万世青隧道断裂带富水区段涌水处理

◎ 吕永翔　中交二公局第四工程有限公司



万世青隧道断裂带富水区段涌水处理

◎ 吕永翔中交二公局第四工程有限公司

摘要：万世青隧道在掘进中穿越断裂带时出现大量涌水，导致掌子面一度停工；本文结合万世青隧道的实际情况，对穿越断裂带富水区段的涌水处理措施进行了分析，依据“防、排、堵、截”的原则，结合设计，制定了合理的施工技术方案，通过超前排水和注浆等措施，顺利地完成了施工任务。

关键词：断裂带 富水区段 涌水 超前排水 注浆

1.工程概况

万世青隧道是在建的漳永高速公路（漳州段）的关键性工程，位于华安县丰山镇，为双向四车道分离式长隧道，隧道左洞长2492米，右洞长2461米，隧道最大埋深左洞约310米，右洞约330米。

2.水文地质情况

本隧道场址区属高丘陵地貌，地形起伏较大，沟堑较发育，宽度较小，切割较深且长，大多呈“V”型；隧址区区域上位于尚卿-坂里褶段带，局部有小型构造破碎带，洞内围岩以风化凝灰岩为主；根据钻探资料及设计图纸，在k6+740-760段和K8+010-070段，为构造破碎带，岩体破碎，呈松散结构，地下水量丰富，隧道最大涌水量为2471m3/d，正常涌水量为2000m3/d。

3.断裂带富水区段设计

3.1衬砌结构设计

在k6+740-760和K8+010-070破碎带富水区段，设计围岩为Ⅳ深埋段，为加强支护，K6+725-775和K8+000-080段采用S5a衬砌类型。

3.2隧道穿越富水区段治理

万世青隧道K6+72 5-7 75和K8+000-080段处节理、裂隙发育，地下水丰富，呈涌流状出水，该区段采用围岩加固结合排水、降水注浆等措施进行处理：

围岩加固采用在拱部及边墙部增设注浆小导管，采用Φ50x5mm热轧无缝钢管，L=6m，外插角30°，环向间距45cm，纵向间距3m。环向与排水小导管间隔设置，间隔2根注浆小导管设置1根排水小导管。

降水排水措施1：在拱部及边墙部设置排水小导管，采用Φ50x5mm热轧无缝钢管，L=6m，外插角30°，环向间距135cm，纵向间距3m；环向与注浆小导管间隔设置，间隔2根注浆小导管设置1根排水小导管，排水小导管保证斜向上打设。倾斜度不小于2%，打设初期及水量较大时采用抽水作业。

降水排水措施2：仰拱部设置排水导管，采用Φ76x4mm热轧无缝钢管，L=9m，外插角5°，环向间距350cm，纵向间距7m；仰拱部排水导管在二次衬砌施工前均应抽水。

注浆小导管采用水泥浆液，水灰比例为1.0～1.5；注浆压力以中压为主，一般采用2.5～3倍静水压力。

4.断裂带富水区段施工

4.1富水区段超前地质预报

在断裂带富水区段，首先采用EKKO地质雷达进行探测，并与TSP超前预报结果进行验证，根据预报结果，在进入断裂带之前，还要采用超前地质钻孔探水进行确认。

根据超前地质预报，在K6+730-780，K8+000-100段均发现了断裂带和涌水；在接近断裂带时，岩层表面出水情况由局部渗水、滴水增大为线状出水，进入断裂带后，在进口右洞K6+740附近，岩层出水情况为面状淋水加局部突水，掌子面右下侧出现大量涌水，经实际测量，掌子面涌水量达到约2350m3/d，出口左洞K8+100处也出现大量涌水。

4.2富水区段涌水处理

4.2.1注浆参数设计

（1）双液浆配合比：图纸设计中采用水泥浆液，但由于实际过程中发现涌水量大，速度快，静水压力大，经过比较论证采用水泥水玻璃双液浆注入。材料选取：水泥采用42.5紫金水泥，水玻璃出场浓度：35bé，根据注浆对浆液凝结时间的要求，经过试验，不同配比的浆液凝结时间见表1。

当岩溶裂隙较小或注浆涌水量小于30L/min时，选用水泥浆液，当岩溶裂隙较小或注浆涌水量在30～100L/ min时，选用凝结时间大于90S的双液浆，当注浆孔涌水量在100～400L/min时，选用凝结时间为60～75S的双液浆，当注浆孔涌水量大于400l/min时，选用凝结时间小于60S的双液浆。

