珠海横琴新区非示范段隧道工程涌水问题防治探讨

赵旭荣

（中冶集团武汉勘察研究院有限公司，湖北武汉 430080）

随着经济建设的发展，我国许多重要的基础设施建设开始向地质条件更加复杂的地区发展。尤其是隧道，在施工时由于地域差别，会面临不同的施工难题，涌水突泥就是其中之一。涌水是指围岩空隙中的地下水或地表水水源，在压力的作用下涌出。其中，水量大、来势猛、突发性强的涌水，又叫做为突水。在施工过程中遇到不良地质情况，如溶洞、暗河、承压水等，从而引发以水、泥砂迅速涌出的地质灾害[1]。涌水既提高了施工的难度，也是地下围岩失稳、基坑渗透破坏和边坡塌滑的重要原因。

据施工调查显示，突发性涌水大多数发生在断层破碎带中。而且受施工区域地质水文条件影响，突发性的涌水都具有充分的水源补给，涌水的渗透路径一般与地表水、地下暗河或者其他水路保持良好的水力联系。例如中国京广铁路大瑶山段隧道施工，地质层有大规模的断层破碎带和喀斯特地貌发育段，由于地质检测未提前监测涌水，施工过程中的保护措施也未及时到位，地下水大量涌出，引发了较大规模的塌方，很大程度上影响了正常的施工[2]。

珠海横琴新区市政基础设施BT项目非示范段隧道工程存在不良地质现象，主要为涌水、危岩体和崩岗。本隧址区特殊性岩土主要为风化岩及残积土。区域内分布的砾质粘性土属残积土，花岗岩的结构、成分和性质已产生不同程度的差异，属风化岩类，具球状风化特性。残积土和风化岩在饱和状态下受扰动后，易软化、崩解，强度、承载力骤减。因此，珠海横琴新区市非示范段隧道工程涌水问题的防治有着尤为重要的现实意义。

1 工程概况

珠海横琴新区市政基础设施BT项目非示范段隧道工程SD-1、SD-2隧道位于珠海市大横琴岛脑背山南侧、深井至新村一带，岛上有环岛公路相通，交通条件较为便利。SD-1隧道起迄桩号K4+610～K5+190，长约580m，为双向四车道连拱隧道；SD-2隧道为双向四车道小净距隧道，四洞之间净距为7～10m，其中左洞平曲线半径为4800m，右洞平曲线半径为5000m，长约232m。SD-1、SD-2工程地质平面图见图1，工程地质剖面图如图2所示。

隧址区地形地貌、地质构造条件较简单，主要的不良地质现象有崩塌、危岩体及崩岗等，区内地震基本烈度为Ⅶ度，SD-1隧道区域稳定性较好，SD-2隧道区域稳定性一般，而由全—中风化花岗岩组成的场地为Ⅰ类场地，属对建筑抗震有利地段，无由地震引起的地基失稳、失效的可能，工程地质条件中等复杂，崩塌（滑塌）对隧道施工有一定影响，但不是十分严重。

珠海市气候属亚热带季风气候带，气候宜人，冬无严寒，夏无酷暑，日照充足，雨量充沛。历年平均气温为22.5℃。降雨的年内分配集中在夏季，历年最大降雨量2873.9mm，历年最小降雨量1200.9mm，多年平均降雨量1950.7mm，4～9月的降雨量占全年降雨量的80%以上，并经常出现暴雨和大暴雨。冬夏风向季节变化显著，从夏季至初秋一般盛行偏南风，秋季至冬末盛行偏北风或偏东风，台风登陆风力达8级以上，最大风力可达12级，并常伴随暴雨和暴潮。

根据区域地质资料，隧址区断裂构造极其发育，主要有东西向、北东向和北西向3组。距离本拟建隧道区较近的构造断裂带有东西向断裂有马尿河断裂I-14、深井断裂I-15和赤沙大脑南断裂I-16；北北东向断裂有三塘山断裂Ⅳ-34、二婆髻断裂Ⅳ-35、平山断裂Ⅳ-36、大坪断裂Ⅳ-37、环湾断裂Ⅳ-38、石场西断裂Ⅳ-39、长形断裂Ⅳ-40、夹马口断裂Ⅳ-41和公仔脑断裂Ⅳ-4，北西向断裂有定家湾东断裂Ⅴ-4。

2 围岩分级及其稳定性分析

2.1 地形地貌

横琴岛主要由脑背山和赤沙大脑2个山体组成，隧址区为剥蚀残丘地貌，基底为燕山二期—三期花岗岩。横琴岛主峰位于脑背山，主山脊线沿北东向展布，最高处海拔457.7m，南麓狭长陡峭，坡度45°～60°，北麓宽阔，有两级夷平面，受后期构造抬升和侵蚀切割，有较明显的山鞍，脊线多沿北西、南北向展布，峰顶多呈穹隆状，平缓圆滑，一般山顶和山脚坡度稍缓，中下部较陡，沟谷中等切割，上游多为“V”字型，下游多呈“U”字型。地形坡度一般为20°～30°，局部35°～40°，或有陡崖。坡面植被很发育，森林覆盖率在90%以上。地形起伏较大，水土保持较好，零星分布花岗岩球状风化体，大小不等。SD-1隧道位于东西向展布的山脊西端，横穿山脊。SD-2隧道位于东西向展布的山脊南端。

