输水隧洞断层破碎带突涌水超前预处理

于金民

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

某输水隧洞工程其中的一个施工标段，全长5.2 km，地质情况复杂，软硬岩比重分别占46%和54%。从其地下水系统分析，在第三系岩层当中，有着大量的裂隙承压水，以及多层孔隙承压水，同时水头高度比较高。石炭系洞段以基岩裂隙潜水为主。

此次研究的隧洞穿越较大断层有F72，F3等，压扭性，走向为近E-W向和NW向，倾角较陡，其中F72断层带为某河大断裂带的一个重要分支断裂，位于主洞桩号2+930-3+010段，走向近EW，据物探EH4测试成果其断层影响带宽度为80 m左右，断层带完整性较差，并富水，最大涌水量达2 674 m3/d，易发生围岩坍塌、突涌水、涌泥涌砂等不良地质灾害。

2 超前预处理方法总体原则

对F72断层破碎带进行施工建设时，采用开挖面地质素描、TSP203地震反射法和超前钻探做好超前地质预报工作。以围岩为对象，预测并实践检验其富水程度，以及其破碎程度。结合判断得出的结果及之后进行施工时选择何种辅助手段，实际开挖时，加大对完成开挖地段的监控量测力度并制定之后的施工方案。

3 F72断层突涌水超前预处理施工方法

对隧洞发生较大的突涌水，应按照“以堵为主，堵排结合”的原则，制定完善的应急预案，以保障施工安全。

3.1 应注意的问题

由于隧洞埋深普遍较大，地下水在隧洞中的出溢状态复杂，存在重要的富水带，在出现突发大涌水的可能时，应采取超前工程措施，尽量避免出现大涌水、涌砂现象发生。承压水洞段若隧洞出水量不大或基本无水时，应尽可能及时封闭围岩，避免隧洞出水量逐渐增大，严重恶化不良地质洞段围岩的稳定条件，特别要防止隧洞滞后大涌水、涌砂和围岩失稳的现象发生。

3.2 超前帷幕灌浆堵水

以新奥法原理为指导，对所有断面采取封闭性的方式，将深孔进行注浆处理，实现固结止水的目的，从而让开挖面与隧道附近二者形成加固区，将地下当中的水流路线切断开来，确保围岩处于稳定状态，提升开挖工作的安全性。

以开挖轮廓线为参考，在其外部5 m范围的地段进行注浆，注浆段长度一般按30 m设计，分三环实施：第一环30 m，第二环20 m，第三环12 m。全断面共布设40个孔。从注浆段来看，在其完成注浆工作之后，预留5 m的长度不进行开挖，呈伞形辐射状，钻孔布置成数圈，内外圈按梅花形排列，并采用长短孔相结合，以达到注浆充分、不留死角，浆液扩散半径3.5 m，孔径不小于φ75 mm，灌浆压力2.5～3 MPa。

4 钻孔作业

4.1 止浆墙施工

根据注浆规划，对止浆墙进行建设。就止浆墙而言，其位置选择在开挖面的后侧，墙的厚在0.8～1.0 m之间。

4.2 布孔

在工作平台之上，测量人员根据设计规划要求，运用红色的油漆对钻孔部位进行精准的描画，对其编号进行标注，将其位置直接定位标识在掌子面上。

4.3 钻孔

钻出较大的水，无法继续钻进时，停止钻孔，安装闸阀，进行封闭，测量涌水量和水压力，然后进行注浆。

钻孔分段一般为5～6 m，出现以下情况应及时调整：凡遇断层破碎带处，应继续钻进并穿过破碎带1 m后停钻即为分段长度，钻孔遇突然涌水，累计钻孔出水量超过1 L/s，或其他岩洞段累计钻孔出水量超过3 L/s时，应停止钻进，均为一个分段长度。

超前预注浆中的各类钻孔应分段作孔斜测量。钻孔过程中，以每5 m为间隔，允许最大偏差0.05 m进行测量，对偏斜情况进行详细记录，查找出现偏斜的原因，采取措施予以纠正处理。

钻孔过程中，需对孔号、发生溢水的部位、溢水量与相应的水压、进尺等情况进行详细记录。

4.4 钻孔冲洗及压水试验

压水试验在裂隙冲洗后进行，其压入流量稳定标准是指在稳定压力下每2～5 min测读1次，一直测读4次，直到其数值的极大、极小值二者差值控制在最终值的10%范围当中，则停止压水试验，将最终值当作计算值。

