田壩嶺隧道涌水原因分析及處理措施

郭 連

1 工程概況

新建貴陽—廣州鐵路GGTJ-6標田壩嶺隧道(D 3K426+085～D 3K432+555)，全長 6 470m，該隧道地質極其復雜，巖溶較發育，給施工帶來極高的風險。

Ⅳ，Ⅴ級圍巖比重較大，且僅有進、出口兩個工作面進行施工，為本標段工期較緊張的控制性工程。Ⅳ級圍巖開挖采用臺階法開挖，Ⅴ級圍巖采用三臺階法施工，在開挖時采取短進尺，控制爆破，盡可能減少對圍巖的擾動。

2010年 5月～6月，隧道進度較快，月掘進均超過 200 m，但自 7月 12日起，掌子面突發大股涌水，最大涌水量達 2 000m3/d，設計僅為 1 100m3/d。造成洞內排水系統無法滿足排水要求，掌子面積水嚴重，進度一度嚴重滯后。

2 原因分析

1)工程地質復雜。田壩嶺隧道巖溶較發育，具備了儲水條件，開挖后封堵巖層暴露，便形成突水。

2)設計原因。設計資料顯示:隧道洞身穿越段出現大型溶洞可能性較小，存在較小規模的溶洞。

3)施工原因。在施工中未對溶洞、突水問題足夠重視，沒有進行超前鉆探、紅外探水等防突水措施，施工中配備的排水設備沒有達到突水時的要求。另外，在前期施工中隧道多次出現涌水段，但涌水量不大，以滴水、滲水形式出現，且持續時間較短，因此在掌子面出現股狀涌水時，覺得情況與前期涌水情況差不多，未能引起足夠重視，并及時采取應對措施，也是造成突水原因之一。

3 涌水段處置措施

1)對掌子面采用超前導管預注漿堵水，將水對掌子面施工的干擾減到最小。2)對后方已出現的股狀水進行封堵，減少洞內總排水量，防止后方涌水進入掌子面;堵塞的材料以鋼筋、鋼管和型鋼為骨架，填塞草袋，劈柴和木板。堵口后，用噴混凝土將其封閉，并將周圍洞身加固;然后沿開挖面周邊設超前鋼管支護，采用直徑40mm，50mm或80mm，長6m～8m的無縫鋼管。必要時兩層、三層重疊，形成“套管”以增大其抵抗松散地層壓力的能力。同時在此斷面附近設置監控量測點，監控量測圍巖的收斂變形情況。3)布設雙路供電系統專門用于排水，建立了三套獨立運行的排水系統，以確保不影響掌子面正常施工，為順利通過涌水地段創造了良好的條件。4)準確掌握隧道施工段的圍巖狀況，地下水狀況。5)確定合理的施工支護參數，在保證安全、質量的前提下加快施工速度。

4 防突水措施

4.1 突水段施工原則

1)在接近設計提供不良地質地段時，加強地質預報，采用水平鉆超前探孔或TSP203地質預報儀進行超前地質預報，用于探明前方地質情況，發現地下水較大時，則進一步鉆孔放水，防止涌水發生。2)利用超前小導管以及管棚等注漿方法對圍巖進行超前支護，采用型鋼拱架加強初期支護。3)減少循環進尺，采用無爆開挖或微差控制爆破技術，盡可能減少對圍巖的擾動。4)及時支護，做到隨挖隨護。5)加強施工組織管理，嚴格施工工序，并組織好物資供應工作。6)加強施工量測，及時反饋信息。

4.2 突水預測方法

突水預測主要采用超前預報系統、淺孔鉆探法進行超前地質探測和預報。

1)TSP203超前地質預報。TSP203超前地質預報系統是專門為隧道和地下工程超前地質預報較先進的設備，它能方便快捷地預報掌子面前方較長范圍內的地質情況。

TSP203每次可探測 100m～350m，為提高預報準確度和精度，采取重疊式預報，每開挖 100m～150 m預報一次，重疊部分(不小于 20m)對比分析，每次探測結果與開挖揭示情況對比分析。

2)淺孔超前鉆探方法是在鉆進過程中，從鉆進的時間、速度、壓力、沖洗液的顏色、成分以及卡鉆、跳鉆等和巖性、構造性質及地下水等情況掌握地質條件，大致確定斷層的規模和產狀。

施工中著重對富水段進行超前鉆孔探水，利用鉆孔臺車施工探水孔，每次探水段長8m，開挖5m，保留 3m開始下一次探水。探水孔孔徑為55mm，鉆孔外插角為10°。

3)超前鉆孔。每月安排三個工作日進行超前鉆孔探測，淺孔鉆探在正洞工作面鉆5個孔，鉆孔深度30m開挖22m，保留8m開始下一次探水。探水孔孔徑 55mm，鉆孔外插角 10°。用于探明前方地質，發現地下水較大時，及時采用必要的堵水、止水措施和手段。

