成昆线特克隧道2#横洞突涌水处理研究

陈国强

(中铁十八局集团第三工程有限公司，河北涿州 072750)

1 工程概况

1.1 设计概况

特克隧道进口端连接特克三线中桥，出口端为埃岱尼日河1号双线大桥，该隧道地处峨边南～甘洛区间，全长8 605 m，最大埋深约1 075 m。主要隧道辅助工程：1#横洞在DK259+300线路右侧，与线路交角80°，对应里程为H1DK0+000～H1DK0+820，全长820 m；2#横洞在DK262+500线路右侧，与线路呈垂直交角；对应里程为H2DK0+000～H2DK1+300，全长1 300 m；3#横洞在DK264+270线路右侧，与线路呈垂直交角；对应里程为H3DK0+000～H3DK0+750，全长750 m。

1.2 地质概况

测区地表上覆第四系全新统坡残积层(Q4dl+el)粉质黏土，第四系全新统坡崩积层(Q4dl+col)块石土，隧址区出露基岩为志留系下统石牛栏组(S1s)灰岩，奥陶系上统宝塔组(O3b)灰岩，奥陶系下统红石崖组(O1h)砂岩，奥陶系中统红巧家组(O2q)灰岩、砂岩夹页岩，寒武系上统洗象池组(∈3ox)白云岩夹砂岩，寒武系中统西王庙组(∈2x)白云岩、砂岩，寒武系下统龙王庙组(∈1l)白云岩、泥质灰岩夹页岩，寒武系下统沧浪铺组(∈1c)砂岩、黏土岩、白云岩互层，寒武系下统筇竹寺组(∈1q)砂岩、灰岩，震旦系上统灯影组(Zbd)白云岩，震旦系上统观音崖组(Zbg)砂岩，震旦系上统列古六组(Zbl)砂岩、砾岩，震旦系下统开建桥组(Zas)凝灰质砂岩及岩屑砂岩、流纹斑岩，苏雄组(Zas)凝灰岩、流纹岩。

2 现场施工情况

2.1 涌水段地层岩性

特克隧道2号横洞洞身穿越震旦系上统灯影组(Zbd)白云岩及震旦系上统观音崖组(Zbg)石英砂岩、页岩、灰岩、白云岩地层。测区内发育古子窝逆断层，地表与横洞大角度相交于H2DK0+970，岩体破碎，岩性主要为白云岩，是地下水运移的良好通道。地表水及地下水较发育，震旦系上统灯影组(Zbd)白云岩中及断层一带可能出现较大涌水，预计横洞最大涌水量Q=6650m3/d。

2.2 原设计施工参数

其中H2DK0+730～H2DK1+190段设计为双车道Ⅳ级锚喷衬砌，按照“贰隧(2011)4003-37”图施作，采用拱墙I16型钢钢架及拱部φ42 mm小导管加强支护；本段超前地质预报手段为WT-2(地震波发射法+地质雷达法)、ZT-2(1孔φ89 mm超前钻孔+5孔加深炮眼)[1]。

3 涌水情况

2017年6月19日，特克隧道2#横洞于H2DK0+877掌子面施作φ89 mm超前水平钻孔，钻进至11.5 m左右(H2DK0+865.5)时，钻孔中发生股状涌水，射程达5 m左右，推测水压约1.5 MPa(图1)。目前，2号横洞内实测涌水量约Q=23784m3/d。目前掌子面围岩较好，发生涌突泥地质灾害的可能性较小。

图1 特克隧道2#横洞H2DK0+877掌子面涌水

4 涌水原因分析

特克隧道2#横洞掌子面涌水主要为岩溶裂隙水，主要赋存于震旦系上统灯影组白云岩、白云质灰岩、灰岩沿缓倾岩层面发育的近水平向溶蚀裂隙以及沿构造裂隙发育的垂向溶蚀裂隙，存在大型溶腔的可能性较小，洞身处于浅饱水带排泄区，具有一定承压性，裂隙水主要沿东西方向呈条带状向尼日河深切沟谷排泄；裂隙水一是接受大气降水入渗补给，二是通过构造发育带接受洞身右侧地表南端沟谷溪水的侧向补给；水量稳定，隧道涌水有相对稳定动储量补给。

横洞地下水主要以岩溶裂隙水形式发育，主要赋存于沿灯影组白云岩、白云质灰岩、灰岩沿层面发育的近水平向溶蚀裂隙，及沿走向 330°构造裂隙发育的垂向溶蚀裂隙，存在大型溶腔的可能性较小，洞身处于浅饱水带排泄区，且地下水排泄不畅，具有一定承压性，特别是雨季会形成较高水压涌水，目前隧道涌水有相对稳定动储量补给[2]。

