浅谈金竹山隧道富水地段堵水措施

乔道仁

摘要：隧道施工中，为保证施工安全，金竹山隧道在穿越F4富水断层破碎带，采用TSP、地质雷达、超前钻孔等技术手段探测涌水、突泥情况，根据探测结果制定相应的处治措施，针对本隧道的特殊地质构造和涌水量的大小主要采用全断面深孔预注浆、周边深孔预注浆、开挖后周边注浆三种注浆方案，并在实际的操作过程中针对具体情况严格控制各项技术指标和参数，使注浆取得良好的堵水效果。

关键词：断层 探测 涌水 堵水

1 工程概况

金竹山隧道位于四川宣汉新华镇和万源铁矿乡交界地段，左线全长2712m，右线全长2687m。该标段承建施工的主洞，主要穿越F4富水断层破碎带，水文地质条件极为复杂。在断层及影响带，岩层产状不稳定，岩体破碎～极破碎，节理裂隙十分发育，受各组地层中夹有弱透水或相对隔水的泥、页岩类影响，使赋存砂岩、粉砂岩中的地下水具有层间性，呈带状分布，厚薄不均，补给源丰富，水量较丰，主要表现为裂隙水、孔隙水两种类型。在实际施工中，隧道开挖时呈滴水或细股状渗出，在断层破碎带受构造影响地下水相对富集，在局部段相对集中而产生股状涌水或突水，并存在突泥危险。受地理位置的影响，雨季到来，随着降雨量的增多，隧道涌水量有明显的上升趋势，最大可达到18000m3/d。鉴于以上情况，该标段在实际施工掘进中，通过对掌子面暴漏的水文地质情况进行汇总分析后，应用超前地质预报等多种手段，对集中涌水灾害段给予了重点防范和处治。根据各段水文地质、工程地质条件，分别采用了全断面深孔预注浆、周边深孔预注浆、开挖后周边注浆的堵水措施。

2 涌水处治预案

隧道开挖前认真分析地质剖面图，研究断层及断层影响带，根据地勘报告提供的可能推断出涌水、突泥的段落，超前50～80m，采用TSP对前方的地质情况进行初查，初查指标可包括涌水压力、涌水量衰减程度、水的颜色、水和泥混合程度等。通过对各种指标的分析研究可初步判断前方是否有可能发生异常涌突水。在隧道开挖接近怀疑地点30m～50m，采用瞬变电磁仪法详查前方含水情况，这种方法比较敏感，它可以与TSP探测结果相互印证，取得较好的探测结果。当开挖接近怀疑地点20m～30m时，采用超前钻孔精查，钻孔5～6个，探明前方地质情况和涌水量的大小，以便采取相应处治措施。实践证明，通过以上循序渐进的探测步骤，金竹山隧道在实际施工中取得了良好的防范效果。

3 涌水处治方案

3.1 全断面深孔预注浆和周边深孔预注浆 全断面深孔预注浆适用于大型溶洞软塑充填物或厚度较大的软塑状富水断层破碎带，岩体结构类型为散体状结构，岩体完整程度为极破碎。地下水丰富，可能产生突泥、突水的段落，且超前钻孔中任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔总流量>10m3/h。

周边深孔预注浆适用于当含水层和隔水层的接触带、厚度较小或岩质较好的断层破碎带及大的溶缝，任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔总流量<10m3/h，地下水较大，但围岩稳定性较好，掌子面不会发生涌出坍塌的情况。两种方法均有较好堵水并加固地层的作用。如图1、图2所示。

①孔眼布置。应在超前地质预报（物探）指引下钻3～5个超前钻孔以探明地下水发育情况、岩体结构类型、围岩含水情况或者溶洞、溶穴的方位、规模等地质概况。注浆加固范围为开挖轮廓线外8m，注浆段一般长30～50m，分三环实施，第一环长15m，第二环长27m，第三环长40m，结束一个注浆段后预留5米不开挖作为下一注浆段的止浆岩盘。从作业面向开挖方向呈伞状布置注浆孔，钻孔按梅花形布置数圈，长短孔相结合，孔径φ110mm，孔底间距3m以内，浆液扩散半径2m，确保注浆充分，不留死角。②注浆材料。采用42.5普通硅酸盐水泥与模数2.8、浓度35B的水玻璃制成的双液浆注浆。参考岩体特性，按C：S=1：（0.6～1.0）（体积比）调整浆液浓度，水灰比控制在0.8：1～1：1之间。③注浆顺序。先外圈后内圈，同一圈先上部孔后下部孔、间隔跳孔，逐渐加密，先注无水区，后注有水区，钻一孔注一孔。④注浆工艺。根据成孔情况采用分段前进式或分段后退式（跟管钻进）注浆，分段长度宜为3～6m，最大不超过10m，各注浆段之间设止浆塞。⑤注浆压力。静水压力+0.5～1.5MPa，采用纯压式灌浆，在孔口进浆管路上装配压力表，压力读数读压力表指针摆动的中值，压力表指针始终在灌浆压力的20%的范围内摆动，全程记录摆动幅度。⑥注浆结束标准。以注浆量为基准控制第一序孔的注浆质量，注浆量与预估注浆量相当时停止注浆；按注浆压力控制第二序的注浆。当注浆压力达到规定值时适当减少注浆量，最终小于1L/min·m，维持此状态至少10分钟再结束本孔注浆。⑦注浆效果检查。应在注浆结束7d后进行，钻检查孔取芯，观察浆液充填情况，要求浆液充填饱满且固结体抗压强度大于0.3MPa，检查孔数量应不少于注浆孔数量的3～4%（或3～5孔），同时进行5点法压水试验，要求透水率不大于2Lu，孔段合格率应在80%以上，不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的50%，且不集中，灌浆质量可认为合格，否则应加密钻孔注浆。

