北天山隧道大量涌水段施工技術

摘要:為了防止涌水而對工程造成損害，運用新奧法原理，以整個隧道的形態進行劃分，根據劃分的軸線來安排注漿孔的布置，對整個深孔進行注漿固定并防水，使整個隧道周圍形成一個有效的防水圈，阻止地下水的上涌，以保證隧道工程的安全。

關鍵詞:大量涌水 全斷面封閉 堵水帷幕

1 工程概況

北天山隧道為北天山越嶺主隧道，是精伊霍鐵路的主要控制工程，位于北天山西段的中山區內，山系為博羅科努山，是伊犁盆地和準噶爾盆地的分水嶺。隧道起迄里程為DK109+240～DK122+850，全長13610m。根據設計資料顯示，隧道通過區地下水分為碳酸巖巖溶裂隙水、基巖裂隙水，巖溶裂隙水主要發育于奧陶系灰巖，基巖裂隙水發育于石炭系巖層中。根據設計院地面調繪、鉆探、V5、V8物探工作成果反映，DK114+350～DK114+750、DK115+050～DK115+900、DK116+200～DK117+000、DK117+200～DK117+600、DK118+820～DK119+520以上段落為巖溶及斷層發育段，同時為突然涌水高發段，可能產生大量突水，突水量預計可達10～15萬m3/d。

2 施工方法

根據設計資料可以看出，北天山隧道通過地層地下水非常發育，有發生突水的可能，施工人員和設備安全得不到保障。為此，我們運用綜合地質超前預報方法準確探明掌子面前方地質情況，保持隧道運行的穩定和工程的安全。詳見附圖1“工藝流程圖”。

2.1 綜合地質超前預報

綜合地質預報主要采用長期地質預報和短期地質預報多種手段相結合的方法。

2.1.1 長期預報 長期預報采用瑞士生產的TSP203地質預報系統，該系統采用地震波反射原理，能長距離地預報隧道施工前方的地質變化。

2.1.2 短期預報 短期預報主要是以YQ-100A液壓的方式進行水平深鉆孔，在隧道頂部和中下部位各鉆φ76mm孔，鉆孔的深度要超過將來注漿位置的5m左右。同時，為了保證鉆孔的精確度，應該對鉆孔周圍的殘渣進行分析檢測，查驗鉆孔后水質水量情況的變化并制定鉆孔后的隧道圖表。長期預報距離長，占用隧道施工時間短。短期地質預報采用超前水平鉆探方法，能對掌子面前方30m范圍內的地質情況和水質水量做出準確判斷，但施做工序較多，占用隧道作業時間長，因此可做為長期預報的補充。

2.2 深孔超前預注漿

2.2.1 止漿墻的施工 首先要根據注漿的設計對止漿墻進行施工，止漿墻設于開挖面后端，墻厚0.8～1.0m，用C20砼灌注可一次筑成。

2.2.2 進行鉆孔 ①布孔:在工作界面的掌子面上用標記做好鉆孔的聞之，一定要精確，并填寫編號。②鉆孔:a在鉆孔時，工程器械必須與掌子面貼緊。b開始時，鉆機的速度應調慢，等到鉆深在20cm左右時，就能正常鉆速。c第一根鉆桿鉆完后，鑿巖機與鉆桿分離，緊接著安排第二根鉆桿，直到鉆孔的深度達到20m為止。d注漿孔角度值:該注漿孔的角度位置都要有一定的定量，一般各個角度都控制在最小3°、最大26°內。F.鉆孔角度控制:臺車大臂的鉆孔位置應該精確，用簡易垂球量角器測鉆桿的各個角度，該角度的調整要達到設計要求和規定。

