富水断层隧道设置泄水洞的必要性

【摘要】六盘山隧道关键线路2#、3#斜井剩余工程量187m时，遇富水断层，其2#斜井涌水量12000m3/d，且反坡排水；3#斜井突泥、突水严重，致使两方向掌子面开挖受阻，故增设迂回泄水洞，以满足排水要求，保证其正常施工。

【关键词】隧道工程；富水断层；施工技术

1.工程概况

天水至平凉新建铁路线六盘山隧道位于甘肃省平凉市华亭县六盘山山脉，起讫里程DIK83+498～DIK100+217，长度16719m，为全线最长的越岭隧道。设计净断面39.2m2，桶形结构，全隧设置辅助坑道5座，见图1所示。隧道纵坡设计为单面下坡，DIK82+850-DIK+86+250，坡率为5‰/3400m，DIK86+250-DIK+99+800，坡率为13‰/13550m，DIK99+800-DIK+100+200，坡率为6‰/400m，DIK100+200-DIK+101+750，坡率为0‰/1550m。

六盘山隧道1#斜井设计长度203m，综合坡度0.58%，2#斜井设计长度1332m，综合坡度9.6%，3#斜井设计长度2177m，综合坡度9.8%，4#斜井设计长度1280m，综合坡度10.52%，5#斜井设计长度729m，综合坡度8.53%。均采用无轨运输方式。隧道DIK91+410-DIK+91+030段穿越富水断层，断层长度380m。主要地层为泥灰岩，青灰色为主，泥质结构，块状构造，局部已呈压碎结构，岩质较软，节理极发育且伴有角砾状断层角砾，局部可见轻微擦痕，基岩受构造影响严重。

2.隧道施工突涌水情况

2.1 隧道2#斜井涌水情况

2014年4月19日， 2#斜井平凉方向掌子面开挖至DIK91+096时，拱顶突然涌水，水量较大，洞内积水淹没洞身最长约1500米。经测算涌水量约为12000m3/d。随即增加排水设施，提高洞内排水能力。掌子面距洞口3773m，高程差219m。铺设排水管路200mm口径1路，150mm口径2路，由于高差较大，采用三级抽排方式，每级设75KW水泵3台，即使在加大抽排水情况下，仅能保持洞内水位平衡，淹没区维持在200m左右，掌子面无法作业。

2.2 隧道3#斜井突泥、突水情况

2014年5月21日22：00时3#斜井施工至DK91+283时，掌子面上方突然涌水，流量约2000m3/d，水中裹夹泥沙，水流程黑色。5月22日22：30时，掌子面再次突泥、突水，突泥约300m3，突水量约7000～8000 m3/d。为之，对涌出的松散体进行分层注浆加固，空腔采用C30砼回填，DIK91+313～DIK91+283段初期支护径向注浆予以加固，掌子面开挖DIK91+283～DIK91+263段拱部120°范围内双层超前小导管支护。6月2日下午14：30时又发生突泥突水，并逐渐增大，至6月3日突泥堆积体淹没洞段长达75m，突泥量约1000m3。为之，对突泥堆积体前35m予以清淤处理，DIK91+323处设置钢板桩栏挡设施；DIK91+283 —DIK91+323段40m松散体沙袋反压并进行注浆稳固；DIK91+323～DIK91+283段初期支护再次径向注浆加固，DIK91+290～DIK91+310段施做套拱；从DIK91+290开始施做30m大管棚，以确保施工安全。6月7日晚21时掌子面再次突泥、突水，突泥堆积体淹没洞段长达250m，突泥量约4600m3，突水量约30000m3。涌出物主要成分为碎石角砾并夹杂大量断层泥，颜色为灰黑色，角砾呈碎石状，最大块径约30cm，水流裹夹泥沙，呈黑色。

