南大梁高速公路华蓥山隧道左线Z3K107+605～Z3K107+700涌水治理措施

2017-04-24

四川水泥 2017年4期

（四川公路桥梁建设集团有限公司公路隧道分公司四川双流 610200）

高源

（四川公路桥梁建设集团有限公司公路隧道分公司四川双流 610200）

高压富水隧道稳定性较差，节理裂隙发育，围岩遇水风化软化严重，易发生塑性变形和流变，严重影响了正常施工和周边生态环境。针对南大梁高速公路华蓥山隧道的水文地质条件，提出了“系统加固、归流导排、分流引排、可控排放、收口封堵、局部加强”的防治水总体思想，总结出了“先排后堵、深排浅堵、远排近堵、择机收口”的大涌水治理方法，有效地解决了隧道施工中突水渗水问题，确保了施工安全，维护了隧道周边生态环境。

南大梁高速公路；华蓥山隧道；涌水；堵水

引言

突涌水灾害在我国隧道工程建设中发生比较频繁，危害较大，往往导致重大人员伤亡、经济损失和工期延误，有的隧道甚至被迫停建或改线，同时也对地表及隧址区水资源和环境造成了不可修复的污染和生态破坏。

80年代中期，科研工作者探索出了一些针对突涌水进行有效治理的方法，注浆法在此期间获得快速发展。注浆法又分为预注浆和后注浆。预注浆，即通过超前导管向隧道掌子面后方或周边围岩注入浆液，达到止水和固结的效果。后注浆是对已发生突水的隧道通过打入径向导管和锚杆来实施注浆治理，从而达到减少涌水量和加固围岩的效果，根据目的不同，又分为堵水后注浆和加固后注浆[1]。李睿[2]针对圆梁山隧道高水压、富水、岩溶的特点，结合周围环境条件，提出高压、密孔、超细材料、反复检查、渐进注浆的地层综合加固和堵水技术；邓仁清[3]通过歌乐山隧道帷幕注浆堵水施工及注浆堵水施工过程中的经验，证明该施工技术对穿越岩溶、采空区和富水岩层隧道的实用价值；吕言新[4] 针对大瑶山随道的水文地质条件，提出了“以堵为主，适量排水，防、截、排、堵相结合，综合治理”的防治水方案，从研究复合性注浆材料、注桨工艺、注浆设备等方面对随道各种水害进行综合治理，制定了“分区、隔断、集中、封堵，一长一短、先浅后深”的径向围岩注浆堵水工艺，有效地解决了隧道施工中渗水问题，确保了随道的安全和长期稳定；黄志杰[5]通过对象山隧道已开挖地段地下水采取有效的径向注浆堵水措施，大大减小了隧道内的涌水量，减小了抽排水压力，节约了工程成本，同时阻止了地表沉降，恢复了地表地下水位，维护了地表周边的生态环境。

结合华蓥山隧道涌水情况，介绍了涌水区段治理过程，为今后同类工程的施工提供参考和借鉴，具有重要的工程使用价值。

涌水区工程概况

华蓥山隧道穿越背斜西翼T21地层，岩性主要为薄～中厚层状的泥质灰岩、泥灰岩、灰岩和钙质泥岩等，在左线K107+685～107+755可能局部含有石膏，局部夹盐溶角砾岩，地表发育溶蚀槽谷、洼地、落水洞、溶洞等，隧洞内有物探岩溶裂隙发育区，可能出现大小不一的溶洞、溶缝。受F1断层影响层挤压较严重，岩层褶曲发育，岩体较破碎～破碎。

涌水情况及危害

2013 年 10 月份左线隧道掘进施工Z3K107+670至Z3K107+680，出现透水现象，涌水量非常巨大，整个隧道出水量增加达到40000m³/d以上，透水同时有掉块现象。在该段出现大量渗水大大增加了堵水施工难度。左洞出水点平面分布如图1所示。现场涌水情况见图2～图3。

图1 左洞出水点平面分布示意图

图2 左洞涌水段涌水点分布图

图3 现场涌水情况

华蓥山隧道距离龙潭风景区2.73km，景区与隧道高程相差120m左右，水力坡度0.0432，加上F1断层和可溶岩层为地下水提供了较好的渗透条件，在原有地下水流路径被破坏后，地下水在隧道内自然排放，远期来看可能会带来以下危害：

1）可能会对曹家沟的地表水环境平衡产生严重影响，甚至造成老龙洞地表水和泉水干枯的可能性较大，长期排放地下水可能严重影响地表生态环境；

2）岩体中的地下水在隧道内排放，增加了隧道周边地下水赋存量，会逐渐降低隧道周边的围岩力学性能，增大隧道坍塌风险；

3）地下水长期排放会增加隧道的日常维护成本，降低设计通行能力，甚至增大车辆的安全通行风险。

方案设计

针对华蓥山涌水现场情况，总结出该类型地下水治理处理基本思路及步骤为“系统加固、归流导排、分流引排、可控排放、收口封堵、局部加强”。

施工步骤划分

根据涌水治理总体思路与导向、步骤及方法，结合本工程现场实际情况，本洞段涌水治理分以下几个步骤实施：

1）第一步（涌水封堵处理前准备）：变形及渗压监测、涌水抽排和清渣、富水结构形式及岩性等补充地质勘查。

2）第二步（径向注浆预加固）：依据设计文件，完成剩余涌水段系统径向注浆加固施工，以及涌水段的系统补强。

3）第三步（涌水封堵）。

4）第四步（封堵后局部加固与排水减压孔施工）。

工序流程

工序流程如图4所示。

图4 涌水治理工序流程图

华蓥山涌水治理措施

径向注浆预加固

遵循“先拱墙再仰拱、先无水孔再小水孔、遇大出水则预留”的总体原则，整体施工顺序按照：先易后难，先做无水洞段、后做有水洞段，先小水洞段、后大水洞段，先两端后中间、由外及里的顺序进行，同一圈孔由上向下间隔灌注。