H2DK0+877- H2DK0+867(0～10 m)段落，围岩整体富水性不强，其中在 4～6 m 与 7～8 m 范围发育倾斜裂隙。

H2DK0+867-H2DK0+857(10～20 m)段落，围岩整体富水性增强，在掌子面中部及上部发育较大导水通道，在水平方向上主要分布在掌子面的中间与右侧，并向掌子面左侧延伸，探测范围内主要含水区域的体积约为 900 m3。

H2DK0+857- H2DK0+847(20～30 m)段落，围岩整体富水性降低；

H2DK0+847- H2DK0+827(30～50 m)段落，掌子面围岩中间富水性较低，两侧发育导水裂隙，其中在 H2DK0+834(43 m)附近可能发育导水通道。

5 处理方案

同意特克隧道2号横洞H2DK0+877～H2DK0+827段采用以下主要处理措施。

5.1 物探与钻探

采用瞬变电磁法、激发极化法及钻孔电阻率CT法等综合物探及φ89 mm超前水平钻孔，并结合地表调查，综合判明前方岩体破碎情况、宽度范围及地下水赋存情况等。

5.2 掌子面排水

掌子面排水采用在横洞开挖轮廓线外右侧打设不小于φ80 mm泄水钻孔,其位置及数量可根据掌子面涌水量变化情况确定，单孔深30 m，外插角度控制在10°±2°，初期支护时保持尾部管头外露，采用软管连接引排至侧沟[3]。

5.3 带水施工

横洞内采用带水作业施工，通过边墙外泄水孔对地下水进行有效引排，保证洞内正常装药及支护作业。按照“先探测、后施工”的原则，确定前方围岩完整的情况下开展掌子面掘进施工，施工过程中注意观察地层岩性及产状等，并作好地质素描工作。另外施工单位应做好岩溶涌水突泥的安全应急预案。

5.4 支护与注浆

该段拱墙范围开挖断面扩大50 cm，为后期可能的加固工程措施预留空间。

该段按双车道Ⅳ级锚喷衬砌(贰隧(2011)4003-37)施作，初期支护采用被动支护，即开挖完成后先进行初步网喷，再铺设凸壳式防排水板，最后架设钢架、锚网喷支护。

该段Ⅳ喷锚衬砌径向注浆，注浆参数与施工图如表1、图2所示。

(a)径向注浆横断面布置

(b)径向注浆纵断面布置

(c)径向注浆平面布置图2 径向注浆布置(单位:cm)

说明：

1.注浆孔口环向间距150 cm，纵向间距250 cm，交错布置。

2.本图适用于特克隧道2#横洞IV 级锚喷双车道段落径向注浆。

3.注浆孔采用风机钻开孔，开孔直径φ75 mm，终孔不得小于φ42 mm，再埋入孔口管，孔口管采用φ89 mm、壁厚5 mm的钢花管，管长1 m，孔口管应埋设牢固，并应有良好的止浆措施。

5.4.1 注浆参数

表1 径向注浆参数

5.4.2 注浆量计算

单孔注浆量(m3)计算公式：Q=πR2Hnα(1+β)

式中：Q1为注浆量(m3)；R为扩散半径(m)；H为注浆段长度(m)；n为地层裂隙度或孔隙率；α为浆液填充率；β为浆液损失率。

按照特克隧道2#横洞H2DK0+877断面为IV级锚喷双车道，全环可设置φ42 mm注浆钢花管约13根，每根长5 m；注浆孔口环向间距为1.5 m，纵向间距2.5 m，交错布置。

根据现场实际情况取值：

R为扩散半径(m)取2m；H为注浆段长度(m)取5m；n为地层裂隙度或孔隙率：因为节理裂隙较发育，一般在0.4～0.6之间，取中间值0.5；α为浆液填充率：一般在0.7～0.9之间，取中间值0.8；β为浆液损失率：一般在10 %～30 %之间，取中间值20 %。

单孔注浆量：Q1=πR2Hnα(1+β)

=3.14×22m2×5m×0.5×0.8×20%

=5.024m3

全环的注浆量Q2=13×Q1=13×5.024m3=65.546m3

注浆段为H2DK0+930～770，共160 m，径向注浆纵向设置64环。

则，注浆总量Q=64×Q2=64×65.542m3=4194.688 m3

5.5 排水与涌水监测

施工期间洞内地下水采取以排为主的原则，同时加强对地表井、泉流量变化及生活引用水源的观测，确保隧道内的排水不影响当地居民的生产、生活，后期是否注浆封堵根据具体情况进一步研究确定。[4]

施工期间应对掌子面涌水量及水压等进行测量，发现异常情况，应立即上报，同时启动安全应急预案。