2.2.3 注漿施工 ①注漿材料:水泥:用施工工程中的普通水泥進行施工，同時應保證其質量要求。水玻璃:用出廠濃度42～45Bé，比重1.42～1.45，模數2.4～2.8的水玻璃原液。拌合水:水的質量應該按照《鐵路砼及砌石工程施工規范》中對拌合水的規定。②水泥調配比例控制:水灰比(W/C)為0.8;水玻璃稀釋濃度為25～35Bé;雙液體積比(C/S)為1:0.5～0.7。③水泥凝固時間:要注意凝結時間的控制:一般地段為3分鐘，涌水量大的地段1～2分鐘。 涌水施工控制主要加強以下三點的控制:a水泥的調配比例和水玻璃的濃度都是不變的，只要變換雙漿比例。b水玻璃的濃度和雙漿的比例不變，只要變換水灰比。c其它兩種材料的比例都不變，只要變換水玻璃濃度。④注漿:在施工前要檢查輸送水泥漿的管道是否有漏洞，是否會漏水，所有設備能否順利進行作業，再進行高壓水檢測，看能否完全沖洗巖石裂縫中的殘渣。在對富水斷層破碎帶深孔清理后，先壓水泥漿液，再壓CS雙液漿。記錄好注漿泵上的最大注漿壓力指標，并時刻觀察隨著壓力的變化，水泥漿和水玻璃的消耗。記錄注漿時間和注漿量。當一個深孔的注漿達到設計標準后，在打開來注漿設備準備注漿，然后依次對每一個深孔進行注漿。⑤作業方式:注漿方式采用前進式或全孔一次壓入式。如果沒有出現滲水情況，就可以進行一次性深孔注漿;如果出現滲水，就要停止作業，實行邊注漿邊鉆孔的方式進行注漿，直至達到施工要求為止。在水量大的情況下，可以使用分層灌注的方法，將上中下層的灌注分開，這樣逐層抬水，把水排擠到拱頂以上規定的止水固結圈以外。注漿的次序由兩側對稱向中間進行，從上到下一次灌注。⑥注漿的參數:a確定注漿的壓力值以及鉆孔的半徑，注漿的壓力可確定為地下靜態水壓力的2-3倍，將灌注初始壓力確定到3MPa，終壓確定到4～5MPa。單孔漿液擴散半徑4m。b注漿擴散范圍:注漿有效范圍為開挖輪廓線外4.0m。c注漿量:以注漿范圍為內圍巖體積的5%左右為基礎來考慮，實際注漿量由鉆孔壓水試驗確定。

3 注漿效果檢查

注漿結束后，在隧道頂部和中下部位沿鉆孔軸線施工為φ76mm孔，孔深20m。作業工序為四大項:鉆孔、運料、配料、注漿。建議每班施工作業人員29人，勞動力安排見表1“注漿作業人員配置表”。

4 主要注漿設備

4.1 首先要安排注漿的管口，該管的大約長度分成3m和6m兩種，注漿管口的另一頭有梯形螺紋絲扣可以防漏。

4.2 羊角式注漿嘴套帽 注漿嘴套帽內口徑螺紋能與孔口管尾外螺紋扣套接。帽頭上鉆兩個孔，接成半角式接頭，與三通混合器連接。

4.3 三通混合器三通混合器主要為逆止閥型，一共有4個孔，其中2個內徑為28mm的螺紋孔可接直接接上注漿管，并且成為注漿管道的入口，還有一的是內徑為30mm螺紋孔，主要的功能是減壓排漿。

5 施工的質量控制重點

①每一次的注漿深度不超過20m;②注漿帷幕厚度不小于4.0m;③堵水率不低于90%;④注漿結石體7天后的抗擊壓力強度不低于5MPa。

6 安全措施

①始終堅持對地質情況的監測和報告，并制定預警機制;②施工時要及時排水;③根據富水段的實際情況進行止水施工制定安全實施細則;④對所有施工人員進行安全生產教育，對違反安全施工的行為予以制止和處罰;⑤要對施工全局考慮，準備好處理緊急情況的方案;⑥施工人員應戴口罩、眼鏡和軟手套，以防止水泥或水玻璃中的有害物質進入人體;⑦施工現場要明亮，以便共人人可以順利完成施工。

7 結語

北天山隧道目前已經掘進完成，施工中嚴格按照本方法通過了5段富水地層，累計達480延米，取得了良好的注漿效果，為后續襯砌施工打下良好基礎，保證了施工安全和質量，確保了施工任務按期完成。