至2015年10月初，耗时约4个月，用于堆积物处理及初期支护加固，掌子面无法正常施工，且存在较大施工安全风险。

图1. 隧道辅助坑道分布图

图2. 2#、3#斜井间突泥涌水区域示意图

2.3 突涌水灾害的施工方案确定

隧道2#斜井掌子面里程DIK91+096，3#斜井掌子面里程DIK91+283，考虑由3#斜井方向向2#斜井方向水平钻探施作泄水孔，以顺坡排水，解决2#斜井掌子面开挖问题，但因一方面水平钻探距离过长，角度难以控制，另一方面斷层钻进易发生埋钻、卡钻现象，钻进困难，故此方案予以否定。

隧道DIK91+330—DIK91+090段增设迂回泄水洞，虽然该方案能充分解决2#、3#斜井排水问题，但也存在工程成本增加；一类变更持续时间较长等问题，故为备选方案。

采取对堆积体注浆稳固，已开挖段初期支护注浆、套拱加固，掌子面开挖加强超前支护等工程措施，完成187m剩余工程量，但工程实践证明，该方案未充分考虑排水减压问题，致使工程受阻。10月15日开始正式采用备选方案二。

3.迂回泄水洞施工

3.1设置泄水洞的目的

设置泄水洞可以有效地减小断层段落的富水压力，降低正洞带水作业的施工风险，同时揭露未开挖段的地质情况，作为调整支护参数的依据，并为预防隧道突泥、突水等可能形成的灾害性事故及时提供准确信息。彻底解决2#、3#斜井的反坡排水问题。尽早恢复2#斜井掌子面的施工。

3.2 迂回泄水洞设置及支护参数

迂回泄水洞由3#斜井向2#斜井方向施工，坡度与隧道正洞一致，高程以DIK91+330处基面高程为准，长度263m。进出口分别与正洞相交于DIK91+330、DIK91+090，与正洞夹角为45°，中线线间距30m。考虑施工空间需要，拟定断面尺寸为3.5m×3.0m（宽×高）。迂回泄水洞支护参数见表1所示。

图3（a）迂回泄水洞断面图

图3（b） 迂回泄水洞平面示意图

表1. 迂回泄水洞支护参数表

围岩级别 喷层厚度（cm） φ22砂浆锚杆 钢筋网φ6 I16型钢钢架 铺底厚度t（cm）

位置 长度（m） 间距（环×纵）（m） 位置 间距（cm） 位置 间距（m）

断层 23 拱墙 2.5 1.0×1.0 拱墙 20×20 拱墙 0.8榀/m 30

迂回泄水洞进口Y0+00～Y0+10、出口Y0+253～Y0+263段钢架间距调整为1榀/0.5m，以确保交叉口段落施工安全。超前支护参数：拱部120°范围内采用φ42小导管预支护，长度4m，环向间距40cm，外插角5°-10°，搭接长度不小于1.0m；液浆水灰比1：1，注浆压力为0.8～1.5MPa。工程竣工后，泄水洞与正洞相接处5m范围内采用C20混凝土封堵，洞底预埋泄水管与正洞水沟连接，保证洞内排水畅通。

3.3 安全保障措施

由于2#斜井积水严重，为防止突水倒灌，泄水洞施工至剩余20m时，暂停掘进，掌子面施作超前水平钻孔，释放水压。加强地质超前预报，TSP每100m施作一次，搭接长度不小于50m，同时配合水平钻探，每循环50m，搭接长度不小于15m。加强监控量测，每隔5m布设一环测线，每循环开挖支护完成后及時进行净空变形量测，量测数据经整理、分析后及时反馈，以切实指导施工。掌子面每循环开挖前，先施作超前炮孔5个，深度5m，以排水减压。

4.结束语

六盘山隧道迂回泄水洞自2014年10月15日开始施工，至2015年3月26日完成，2015年3月28日2#、3#斜井正洞掌子面恢复施工，于2015年6月19日，该隧道全线贯通。六盘山隧道迂回泄水洞成功经验表明，当遇到富水断层施工时，应充分考虑预留泄水孔、洞，必要时增设迂回泄水洞，以排水减压，避免加强工程措施进行封堵，造成水压过大，引发突泥、突水。

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作者简介：陈建平（1958-6）男，陕西西安市人，桥梁高级工程师，1992年毕业于西安铁路职工大学，铁道工程专业。