富水特长隧道突涌水处治施工技术研究

2023-12-13李宗治LIZongzhi

价值工程 2023年33期

李宗治 LI Zong-zhi

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

渝东南部岩溶山区多为构造-溶蚀地貌，溶蚀作用、构造作用较强烈，海拔高程800～1500m，整体呈近南北走向，南侧边界为地势最高位置，向南北两侧逐渐降低。以龙洋逆断层为界，区内东西两侧地形存在一定差异，其中，断层东侧三迭系和二迭系地层内，地貌上呈一系列平行于构造线的岭脊、峰丛和岩溶槽谷，岭谷之间相对高差200～500m。槽谷内分布的大量岩溶洼地、落水洞等有顺岩层走向呈串珠状发育的特征。

沿线大部碳酸盐岩出露，岩溶较发育。如在火石垭岩溶洼地，雨后周边二叠系、飞仙关组地表水均在此汇集下渗。此外，西侧寒武、奥陶系地表水雨后也会沿冲沟汇入该洼地，地表入渗量极大，强降雨后该洼地易出现积水。雨后地表水大量的汇集下渗，会造成雨季隧道发生大规模涌水、突水问题。

本文依托彭水隧道，针对YK156+320突涌水实际情况，对隧道突涌水地质灾害原因进行分析，提供了对应的处治施工技术，可为本工程后续施工及今后类似工程的设计、施工提供参考和经验。

1 工程概况

1.1 工程简况

渝湘高速公路复线（巴南至彭水段）彭水隧道全长约11.1 km，为双向四车道特长高速公路隧道，是渝湘复线的控制性工程。隧道进口位于武隆区江口镇黄草村棕竹溪组黄家沟东侧，出口位于彭水县靛水街道唐家湾斜坡中下部，隧道向北东凸出的微弧线展布，整体走向约113°，隧道设“一斜两竖”通风井，最大埋深约830m。

YK156+320突涌水段穿越二叠系中统茅口组（P2m）灰岩，为较坚硬岩。产状115°∠26°，岩层层间结合较好，节理较发育，岩体较完整，自稳能力较好，可发生局部块体移位及中～小塌方。灰岩RC=39.75MPa，完整性系数Kv=0.66，K1=0.3，K2=0.2，K3=0，[BQ]=334。地下水较丰富，以股状或雨淋状出水为主，可能出现碳酸岩裂隙溶洞水。

1.2 设计情况

隧道穿越灰岩、白云岩等可溶岩段落长，地表岩溶洼地发育，特别是火石垭岩溶洼地汇水面积大，强降雨后洼地内易发生积水，积水面积为0.25km2，100年一遇，最大汇水量约为275～325万m3，雨后地表水汇集下渗可能造成彭水隧道发生大规模涌水、突泥，地勘结论及建议提出在火石垭洼地修建长约2.2km的地表引水渠将该洼地地表水引至螺蛳垱（S239处）后自然排泄，同时在隧道出口左侧修建引水隧道，以彻底、永久解决地表水对路线、路基的影响。根据1:1万地形图，火石垭洼地汇水面积约23.9km2。

施工图预设计长3400m的泄水洞（用于引排隧道岩溶裂隙水及地下暗河）和长2115m的引水洞（用于引排火石垭洼地积水），断面尺寸均为净宽3.5m，高4.1m。泄水洞与引水洞均为预设计，不作为施工依据，实施与否、实施段落及长度需根据隧道开挖后实际涌水量确定，施工中若需要实施，再行细化相关内容。泄水洞与主洞间设6处横通道与右洞相连，作为施工及引排中心水沟的通道。

2 隧道突涌水情况

2023年4月18日，彭水隧道出口端左洞、右洞掌子面分别施工至ZK155+618、YK155+570，右洞YK156+320二衬施工缝边墙处出现喷射状突水。YK156+320右侧出水口处二衬局部被水压挤爆破损，并露出钢筋，现场观测涌水浑浊，呈黄褐色，伴有运石、泥沙等物质，右洞YK156+385～YK156+300段、左洞ZK156+380～ZK156+105段二次衬砌局部产生纵向及环向裂缝。

突涌水段二衬于2022年11月施作，突涌水点距离右洞施工掌子面约740m。

主要经过如下：

2023年4月18日，彭水境内出现强降雨（10时～16时，72.9mm，暴雨橙色预警）。

4月18日20:30，发现右洞洞口处出现大量褐黄色泥水漫流，进洞观察发现右洞YK156+320处边墙施工缝处呈喷射状泄水，该段前后二衬施工缝处存在不同程度漏水，水量及喷射距离快速增大、二衬混凝土出现开裂，在开裂处形成新的出水点，YK156+320处目测最大水平喷射距离约7m，衬砌背后可听见明显异响，疑似巨石滚落。

4月19日10:50，涌水量突然明显增大，涌水量达2.3万立方米/小时。

另据4月19日11:00现场观测，在雨后约17小时后，火石垭洼地平均积水深度约1m，积水面积约15万方。对周边洼地、沟谷等调查，均无明显积水现象。至15:00，该洼地积水全部消减。洼地积水全部消减时间与隧道涌水量显著减小的时间吻合，可见隧道涌水的高峰期与火石垭洼地积水的消落时间基本吻合。涌水开始至涌水水量稳定时间约为18日22:00至19日22:00，总时长1天，高峰期涌水时间为19日10:50至15:00，时长约为4小时。火石垭洼地与突涌水点纵断面位置关系图见图1。

3 突涌水地质灾害原因分析[1]

