玉蒙铁路秀山隧道构造挤压破碎富水带处理措施研究

赵健

(中国铁路总公司工程管理中心，北京100844)

玉蒙铁路秀山隧道构造挤压破碎富水带处理措施研究

赵健

(中国铁路总公司工程管理中心，北京100844)

玉蒙铁路秀山隧道穿越构造挤压破碎富水带，施工时出现突水、突泥等地质灾害，是隧道建设过程中遇到的难题。对此，以超前地质预报为依据，建立防涌突预案，综合采取了超前帷幕注浆、超前局部注浆、超长钻孔排水降压、迂回导坑等措施，保证了隧道施工安全。

隧道断层 富水带 突水突泥 注浆 地质预报

山区隧道在修建过程中不可避免地会遇到挤压破碎富水带、高压富水极破碎白云岩等地质条件复杂地段。如深圳地铁4号线穿越大脑壳山富水流砂地层、大柱山隧道横穿街子坡复式向斜富水构造等。隧道施工过程中突水突泥、塌方等地质灾害也时有发生，如云雾山隧道。由于灾害发生过程突然、发生部位不宜确定，以致突水突泥成为山岭隧道最为常见和危害性最大的地质灾害之一，且往往造成严重损失。因此隧道施工中，应该采用措施对该类地段进行处理。

目前采取的工程处理措施主要有超前大管棚注浆、超前帷幕注浆、超前降压排水等。不同工程应根据自身特点，选择合适的处理措施。

本文以玉蒙铁路秀山隧道工程为背景，针对其复杂的地质条件和施工中遇到的主要灾害，探讨了隧道穿越构造挤压破碎富水带的施工技术。

1 工程概况

秀山隧道位于云南省通海县境内，进口里程为DK27+600，出口里程为DK37+362，全长10 302 m，为新建铁路昆河线玉蒙段的第一长隧，控制和影响着全线的施工总工期。

图1 秀山隧道工程地质示意

隧道工程地质与水文地质条件极其复杂，如图1所示。隧道穿越地段是一个褶皱与断裂均发育的区域，该区域强震活动频繁，岩体受多期构造影响，极为破碎、完整性极差，尤其以高压富水破碎白云岩为甚。隧址区属南盘江(珠江)水系的曲江支流区。岩溶水补给丰富、水量较大，岩溶水、岩石构造水相互混杂，径流条件复杂。与地貌相对应，地下水呈现出山地补给，盆、谷排泄的总体格局，形成了曲江、杞麓湖两个独立的地下水补排单元。

秀山隧道由于受断层的影响，隧道岩体呈碎裂结构，围岩开挖后无自稳能力，在重力和地质应力的作用下容易形成塌方。此外，隧道穿越五里箐向斜和里山背斜等风险极高的地质构造单元，并下穿库南河，预测全隧正常涌水量为15.7万m3/d，雨季施工时最大涌水量为23.5万m3/d，隧道所处地段水量较丰富。大断裂和裂隙大面积发育，多条剪张裂缝造成段内裂隙水连通性好，加之隧道埋深较大，不排除发生大规模突水突泥的可能。

2 施工中遇到的主要地质灾害

秀山隧道工程地质条件极其复杂，在修建过程中发生了多次规模大、持续时间长、破坏性大的突水突泥等地质灾害，严重影响了工程的质量和进度，给工程建设带来了巨大影响。

1)进口工区突水突泥

隧道进口工区有两处发生了突水突泥灾害，如表1所示。

表1 进口工区突水突泥情况

2)出口工区突水突泥

隧道出口工区有3处发生了突水突泥灾害，如表2和图2所示。黄泥浆水伴随大量角砾状白云岩与泥砂突涌而出，流砂填满整个掌子面，立爪装渣机被冲出掌子面，还有其他大量的施工物资及机械设备被掩埋，情况十分严重。

表2 出口工区突水突泥情况

图2 出口工区突水突泥

3 地质灾害主要处理措施

3.1 综合超前地质预报

全隧(含平导)均开展综合地质超前预报工作，并根据预报结果，适时调整施工方案，确保施工安全。综合超前地质预报包括以下3个方面的工作:

1)利用地震波地质探测仪、声波反射法等综合物探手段和超前水平钻孔，结合常规地质素描等方法，预测岩层的变化点、岩体的完整性、岩溶发育情况、涌水突水的位置及水量等，并进行必要的岩体物理等指标测试。

2)开展地表岩溶水排泄点(井泉、暗河)和洞内涌突水的实时监测。

3)通过水化学与同位素化学特征分析，综合分析了断层破碎带及向斜、背斜区地下水的补、排特点，以预测隧道修建对生态环境产生的影响程度。

3.2 建立防涌突预案

考虑该隧道所在地层的特点，若发生涌突后再研究处理措施，会极大地增加处理难度及处理时间，并存在施工安全风险。为此，根据综合超前地质预报成果及预案启动标准，适时启动防涌突预案。主要预案有2个。

