高压富水地层超深埋特长隧道施工技术研究

卢永灿

摘 要：本文针对高压富水地层超深埋地质条件下的隧道施工技术，详细介绍综合超前地质预报技术、岩爆预防和处理技术、地下水处理技术、通风技术，并通过实例说明复杂地质条件下的隧道施工技术的可行性，供同行参考和借鉴。

关键词：高压富水地层；超深埋；特长隧道；施工技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.106

0 引言

在高压富水地层条件下，隧道工程首先需要做好排水以及通风工作，以确保工程在施工过程中的安全以及工程的质量。此外，还需要做好岩爆预防处理工作，防止隧道在高压的条件下出现塌方，形成严重的安全事故。

1 超前地质预报技术

某隧道位于山谷中，深度约为580米，发生岩爆的埋深约为240米。该地段的围岩主要为花岗闪岩以及微风化次石英斑岩，出现裂隙发育，围岩岩体相对完整，并且稳定性较良好。该隧道在施工期间根据施工特点以及地质条件编制超前地质预报方案，并且在超前地质预报中应用TSP、地质雷达、超前水平钻、加深炮孔全隧贯通探测以及红外探水等。

TSP显示某一地段出现节理裂隙发育，周边围岩相对破碎，并且伴随有地下水发育以及溶蚀裂隙发育等。根据其显示的结果对着某段假地质雷达探测，得出结果为该地段围岩岩体大体完整，稳定性良好等。

掌子面地质概况为：岩石为灰色灰岩，围岩总体破碎，稳定性一般，该段地下水由掌子面钻孔中冒出，并且地下水具有压力，出水量为2000m3/h。通过联合超前取芯钻孔及TSP，得出的预报结果为：掌子面前5米范围之内的岩石均为灰色灰岩，岩体整体相对完整，并无明显溶蚀裂隙发育，钻孔处并未出现地下水；掌子面前5～16米范围内岩石为白云质灰岩夹杂白色灰岩的情况，岩石整体相对破碎，出现溶蚀裂隙发育，即断层破碎带；掌子面前16～20米范围内，岩石为白色灰岩、岩体整体相对完整，局部略有破碎；掌子面20～30米范围内岩石为白色灰岩，岩体相对破碎，出现溶蚀裂隙发育，可断定该地段为岩体破碎。

合理利用地质预报仪器、技术以及相应设备，来建立超前地质预报体系，合理将长期预报与中期预报得出的结果结合，获取相对准确的地质分析、地质预报、地质信息以及渎职素描，从而实现一体化跟踪预报技术。

2 岩爆预防及处理技术

弱岩爆可采用锚杆以及喷钢钎维混凝土进行布设处理，从而来预防发生岩爆事故。在中等岩爆段应用局部挂网、锚杆以及喷钢钎维混凝土来联合解决问题。对于强岩爆、极强岩爆就需要应用特殊工艺来处理，首先需要应用应力来做一个防护网，随后在安装上网片以及锚杆，最后再采用喷上混凝土来进行支护，从而确保施工安全，防止发生岩爆事故。施加应力的目的就是让围岩上的应力提前得到释放，从而实现调整围岩应力的效果，而不是消除应力。岩爆预防及处理技术在一定程度上能够降低岩爆事故发生概率，在隧道主炮孔爆破之前具有良好的防爆破作用。

要在安全时间之内处理岩爆，需要寻求使用时间短、处理效果良好的技术，在此挂网以及水胀式锚杆较为适用。安装水胀式锚杆使用的时间为2～3分钟/根，并且安装之后能够立即受力，能够快速实现支护作用，其与机械涨壳锚杆相比，每一根锚杆发挥支护作用所节约的时间为5～10分钟。除此之外，水胀式锚杆不会受到垫板松动的影响而失去支护作用，该种锚杆的缺点为使用时间一长就会失去锚固效果，需要尽快补打，并且花费的成本相对较高。如果仅从操作性以及安全性方面来看，水胀式锚杆属于首选。使用的网片规格、大小需大于锚杆的间距，并且网片的网孔需小于垫板，在安装垫板之前需要让网片穿过锚杆，随后再固定垫板。

喷混凝土在一定程度上能够改善围岩的受力，防止其发生变形，特别是厚层喷的混凝土，能够给予围岩较大的支持力，从而能够让围岩处于三维受力状态之中，可有效防止发生岩爆事故。当掌子面掘进超前倍数为2倍的洞径时，支护系统必须跟上速度；当岩爆强度较大时，应做好临时支护工作。一般情况下，掌子面正前方属于岩爆最为严重的地点，因此，除了对该地点进行加护之外，需应用9孔、14孔超前应力解除防爆工藝。

3 地下水处理技术

地下水处理技术相对较多，需要根据超前地质预报得出的结果以及现场施工的具体情况来选取适合的地下水处理技术。地下水处理的原则为堵为主，排为辅。就上文中提到的隧道为例，分析该隧道使用的地下水处理技术。该隧道的某个出口自从涌出地下水以来，施工人员通过一个月的时间发现其水压以及出水量发生的变化不明显，并且出水清澈，地表也没有发生缺水塌陷的情况。根据地质预报得出的结果可知，其前房为溶蚀破碎带，无大型溶洞，因此，施工人员决定应用泄水平导引排的方法，该法能够让施工正常施工。泄水平导就是将涌出的水引排，不但能够让施工恢复正常，而且还能够保证隧道隧道的正常运营。

择机封堵，即根据超前预报得出的结果，并且对施工安全不产生影响的情况下，首先揭露地下水，将掌子面掘前，让其超出出水点一段距离，随后对地下水进行处理。

超前预注浆，利用高压且大流量的地下水来实施超前注浆，超前注浆使用的材料以及工艺均与超前帷幕灌浆相同，其不同之处为利用灌浆压力来进行控制以及孔口管。在静水压力小于2MPa时，其可取3倍的静水压力；在静水压力为2～5MPa时，其可取任意压力（不可超出7MPa）；在静水压力超出5MPa时，取静水压力可增加3MPa。

4 通风技术

某隧道的埋深最大限度为580米，处于高压富水层，不能够修建竖井。因此，该隧道整体设计成为上下单线隧道，让隧道形成平行导洞无轨运输线路。在该隧道施工过程中，使用射流巷道式通风技术，通过对气体力学计算分析使用的通风技术，从而很好解决长距离隧道的通风技术。射流通风技术就是让A线与B线形成压力差，从而造成风循环，射流风机可将风送至掌子面相近的横通道，再由轴流风、风管将隧道外新鲜风送至掌子面，从而能够将隧道内原有空气排出，在一定程度上能够保证施工环境的质量。

5 结语

隧道处于高压富水层会给其施工带来较多的麻烦，特别是地下水涌出的问题，情况严重时会对施工安全以及施工进度产生严重的不良影响。因此，需要采用合理的方法来解决施工过程中出现的问题，以确保隧道工程施工的质量以及施工人员的人身安全。

参考文献：

[1]马小锋.高压富水断层破碎地带地层隧道事故处理[J].交通建设与管理，2014（02）：31-33.

[2]张恩山.高压富水地层超深埋特长隧道施工技术研究[J].城市建筑，2015（33）：318.