YK156+320出现涌水情况并冲爆二衬，破损面积约20m2，并且面向小里程侧左洞200m范围内二衬出现多处裂缝，表明右侧二衬未冲破前承受了高水压力。在本段隧道（YK156+329～YK156+299）施工时，发现了一处水平向溶洞（可见溶洞顶板），并填充大量泥夹碎石。本段隧道右侧（两段页岩之间）地表水通过落水洞下渗至此处水平向溶洞，并向北排泄，隧道施工阻断了原有排水通道。

该处涌水是否跟火石垭落水洞相互连通，还需进一步验证。从地形上看，落水洞与YK156+320涌水点平面距离约680m，高差约200m。如果二者连通，此处涌水则具备了很高的水力坡度，新形成的过水通道会截断原有火石垭积水地下排泄通道。

4 突涌水处治施工技术

4.1 实施方案处治原则

①根据目前涌水量，及主洞排水系统淤积、堵塞情况，设置泄水洞是必需的（泄水洞长度应到灰岩与页岩接触带），同时将隧道右侧地表渗水尽快排泄。如隧道内涌水与火石垭洼地相连，泄水洞更要作为火石垭洼地积水的排泄通道。泄水洞要在主要入渗点设置反滤层，防止大颗粒碎石进入泄水洞，阻塞通道[2，3]。泄水洞与主洞正面示意图见图2。

图2 泄水洞与主洞正面示意图

②考虑泄水洞排水，隧道涌水，预设计的火石垭引水洞排水，俱从隧道出口处洗衣房落水洞和地表排水渠进行排泄，其过水量有限，所以泄水洞的瞬时排水量不宜过大，更不能将火石垭积水迅速排泄到洗衣房处，因此泄水洞主要用于快速排泄隧道右侧岩溶地下水，防止隧道形成过高水压；但对于火石垭积水，则应采用控制排放的手段，使其缓慢流出，防止过大水流冲刷隧道围岩，即将火石垭作为蓄水池，对主要落水洞排水量进行控制。

③对于火石垭洼地积水，若采用控制排放，效果较差，即对现有地表泄水点进行限量排放处置措施后，仍不能控制隧道内涌水量，并在地表形成新的较大泄水点，则应考虑实施原火石垭引水隧道。

④左洞内做三维地质雷达测试，范围应超出左洞、右洞二衬开裂里程桩号（两端各50m），并探查隧道周围岩溶通道和围岩破碎带，在地表补充YK136+320段横向电磁场探测面，探查岩溶通道及围岩富水情况。观测火石垭洼地正下方是否有岩溶通道存在，为泄水洞设计提供地质支持。

4.2 突涌水处治关键技术

4.2.1 疏通清淤

加强观测隧道水流及火石垭洼地水流变化，待洞内水流较小后，清除洞内淤积的泥沙石，使出水口至出洞口隧道内排水通畅。

4.2.2 隔离排水通道

为预防下次暴雨后涌水漫流到整个右洞隧道，甚至倒灌至掌子面一侧和串流至左洞，需在中心排水沟右侧设置1.0m高隔水沙袋，将右洞靠出水口一侧半幅路面作为临时排水通道。

4.2.3 开设排水槽

清理YK156+320处破损的二衬钢筋混凝土，在出水口处二衬破损范围进行开槽，在出水口处开凿2m×2m洞口，使涌水排泄通畅。

4.2.4 二衬破损段临时加固

在出水口范围二次衬砌破损段（YK156+332～YK156+312），设置环向I20a临时加固工字钢钢架，加固钢架纵向间距0.5m。临时加固钢架紧贴二衬表面，拱腰采用锚栓固定，拱脚段钢架基础采用Ф22植筋固定。

每榀钢架按5片组装设计，连接板厚度为1.4cm，钢架接头位置可根据工艺调整，相邻两段之间的连接采用钢板与型钢端部焊接后，再用螺栓连接。相邻钢架间采用Ф20钢筋焊接连接，连接钢筋环向间距为1.0m，内外两侧交错布置。

4.2.5 出水口处特殊加固处理

YK156+320处出水口顶部设置8.3m长I20a双拼工字钢托梁，托梁与出水口两侧钢架焊接，形成简支梁，YK156+320处突涌水点拱部环向加固钢架置于托梁上。出水口两侧临时加固钢架处理纵面图见图3。

图3 出水口两侧临时加固钢架处理纵面图

4.2.6 二衬裂缝段临时加固

出水口范围（YK156+332～YK156+312）外，受突涌水影响衬砌裂缝段，设置环向I18临时加固工字钢钢架，加固钢架纵向间距0.6m。相关施工工艺同YK156+332～YK156+312段I20a临时加固工字钢钢架。

4.2.7 施作泄水洞

施作泄水洞联络通道与泄水洞。泄水洞与主洞间通过横通道与右洞相连，作为施工及引排中心水沟的通道。主洞内地下水由中心排水沟预埋排水管进入横向通道后排入纵向泄水洞。

5 施工注意事项

①掌子面采用控制爆破或弱爆破，涌水点附近振动速度不得大于10cm/s。②加强隧道洞内涌水段二衬变形及水量监测，并加强掌子面至灰岩与页岩接触带的超前地质预报及加强超前钻孔探水工作。③加强二次衬砌裂缝段、火石垭洼地地表水位及地表沉降监测工作，如变化较大，应及时通知参建各方，并上报建设单位。④施工过程中如再发现溶洞或过水通道，应及时通知参建各方，并上报建设单位。⑤施工单位应做好应对极端暴雨情况的应急预案，以免发生安全事故。