SD-1隧道在进口段坡顶分布薄层状砾质粘性土，洞口为高陡临空面，系原开山修路爆破形成，岩体较破碎，洞口开挖后需要及时进行支护。洞身段局部表层分布薄层砾质粘性土，厚度不大，工程地质特性一般，但与隧道无影响关系。隧道出口段多为基岩出露，稳定性较好，开挖时需及时做好支护措施。SD-2隧道在进口段坡顶表层分布薄层状砾质粘性土，下伏强—中风化花岗岩，节理裂隙发育，岩体较破碎，洞口开挖后需要及时进行支护；洞身段由于受深井断裂构造影响，岩体差异性较大，特别是K3+940～K4+135段为主要影响范围，岩体极破碎，工程地质特性较差，加之该区地表水和地下水较发育，施工时应控制爆破，短进尺、勤支护，做好防排水措施隧道出口段多为基岩出露，自然状态下稳定性较好，节理裂隙较发育，岩体较破碎。

2.2 围岩分级

SD-1隧道围岩有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三种级别，其中隧道进出浅埋地段中风化花岗岩为Ⅳ级围岩，洞身段中—微风化花岗岩过渡带为Ⅲ级围岩，洞身段微风化花岗岩为Ⅱ级围岩，隧道出口浅埋地段强—中风化花岗岩为Ⅳ级围岩。

SD-2隧道围岩有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四种级别，其中进口浅埋地段全—强风化花岗岩和洞身段断层破碎带主要影响范围为Ⅴ级围岩，洞身段中风化和中—微风化花岗岩过渡带为Ⅲ级围岩，洞身段微风化花岗岩为Ⅱ级围岩，出口段强—中风化花岗岩为Ⅳ级围岩。

2.3 围岩稳定性评价

SD-1隧道进口段埋深约0～45.8m，由燕山第三期第一次侵入的横琴岩体（）组成，岩性主要为强—中风化花岗岩，属坚硬岩类，节理裂隙发育，岩体呈碎裂结构，层间结合差，透水性强，属Ⅳ级围岩，稳定性差。围岩拱部无支护开挖时围岩初始应力状态被改变，进一步加剧卸荷裂隙的扩展，易坍塌，轻者表现为掉块现象，重者发生大范围崩塌，需及时进行衬砌支护，以保证其稳定性。隧道出口段埋深约0～43.0m，由强—中风化花岗岩组成，属坚硬岩类，节理裂隙发育。出洞口基岩出露，岩体呈碎裂结构，层间结合差，主要发育南北及北北东向2组节理，透水性强，属Ⅳ级围岩，稳定性差。地下水较贫乏，下雨时可见淋雨状或涌流状出水。围岩拱部无支护开挖时围岩初始应力状态被改变，进一步加剧卸荷裂隙的扩展，易坍塌，轻者表现为掉块现象，重者发生大范围崩塌，需及时进行衬砌支护，以保证进口段边坡稳定性。SD-1隧道隧址区内无断层与洞身段相交，据区域地质资料，横琴岛构造线多呈NE-SW向发育，据此推测区内最大水平主应力方向呈SE-NW向，与SD-1隧道轴线呈小角度相交，对隧道稳定性影响较小。

SD-2隧道进口段埋深约0～34.5m，由燕山第三期第一次侵入的横琴岩体（）组成，岩性主要为全—中花岗岩，属坚硬岩类，岩体节理裂隙发育，呈碎裂结构，层间结合差，透水性强，属Ⅴ级围岩，自稳能力差。围岩拱部无支护开挖时易坍塌连通地表水体，造成隧道涌水。隧道出口段埋深约0～51.6m，由强—中风化花岗岩组成，属坚硬岩类。出洞口基岩裸露，岩体节理裂隙较发育，呈碎裂结构，层间结合差，主要发育东西及北北东2组节理，透水性较强，属Ⅳ级围岩，稳定性较差。据现场调查，出口段见季节性流水，地下水较贫乏，雨时可见淋雨状或涌流状出水。出口段围岩拱部无支护开挖时，围岩初始应力状态被改变，进一步加剧卸荷裂隙的扩展，拱顶易坍塌，甚至连通地表水体，造成隧道涌水。据区域地质资料，横琴岛构造线多呈NE-SW向发育，据此推测区内最大水平主应力方向为SE-NW向，与SD-2隧道轴线呈大角度相交，对隧道稳定性不利。

3 隧道涌水问题防治

3.1 涌水问题

根据钻孔压水试验及地层岩性分析，K3+940～K4+135段正常涌水量为312.0m3/d，最大涌水量为1405.2m3/d，发生涌水、突水的可能性较大，其与山顶望天台水库及地表冲沟水体具有一定的水力联系。根据《铁路工程水文地质勘察规程》(TB10049-2004)对SD-2隧道涌水灾害严重等级进行打分判别，打分判别见表1。根据评分结果，若隧道没有进行防水措施，总分为4.08，隧道涌水级别属于A级，隧道涌漏水甚大，或突然涌水或泥砂大量涌出；若隧道进行衬砌等防水措施，为3.63，隧道涌水级别属于B级，隧道涌漏水较大或泥砂涌出。