另外，压水试验前要通过压力表（0～2 MPa）检测每一分段的地下水静水压力，以便确定每一分段的注浆压力。

5 注浆

1）设计注浆压力

地下水静水压力不大于2 MPa时，P=P0×2；地下水静水压力大于2 MPa时，P=P0+（1.5～2）MPa。其中：P——注浆终压，MPa；最少不能低于1.0 MPa；P0——地下水静水压力，MPa。

超前预注浆压力P依据现场检测的每一分段地下水静水压力、压水试验及上述公式确定。

2）双液注浆管路系统，见图1。

图1 双液注浆管路

3）制浆。根据室内试验配合比采用制浆机进行水泥浆液或水泥、水玻璃双浆液的拌制，拌制时间不得少于30 s，且成品浆液需在4 h内使用完。水玻璃采购波美度35 Be的成品，根据现场双液注浆效果进行配比调整。

4）进浆。根据双液注浆配比1∶0.3，调整双液注浆机2根吸浆管浆液流速，保证经混合器出来的浆液满足设计配比1∶0.3的要求。施工过程中需先开水泥浆进浆阀门，后开水玻璃进浆阀门。停止注浆施工时需先关闭水玻璃进浆阀门，后关闭水泥浆进浆阀门。

5）出浆。出浆口设置2个压力表（0～16 MPa），确保混合器出浆，浆液压力满足设计注浆压力的要求后，打开进浆阀注浆。

6 特殊情况下的注浆措施

1）注浆中断。若发生长时间中断，需对钻孔进行冲洗，同时对注浆设备进行检查，找到出现中断的原因，针对性给出应对策略，对处于中断状态的孔段再次进行注浆。

2）串浆。如果出现串浆情况时，可将浆同时浇灌到出现串浆的深孔当中，或通过堵头对出现串浆的深孔进行封堵，一直到完成灌浆之后，再把出现串浆的深孔打开，然后对其进行清扫与冲洗，接下来继续开展注浆或者是钻机工作。

3）漏浆。如果岩层出现了严重漏浆情况的话，停止中断注浆工作，查明原因。对吸浆量长时间不减小，压力升高极其缓慢的灌浆孔段，应采取“定量供浆、间歇灌浆”的方式处理。

［1］张雪花.隧洞开挖中断层和透水层的处理方法［J］.水利技术监督，2013，21（1）：46-49.

［2］邵正权，罗毅.隧洞施工中涌水问题的预防与处理［J］.水工程建设与管理，2013（3）.

［3］揣连城，杜士斌，卜丽华.隧洞工程涌水处理的对策和措施［J］.水利水电技术，2005（5）.

［4］周良谦.浅析水工隧洞开挖过程中遇到断层及涌水的处理措施［J］.四川水利发电，2010（10）.

［5］SL62-2014,水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］.

［6］DL/T 5135-2013，水利水电工程爆破施工技术规范［S］.

［7］SL 378-2007，水工建筑物地下开挖工程施工规范［S］.

［8］杨驾佳.水工隧洞开挖施工及突涌水的预防与处理［J］.城市建设理论研究，2015（9）.

［9］杨荣.瀑布沟高土石坝三维非线性分析［J］.应用基础与工程科学学报，1995，3（3）：260-267．

［10］卢廷浩，汪荣大.瀑布沟土石坝防渗墙应力变形分析［J］.河海大学学报，1998，26（2）：41-44．

［11］王永明，尚波，王登银.瀑布沟心墙坝有效应力算法和总应力算法的对比分析［J］.三峡大学学报，2009，31（1）：13-17．

［12］郭德全，严军，杨兴国，等.瀑布沟高土石坝三维非线性有限元分析［J］.人民黄河，2014，36(5）：93-95.

［13］陈向浩，邓建辉，陈科文，等.高堆石坝砾石土心墙施工期应力监测与分析［J］.岩土力学，2011，32（4）：1083-1088.

［14］丁艳辉，袁会娜，张丙印，等.超高心墙应力变形特点分析［J］.水力发电学报,2013,32(4）：153-158.

［15］高昂，苏怀智，刘春高.超高心墙堆石坝拱效应分析［J］.水利发电学报，2015，34（9）：138-145.

［16］刘娜.土石坝三维非线性有限元分析及防渗墙应力状态研究［D］.西安：西安理工大学,2007.

［17］杨玉生，刘小生，赵剑明，等.邓肯张E-B模型参数敏感性分析［J］.中国水利水电科学研究院学报，2013，11（2）：81-86.

［18］邱祖林，陈杰.深厚覆盖层上混凝土防渗墙的应力变形特征［J］.水文地质工程地质，2006，（3）：72-76.

［19］SL378-2007，水工建筑物地下开挖工程施工规范［S］.