注浆顺序：Z3K107+625～+660径向注浆→Z3K107+682～+700径向注浆→K107+670～+682顶拱加深部份注浆，完后进行集中对K107+605～+625段进行涌水封堵处理。

施工参数

1）钻孔参数

（1）孔口位置应准确定位，与设计位置的允许偏差为±5cm，偏角应符合设计要求，孔底位置偏差应小于30cm。

（2）注浆孔开孔直径不小于50mm，终孔直径不小于42mm。

（3）钻孔孔位布置

拱墙：钻孔入岩5m和10m，环间距1.2m。纵间距为2.5m；

仰拱：钻孔入岩5m、10m、14.1m，孔口环向间距为1m，纵向间距为2.5m；

2）注浆主要材料

采用水泥—水玻璃双液浆（水泥浆：水玻璃浆液为1：0.5～1：1，水玻璃浓度30～35Be）和水泥浆（水灰比0.8：1～1：1）。

3）注浆参数

（1）注浆压力：注浆初压0.5～1MPa，终压1.5MPa。

（2）注浆结束标准：注浆达到以下指标后方可进行下一步施工，否则应补充注浆；

结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；注浆结束时的进浆量小20L/min。

注浆设计图如图5所示。

图5 注浆设计图

涌水封堵

涌水处理方式

通过分流减压孔的施工变不规则出水为规则通道出水，减小原地下水的流量和压力，为涌水封堵创造条件后，再进行堵水封堵。处理方式如图6所示.

图6 处理示意图

其主要施工步骤如下：

1）分流减压孔施工：根据现场勘查的出水特征和范围进行布置

2）钻孔注浆加固

钻孔：按原设计仰拱系统注浆加固深度进行固结，钻孔孔径采用Φ90～110，如成孔困难，则采用跟管钻进。

注浆：在风流减压孔形成以后，达到可控排放目的后，进行水泥基材料为主的分段注浆加固。注浆参数可参照设计注浆参数。

3）分流减压孔封堵

（1）施工顺序及方法

施工顺序：分流减压孔施工→确定可控排放孔→其余分流减压孔封堵灌浆→闭水试验→可控排放孔封堵。

分流减压孔施工

本方案处理方式中需布置预留分流减压孔，其中部分分流孔为第一步注浆加固出水孔和第二步出水探孔。

分流减压孔的施工目的在于变不规则出水为规则通道出水，减小原地下水的流量和压力，为涌水封堵创造条件。

分流减压孔采用大口径开孔，考虑打出高压水不利于扩孔和孔口管埋设，一般采用φ130～189孔径开孔，预埋φ110～148孔口管，孔深不定，以打出大水为宜。

②确定可控排放孔

需要从分流减压孔中间选取可控排放孔，以作地下水排放或最后封堵之用。

可控排放孔选择的原则为：钻孔从完整基岩施工至地下水通道，并能顺畅排出地下水；钻孔从深部引出地下水，最优引出地下水深度为大于岩盘加固厚度；可控排放孔孔口管安装可靠，能够承受较大灌浆压力。

③其余分流减压孔封堵灌浆

待可控排放孔位置选择完成以后，剩余分流减压孔便可开始灌浆封堵。灌浆封堵时，随时观察串冒浆情况，并做好记录，用以和地下水渗流路径相互验证，及时调整可控排放孔位置。

④闭水试验

分流减压孔灌浆结束7天后，进行可控引排闭水试验，即关闭所有排水孔高压闸阀，通过抬动孔观察抬动情况，并密切关注周边渗水情况。闭水试验时间不小于24小时，如抬动值在安全线以内及周边渗水无明显增大，则本阶段实现可控排放；如抬动值异常及周边渗涌水明显增大，则须立即打开阀门进行泄压，并对薄弱点进行加固施工，再次闭水试验，如此重复直至满足要求。

注浆后加固及排水减压孔施工

按照变更设计参数对第一阶段中确定的桩号范围内未进行变更设计注浆加固的范围（孔位）进行钻孔及注浆加固。该阶段的主要施工目的在于利用变更设计参数对集中出水点区域进行补充灌浆，以求利用该参数将隧道围岩封闭成环加固，确保其长期稳定运行。

最后在富水段衬砌后施工浅层排水减压孔，主要为了避免大水封堵后，残余毛细渗水累积后在基岩和混凝土面形成持续压力而影响衬砌混凝土长久运行。排水减压孔主要在边墙区域施工。排水减压孔利用原设计注浆加固灌浆孔孔位施工，钻孔深度为击穿混凝土深入开挖轮廓线以外0.2m即可。