表1 SD-2隧道涌水灾害严重等级判别打分表

3.2 隧道涌水预测

隧址区属亚热带季风气候，雨量充沛，多年平均降雨量1950.7mm，降雨多集中在夏季。SD-1隧道位于横琴岛西部，隧址区地下水主要以风化基岩裂隙水为主，赋存于花岗岩风化裂隙带和基岩构造带中，受赋存岩体裂隙发育程度影响较大，具明显各向异性。由于SD-1隧道穿越地层岩性单一，水文地质单元及相关参数变化小，经过区域地层主要为中—微风化花岗岩，主要的地下水类型为基岩裂隙水，基岩裂隙水赋存于花岗岩风化裂隙带中，具明显的各向异性特点。SD-1隧道基岩裂隙水量不大，隧道不存在涌水、突水问题。

SD-2隧道位于横琴岛南部，隧址区地表水主要以冲沟内流水为主，地下水主要以风化基岩裂隙水为主，赋存于花岗岩风化裂隙带和基岩构造带中，受赋存岩体裂隙发育程度影响较大，具明显各向异性。SD-2隧道虽然穿越地层岩性较单一，但由于受深井断裂构造影响，水文地质单元及相关参数变化产异性较大，隧址区水文地质条件相对较复杂。SD-2隧道经过区域地层主要为强—微风化花岗岩，主要的地表水为山间冲沟溪水，接受大气降水和地下径流补给，水量随季节变化较大。主要的地下水类型为基岩裂隙水，基岩裂隙水赋存于花岗岩风化裂隙带中，具明显的各向异性特点。由于深井断裂与隧道小角度相交，交汇处及其断裂影响范围内岩体极破碎，根据山顶望天台水库处地质情况及隧道沿线冲沟内常年有水推测在两者交汇处一定范围内发生涌水、突水的可能性较大。

3.3 涌水问题防治方法

SD-1隧道南北两端洞口均陡直，具崩塌潜势。地表水及地下水不发育，隧道开挖时洞口浅埋段涌水量不大，但洞身可能会有漏水或淋雨现象，需做好排堵措施。SD-2隧道东西两端洞口及洞身均有危岩体存在。地表水及地下水丰富，隧道开挖时进口段位于冲沟泄洪口，雨季施工时水量较大，必要时设置防洪设施。洞身由于受构造影响，K3+940～K4+135段可能会发生涌水、突水可能，其它地段可能会有漏水或淋雨现象，需做好排堵措施；出口段位于冲沟泄洪处，但规模较小，水量有限，只需做好必要的防范措施进行疏导即可。通常，隧道涌水灾害具体的防治措施主要为以下3点：

（1）地质监测预报。涌水、突水问题的发生具有一定的突发性，为施工人员预留的抢救时间有限，但是要精确预估发生隧道涌水的时间、方位，还是会受到技术条件的限制。为保证施工的顺利进行，应合理利用工程地质勘察技术。洞内外地质调绘、物探、地质钻探等方法都是确定涌水地层空间分布与物理化学性质、水文条件、富水特征和水文参数的有效方法[3]。

（2）施工防水法。在隧道施工时设置排水盲沟、排水通道及集水槽，将水流引入地下水系中。同时应注意施工缝的施工操作，防止施工缝作为涌水的突破口影响正常的隧道施工。施工缝应采用BW型遇水膨胀止水带止水，水平向铺设1层25～30mm混凝土与混凝土强度等级相同的水泥浆，防止止水带变形，确保施工缝处的强度；加强振捣竖直向止水带两边混凝土，铺设防水板，保证施工缝混凝土密实[4]。

（3）灾害实时抢救。涌水灾害的治理总体方案为“引流、限流”。①引流——将涌水、突水的水流引至自然地下水系中，这样既能使工作面施工平稳进行，又能保护自然水系的流动。②限流——保证涌水、突水的水量在可控范围内，可对涌水部位采取喷射混凝土的方式控制水流量，这样来控制突发性的涌水灾害[5]。

4 结论

（1）市政基础设施BT项目非示范段隧道工程SD-1、SD-2隧道位于珠海横琴新区市，本隧道区存在不良地质现象，主要为涌水、危岩体和崩岗。

（2）隧道围岩的稳定性评价显示，SD-1出洞口岩体呈碎裂结构，层间结合差，透水性强，稳定性差。SD-2出洞口岩体节理裂隙较发育，呈碎裂结构，层间结合差，透水性较强，稳定性较差，出口段见季节性流水，雨时可见淋雨状或涌流状出水。施工中应提高对隧道涌水的防治。

（3）隧道涌水灾害具体的防治措施主要有地质监测预报、施工防水法和灾害实时抢救。涌水灾害因其具有突发性，因此应防范与治理相结合，动态监控，并加强施工质量，保证隧道施工的顺利进行。