预案1:注浆堵水预案。主要包括超前帷幕注浆(正洞加固范围为开挖轮廓线外5 m，平导加固范围为开挖轮廓线外3 m)、超前局部注浆、开挖后径向注浆、补充注浆等。

预案2:加强超前支护。采用6 m长φ42小导管(必要时用大管棚)注浆加固拱部，环向间距20 cm，纵向间距1 m。缩小钢架间距及每循环开挖进尺(钢架纵向间距50 cm，每循环进尺不大于60 cm)。

3.3 超前排水降压

既有工程经验表明，当地下水储存量较少且水压较小时，地层在未扰动的情况下具有一定的自稳性，故在不影响地表环境及不危及施工安全的前提下，应实施超前排水降压。即正洞通过平导超前排水降压，平导通过超长水平钻孔(60～100 m)结合超前地质探孔排水降压。

实际施作中，若超前地质预报揭示掌子面前方储水过多、压力过大时，可在掌子面补钻3～5个全长贯通的排水泄压孔，以排泄水流释能减压。

3.4 组合式超前支护

隧道穿越地段为高压富水极破碎白云岩地层，该套地层具有风化差异严重，岩体扰动前较为致密、在水的冲刷淘蚀作用下自稳性极差等特点。根据综合超前地质预报探明的富水破碎白云岩长度，分别采用小导管或大管棚注浆加固措施。当破碎白云岩长度＜4 m时，采用6 m长φ42小导管注浆加固拱部岩体，环向间距20 cm，纵向间距1 m;当4 m＜破碎白云岩长度＜20 m时，采用30 m长φ108大管棚注浆加固拱部岩体，环向间距30 cm，纵向搭接10 m。

3.5 超前注浆堵水

目前常用的注浆堵水方式主要有超前帷幕注浆、超前局部注浆、超前小导管注浆、超前大管棚注浆等。其中，超前帷幕注浆和超前局部注浆对注浆工艺要求严格，操作难度大，处理周期长，且效果难以保障，所以较少使用。超前大管棚注浆对施工工艺要求较低，实施效果较好，尤其适于秀山隧道这种富水极破碎白云岩地段。

不同注浆方式对比如表3所示。

表3 不同注浆方式对比

3.6 反坡排水

秀山隧道进口工区为反坡施工工区。施工期间，涌水量较大，常规抽水技术无法满足要求。进口工区也曾由于抽排水能力不足，被淹洞500 m，严重影响了工程的质量和进展，故需要研究反坡排水技术。

所谓反坡排水技术，是指利用平导作为排水通道，将固定排水设备、集水坑设于平导内，正洞掌子面出水采用移动抽排设备通过横通道引入平导中，平导内的积水采用梯级抽排方式排出。积水排出后，采用C15混凝土将各集水坑回填密实。

3.7 剪张裂缝处理

对于无水的剪张裂缝，若位于开挖轮廓线内，则根据实际情况可不予处理，或仅喷射混凝土封闭稳定岩壁，保证开挖时不坍塌即可;若位于轮廓线以外，边墙初期支护外侧采用M10浆砌片石回填密实，拱部裂缝空腔采用喷C20混凝土回填密实。

对于富水的剪张裂缝，若裂缝宽度≤4 m，则采用挂设加密钢筋网片、砂袋封堵、喷混凝土封闭、φ42小导管超前预注浆加固等措施;若裂缝宽度＞4 m，则采用φ108超前大管棚注浆支护。当裂缝较多、破碎带较长、渗水量较大时，采用超前帷幕注浆进行固砂止水。对洞身轮廓线以外的裂缝或空腔，当空腔顶距开挖轮廓线＞3 m时喷C20混凝土回填，厚度2 m。对地下水冲刷、掏蚀形成的拱墙顶部空腔，需采用扇形支撑加固后泵送混凝土回填处理。

3.8 突水突泥处理

现场施工根据突水突泥地段工程地质情况，从施工可行性、经济合理性、质量易控性等各方面综合考虑，在不同灾害发生点，针对不同的突水突泥灾害情况，采取合适的处理措施。

秀山隧道部分突水突泥处的处理情况如表4所示。

表4 秀山隧道部分突水突泥处的处理情况

PDK34+570突水突泥处理现场如图3。采用拱顶大管棚注浆辅以掌子面局部注浆加固，加固施工期间发生局部管涌、掌子面突出2次后，采用“长、短管棚局部补注浆+加密钢筋网片+喷混凝土封堵掌子面+超前排水降压”等措施逐步推进，保证了工程的顺利进行。

图3 突水突泥处理现场

4 结语

高压富水极破碎可溶岩是秀山隧道建设过程中遇到的最大工程难题，其风化差异严重、岩体在水的冲刷作用下自稳性极差，极易突发涌水突砂。通过详细分析隧道所经地段的地质条件，并采取综合措施进行超前地质预报，判识发生事故的可能性。施工中根据不同工程特性和地质预报的结果，分别采取了帷幕注浆、局部注浆、大管棚注浆、小导管注浆、排水降压等多种措施，成功处理了各种地质灾害，保障了工程质量安全，也为今后同类工程提供了很好的借鉴。

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(责任审编葛全红)

U455

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.15

1003-1995(2015)06-0054-04

2014-12-10;

2015-04-20

赵健(1976—)，男，安徽安庆人，高级工程师，博士。