表1　水泥水玻璃双液浆凝结时间（S）

（2）注浆范围：根据图纸设计要求以及隧道围岩地质、涌水等情况，注浆范围取隧道开挖轮廓线外5m。

（3）注浆压力：注浆压力根据下面公式计算：

式中：P-注浆终压；Po-静水压力；△P-压力增量，一般取值范围1～3MPa，根据经验，本工程中△P取值2.0MPa，所以注浆终压P确定为3.2MPa。

（4）单孔注浆量计算：

式中：Q-单孔注浆量（m3）；r-浆液扩散半径，取2.0m；L-注浆段长度，取6m；n-岩体孔隙率，取7%；α-有效注浆系数，取0.85；β-浆液损耗系数，取1.1；计算得出单孔注浆量为4.93m3。

4.2.2注浆施工要点

（1）钻孔施工。钻孔采用YT28风动钻机钻孔，拱部和边墙的注浆、排水小导管要结合隧道超前支护和拱架布设，布孔和钻孔要根据围岩裂隙走向，适度调整打孔方位。小导管采用Φ50x5mm热轧无缝钢管，L=6m，外插角30°，环向间距45cm，纵向间距3m。环向与排水小导管间隔设置，间隔2根注浆小导管设置1根排水小导管。

（2）浆液配置。注浆前，测定涌水量和涌水压力，根据测定的数据配置浆液，根据试验数据，当岩溶裂隙较小或注浆涌水量小于30L/min时，选用水泥浆液，当岩溶裂隙较小或注浆涌水量在30～100L/min时，选用凝结时间大于90S的双液浆，当注浆孔涌水量在100～400L/min时，选用凝结时间为60-75S的双液浆，当注浆孔涌水量大于400l/min时，选用凝结时间小于60S的双液浆。

（3）注浆。在隧道断裂带富水区域，还存在水量较小、裂隙较小的基岩裂隙水，由于裂隙小，进浆困难，且注浆压力高，在此情况下，采用以下两种注浆方式：第一种，分层减压注浆，即注浆的顺序从下至上进行，下层管注浆，中层管泄水；中层管注浆，上层管泄水。第二种，恒压注浆，即采用进浆量小的双液注浆泵，将注浆压力调至比静水压力大1～2MPa，直至吸浆管不再吸浆为止。最后调整注浆压力，注双液浆封孔。该方式以注单液浆为主。

（4）隧道注浆施工注意事项。水玻璃碱性高，属强碱，ph=3.5，容易伤害人体健康，对人的皮肤及眼睛危害性极大，注浆作业时，作业人员要带好保护措施，橡胶手套，防护眼镜等；作业场地要有良好的照明条件；注浆外流的浆液（水玻璃）表面光滑，工作人员行走时，注意防滑，跌倒。

注浆前，应对注浆设备进行调试，做压水试验，在设备完好的情况下再注浆；停止或注浆完毕时，应及时清理设备和冲洗注浆管，以防堵管影响下次注浆作业。

注浆时如果出现异常，先停止注浆，根据实际情况采取相应的措施。

4.3经验总结

在断裂带富水区段施工中，根据不同的出水情况，可以采取不同的施工措施处理：

（1）局部渗水：对局部渗水点采用C25喷射砼加以封闭，砼喷至设计厚度后，如仍有渗水，对渗水点进行补喷，增加喷射厚度5cm～10cm。

（2）股流：隧道开挖后会遇到股流现象，如股水流量没有明显衰减，应采取止水措施：以股水部位为中心，布置注浆小导管3～4环，为了达到有效的止水效果，采用水泥-水玻璃双液浆注浆。

（3）节理密集带涌水：对节理密集带涌水采用先引水、后反压浆止水的措施进行处理。

（4）大面积淋水：采取超前小导管预注浆止水措施，小导管外插角10°、40°交错布置，为了达到有效的止水效果，注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。

（5）断层裂隙富水带：采取超前深孔预注浆措施，围岩类别降一级进行加强支护，同时在喷射砼中掺入适量钢纤维，增强砼的抗折、抗渗、抗冲击性，防止突发涌水、特大涌水灾害发生。

5.结语

万世青隧道出现了较大涌水，本文根据工程所在的地理位置和水文地质调查情况，依据“防、排、堵、截”的原则，采用了以堵为主、防排堵结合的综合处理方案，有效的解决了该隧道断裂带富水区段施工难题，在安全的情况下，顺利的完成施工；实践证明，万世青隧道断裂带富水区段处理方案是合理、安全、可靠和有效的，对于类似条件的隧道施工具有借鉴意义。

参考文献：

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