4.3 富水地段預處理措施

結合本工程進行地質素描，超前水平鉆探，研究設計文件和地質調查，在明確涌水水源補給、水質、涌水量、突出水壓等資料后，確定有針對性的方案。主要采取深孔預注漿堵水，必要時采用帷幕注漿堵水法堵水。

1)帷幕注漿堵水。當灰巖地段超前探水孔中 2/3孔出水且總出水量大于 100m3/h時，采用帷幕注漿堵水。2)深孔超前預注漿堵水。當灰巖地段超前探水孔中總出水量小于 10m3/h時但個別探水孔出水量大于 2m3/h時，采用深孔超前預注漿堵水。3)對于超前探水孔中單孔流量大于 2 L/s，或總流量大于 10 L/s的溶洞，預留 5 m～10m巖盤進行注漿堵水。對于富水的巖溶，凡與上部巖層或地表水有水力聯系的，則溶洞水無法在襯砌之前排干的，均采用全封閉襯砌;而與地表及溶洞外部巖層無水力聯系的干溶洞或溶洞水囊，采用半封閉襯砌，并在襯砌背后設置彈簧排水管，引水入縱向排水溝。

4.4 施工排水、排污

隧道處于地質復雜地段，存多處突水、突泥的可能。因此必須配備充足的排水設備，建立可靠的排水系統，以防在施工中因隧道涌水抽排不及時而影響施工進度，危及施工安全，造成嚴重后果。

對于隧道出口反坡施工，且洞內涌水量大，排水問題尤為突出，建立多級固定排水泵站，鋪設排水管路將洞內地下水通過接力排出洞外。其中固定泵站盡可能布置在橫通道處，活動泵站建于掌子面，抽排掌子面積水，隨掌子面掘進向前延伸，保證掌子面的正常施工。每級泵站間隔 800m左右，抽水機選用WDB-150-315型抽水機，抽水能力為 400 m3/h，洞口每個泵站設置 2臺(1臺備用)，每小時排水能力為 400m3，掌子面處每個泵站設置2臺(1臺備用)，每小時排水能力為 400m3，管路均采用φ150鑄鐵抽水管。活動泵站:抽水機選用WQL-10-7.5型潛水泵，抽水能力為 100m3/h，在掌子面附近挖臨時集水坑，隨時將掌子面的水排至過渡泵站。潛水泵數量根據掌子面的水量配備。

4.5 隧道防突水、突泥應急方案

針對隧道過暗河段在實際施工中有可能出現突水、突泥的情況，一旦出現該類突發性事件時將采取如下應急行動:

1)突水、突泥時，施工當班班長應立即向項目部應急辦公室匯報情況，并迅速撤離洞內施工人員及機械設備，將洞內人員與機具撤至安全區。安全區除利用洞外場地外，將隧道大避車洞進行安全布置，將洞內的機械設備置放在大避車洞內。2)項目部應急辦公室接到險情報告后，立即報告項目部應急領導小組，應急領導小組成員迅速趕至現場，根據現場實際情況制定搶險措施。根據突水、突泥位置查找地面是否有溶孔，地表水是否與突水、突泥位置相連通，成為地下水的補給源頭，如果有，則加以封堵或疏排。當洞內突水、突泥減緩，能進人操作時，即進洞清理現場，找到洞內出水口，先用漿砌片石砌墻，然后向內注漿，直至完全堵死出水口。3)若隧道涌水量極大，造成人員傷亡，應立即采取應急行動組織搶救，將傷者迅速送往附近醫院進行治療救護，同時項目部應急辦公室應立即將事故險情上報上級應急辦公室。項目專家組迅速對突發性事件作出判斷，制定切實可行的技術安全措施，避免類似事故的再次發生。

5 結語

田壩嶺隧道地質情況復雜，在施工過程中采用“物探先行，鉆探驗證”的方法，以超前地質預報為先導，超前鉆孔進行驗證，對隧道圍巖狀況及圍巖富水情況進行全方位的探測，開挖后對圍巖進行連續的監控量測。發現地下水較大時，及時采用必要的堵水、止水措施和手段。現場管理人員在對監測人員、掘進工班交班會上，根據量測結果及時調整開挖方案;指揮部及時將探測及量測結果反饋給設計及監理單位，并一同對圍巖的變化趨勢不斷分析，及時調整設計方案，實行三級會商協調的動態管理，確保了隧道施工安全。

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