3.2 开挖后周边注浆 开挖后，周边注浆适用于经超前地质预报无突水、突泥危险，岩体呈节理裂隙发育， 开挖洞室后地下水呈大面积渗水或淋水状，围岩稳定性较好，任一探水孔出水量Q<2m3/h的一般IV、V级围岩地段。

①孔眼布置。开挖后，隧道开挖轮廓线以外5m的范围为周边注浆有效加固范围。注浆孔和隧道轴线保持60°角。注浆孔呈梅花状，孔深4.5m，孔径φ46，孔口的纵向间距和环向间距均为1.5m，孔口设φ54、长0.5m的热轧无缝钢管作为孔口管。具体见图3。②注浆材料。裂隙较大而水压较小时采用1：（0.4～0.6）（体积比）的CS浆。水灰比控制在0.8：1～1：1之间。采用42.5普通硅酸盐水泥与模数2.8、浓度35B的水玻璃配置浆液；裂隙较小而水压较大时，水玻璃的模数与浓度可适当调高。根据金竹山隧道右洞K64+780～740段注浆效果来看单孔量≥2m3/h，掌子面段总涌水量140-160m3/h左右时周边开挖后注浆效果还是可行。③注浆顺序。注浆采用防爆双液注浆泵，对于一个注浆段，从两边到中间，分两序隔排施作，对于同一排孔按照由上到下的顺序进行。④注浆工艺。采用全孔一次注浆工艺注浆。针对成孔效果不佳的情况，可分两段采用前进式注浆工艺。⑤注浆压力。采用纯压式灌浆，注浆压力为1.0MPa。在孔口进浆管路上装设压力表。压力读数读压力表指针摆动的中值，压力表指针摆动范围应小于灌浆压力的20%，摆动幅度宜做记录。⑥注浆结束标准。第一序孔按注浆量进行控制，注浆量达到或接近预估注浆量可结束本孔注浆；第二序孔按注浆压力进行控制，注浆压力达到设计压力，注浆量逐渐减少，最终小于1L/min·m，并维持10min以上，可结束本孔注浆。⑦注浆效果检查。应在注浆结束7d后进行，采用单点压水试验，检查孔数量应不少于注浆孔数量的2%，要求透水率不大于2Lu，孔段合格率应在80%以上，不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的50%，且不集中，灌浆质量可认为合格，否则应加密钻孔注浆。⑧隧底无初期支护。当隧底无初期支护时，隧底注浆应在仰拱施作后仰拱上方片石砼回填前进行，利于仰拱作为隧底注浆的止浆墙；开挖后周边注浆根据隧底涌水量、裂隙发育程度以及施工等实际情况可取消隧底注浆。

4 小结

金竹山隧道采用的注浆堵水方式虽然在工艺上已经成熟，但复杂的水文地质情况要求在实际的施工当中必须结合隧道本身的水质特点和涌水量的大小制定出一套适合自身的注浆体系。该标段在穿越F4断层富水破碎带时，充分利用TSP超前地质预报、地质雷达、瞬变电磁仪法、超前钻孔等多种技术手段探水，继而制定相应的注浆堵水方案。通过对注浆过程中孔眼布置、注浆材料及配比、注浆压力、注浆工艺等多个技术指标严格把关，加强监督和记录，从中发现问题、分析问题、解决问题，取得了良好的注浆加固效果。作为防排水体系的重要组成部分，它不仅确保了初期支护、二次衬砌的安全快速施工，而且有效的防止了地表水和地下水的流失。金竹山隧道作为达陕路全线的控制性工程，注浆堵水在穿越特殊地质构造富水断层带的成功应用，对全线其他标段起到了一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]金竹山隧道两阶段施工设计图，2008.

[2]JTJ042-94，公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2003.

[3]王立志.隧道涌水处理技术探讨[J].交通标准化，2013（21）.