK-5 地质钻机或履带式潜孔钻机，注浆设备选用 PH15 和 KBY-80 型双液注浆机，注浆压力达 5MPa；当水量较小时，注浆初灌到终灌期间，双液浆初凝时间最后控制在 5～3 min 以内，当出现涌水或突水时，双液浆初凝时间最好控制在 3～2min 以内。

4.3 帷幕注浆技术

1）帷幕注浆的目的与原理。帷幕注浆是一种超前预注浆技术，主要用于不良地质条件下隧道堵水加固。

2）下渡隧道帷幕。下渡隧道富水洞段，考虑到安全，采用台阶法进行施工，上半台阶开挖前，按掌子面开挖轮廓线 50cm 间距实施了超前帷幕注浆，局部扇形帷幕注浆，形成一道止水帷幕。

3）帷幕注浆工序流程。钻机固定就位→施工准备→测量放线标注钻孔位置→钻固定孔口管的锚杆孔→开钻→安设孔口管→采取前进式分段注浆→钻孔注浆至设计深度→钻孔检查注浆效果→是否符合结束标准→钻孔注浆结束

注浆效果检查采用钻检查孔的方法，根据注浆状况，确定检查孔的位置，对检查孔进行钻孔检查，测量涌水量，检查孔钻深为开挖段以内，并预留 2～3m。根据检查孔的涌水量及取芯率和强度来决定是否补充注浆孔。

4.4 涌水处理施工技术

1）加强地质预报。利用液压钻孔台车超前钻孔和现场工程地质预报综合分析判断相结合，超前探明前方地质与水文情况。

2）开挖中的预防。爆破开挖中，在周边与中间加钻数个超深度的检查孔，未见异常在进行爆破作业，并严格控制爆破规模。

3）注浆堵水。钻孔注浆前，先由掌子面中部纵向平行的探水孔进行探水，探水直径为 φ140mm，钻孔深度不小于 30m，当涌水量大于 5m3/h 时，采用本方案施工。

4.5 预防突水技术措施

与涌水相同，要加强地质预报，超前探明地质与水文情况，每次探水段长 15m，开挖 12.5m，探水孔径 φ55mm，钻孔外偏角 10°，对探水孔出水点位置做详细记录。突水与涌水的预防措施相互结合，相互印证，确保隧道施工正常有序进行。

4.6 双液注浆

1）注浆管制作。由热轧无缝钢管加工制成，管身钻孔，孔眼直径 6～8mm，间距 50cm，梅花形交错布置，管头为锥形，以长 15cm 的丝扣连接。每根管底部焊有止浆板，防止浆液倒流。

2）注浆配合比。合适的浆液配合比既能提高浆液的扩散加固范围，又能控制浆液的胶凝时间，在施工过程中配合比按如下控制，水灰比为 0.7～0.9，水泥∶水玻璃为 1∶0.75。

3）注浆压力。与涌水量、涌水压力及围岩的裂隙发育程度、浆液材料及浆液的凝胶时间都有关系。注浆结束与否不以时间判定，按注浆压力控制。当注浆压力持续升高，接近或达到注浆额定压力时，注浆方可结束。

4）注浆孔的布设。按设计在止浆墙上精确放样注浆孔的位置，角度在施工时可根据计算结果和实际的施工效果随时调整，确保钻孔精度。

5）每孔的起点段安设套管，注浆工序与突泥突水的注浆工序相同。断层破碎带采用前进式注浆，分段长度为 5～10m，岩层较好，涌水量不大时，可一次全孔注浆。

5 结语

该隧道在施工中，遇到地质、水文等因素带来的多种复杂情况，施工难度大。在隧道施工中课题组克服困难，积极研发，攻克了多项技术难题。采用超前地质预报与监测相结合手段，有效提供了富水带、软弱围岩等施工安全报警依据，实现超前预警。采取超前帷幕注浆与引、排、堵相结合的施工，有效预防突泥突水事故发生。通过止水注浆和帷幕注浆，有力的控制水流，解决了隧道富水带施工中的难题，避免了水文地质变化造成的危害，为工程的顺利完工提供了有利条件。

TV554

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1002－0624（2014）05－0019－03

2013-12-10