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(yáng)—廣州鐵路GGTJ-6標(biāo)田壩嶺隧道(D 3K426+085～D 3K432+555)，全長(zhǎng) 6 470m，該隧道地質(zhì)極其復(fù)雜，巖溶較發(fā)育，給施工帶來(lái)極高的風(fēng)險(xiǎn)。

Ⅳ，Ⅴ級(jí)圍巖比重較大，且僅有進(jìn)、出口兩個(gè)工作面進(jìn)行施工，為本標(biāo)段工期較緊張的控制性工程。Ⅳ級(jí)圍巖開(kāi)挖采用臺(tái)階法開(kāi)挖，Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階法施工，在開(kāi)挖時(shí)采取短進(jìn)尺，控制爆破，盡可能減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

2010年 5月～6月，隧道進(jìn)度較快，月掘進(jìn)均超過(guò) 200 m，但自 7月 12日起，掌子面突發(fā)大股涌水，最大涌水量達(dá) 2 000m3/d，設(shè)計(jì)僅為 1 100m3/d。造成洞內(nèi)排水系統(tǒng)無(wú)法滿足排水要求，掌子面積水嚴(yán)重，進(jìn)度一度嚴(yán)重滯后。

2 原因分析

1)工程地質(zhì)復(fù)雜。田壩嶺隧道巖溶較發(fā)育，具備了儲(chǔ)水條件，開(kāi)挖后封堵巖層暴露，便形成突水。

2)設(shè)計(jì)原因。設(shè)計(jì)資料顯示:隧道洞身穿越段出現(xiàn)大型溶洞可能性較小，存在較小規(guī)模的溶洞。

3)施工原因。在施工中未對(duì)溶洞、突水問(wèn)題足夠重視，沒(méi)有進(jìn)行超前鉆探、紅外探水等防突水措施，施工中配備的排水設(shè)備沒(méi)有達(dá)到突水時(shí)的要求。另外，在前期施工中隧道多次出現(xiàn)涌水段，但涌水量不大，以滴水、滲水形式出現(xiàn)，且持續(xù)時(shí)間較短，因此在掌子面出現(xiàn)股狀涌水時(shí)，覺(jué)得情況與前期涌水情況差不多，未能引起足夠重視，并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，也是造成突水原因之一。

3 涌水段處置措施

1)對(duì)掌子面采用超前導(dǎo)管預(yù)注漿堵水，將水對(duì)掌子面施工的干擾減到最小。2)對(duì)后方已出現(xiàn)的股狀水進(jìn)行封堵，減少洞內(nèi)總排水量，防止后方涌水進(jìn)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?chē)瓷砑庸?然后沿開(kāi)挖面周邊設(shè)超前鋼管支護(hù)，采用直徑40mm，50mm或80mm，長(zhǎng)6m～8m的無(wú)縫鋼管。必要時(shí)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(shí)在此斷面附近設(shè)置監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控量測(cè)圍巖的收斂變形情況。3)布設(shè)雙路供電系統(tǒng)專門(mén)用于排水，建立了三套獨(dú)立運(yùn)行的排水系統(tǒng)，以確保不影響掌子面正常施工，為順利通過(guò)涌水地段創(chuàng)造了良好的條件。4)準(zhǔn)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(hù)參數(shù)，在保證安全、質(zhì)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(shè)計(jì)提供不良地質(zhì)地段時(shí)，加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)，采用水平鉆超前探孔或TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)儀進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，用于探明前方地質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)地下水較大時(shí)，則進(jìn)一步鉆孔放水，防止涌水發(fā)生。2)利用超前小導(dǎo)管以及管棚等注漿方法對(duì)圍巖進(jìn)行超前支護(hù)，采用型鋼拱架加強(qiáng)初期支護(hù)。3)減少循環(huán)進(jìn)尺，采用無(wú)爆開(kāi)挖或微差控制爆破技術(shù)，盡可能減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。4)及時(shí)支護(hù)，做到隨挖隨護(hù)。5)加強(qiáng)施工組織管理，嚴(yán)格施工工序，并組織好物資供應(yīng)工作。6)加強(qiáng)施工量測(cè)，及時(shí)反饋信息。

4.2 突水預(yù)測(cè)方法

突水預(yù)測(cè)主要采用超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)、淺孔鉆探法進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)和預(yù)報(bào)。

1)TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是專門(mén)為隧道和地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)較先進(jìn)的設(shè)備，它能方便快捷地預(yù)報(bào)掌子面前方較長(zhǎng)范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。

TSP203每次可探測(cè) 100m～350m，為提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度和精度，采取重疊式預(yù)報(bào)，每開(kāi)挖 100m～150 m預(yù)報(bào)一次，重疊部分(不小于 20m)對(duì)比分析，每次探測(cè)結(jié)果與開(kāi)挖揭示情況對(duì)比分析。

2)淺孔超前鉆探方法是在鉆進(jìn)過(guò)程中，從鉆進(jìn)的時(shí)間、速度、壓力、沖洗液的顏色、成分以及卡鉆、跳鉆等和巖性、構(gòu)造性質(zhì)及地下水等情況掌握地質(zhì)條件，大致確定斷層的規(guī)模和產(chǎn)狀。

施工中著重對(duì)富水段進(jìn)行超前鉆孔探水，利用鉆孔臺(tái)車(chē)施工探水孔，每次探水段長(zhǎng)8m，開(kāi)挖5m，保留 3m開(kāi)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(gè)工作日進(jìn)行超前鉆孔探測(cè)，淺孔鉆探在正洞工作面鉆5個(gè)孔，鉆孔深度30m開(kāi)挖22m，保留8m開(kāi)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(zhì)，發(fā)現(xiàn)地下水較大時(shí)，及時(shí)采用必要的堵水、止水措施和手段。

4.3 富水地段預(yù)處理措施

結(jié)合本工程進(jìn)行地質(zhì)素描，超前水平鉆探，研究設(shè)計(jì)文件和地質(zhì)調(diào)查，在明確涌水水源補(bǔ)給、水質(zhì)、涌水量、突出水壓等資料后，確定有針對(duì)性的方案。主要采取深孔預(yù)注漿堵水，必要時(shí)采用帷幕注漿堵水法堵水。

1)帷幕注漿堵水。當(dāng)灰?guī)r地段超前探水孔中 2/3孔出水且總出水量大于 100m3/h時(shí)，采用帷幕注漿堵水。2)深孔超前預(yù)注漿堵水。當(dāng)灰?guī)r地段超前探水孔中總出水量小于 10m3/h時(shí)但個(gè)別探水孔出水量大于 2m3/h時(shí)，采用深孔超前預(yù)注漿堵水。3)對(duì)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(yù)留 5 m～10m巖盤(pán)進(jìn)行注漿堵水。對(duì)于富水的巖溶，凡與上部巖層或地表水有水力聯(lián)系的，則溶洞水無(wú)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(wú)水力聯(lián)系的干溶洞或溶洞水囊，采用半封閉襯砌，并在襯砌背后設(shè)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(zhì)復(fù)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(shè)備，建立可靠的排水系統(tǒng)，以防在施工中因隧道涌水抽排不及時(shí)而影響施工進(jìn)度，危及施工安全，造成嚴(yán)重后果。

對(duì)于隧道出口反坡施工，且洞內(nèi)涌水量大，排水問(wèn)題尤為突出，建立多級(jí)固定排水泵站，鋪設(shè)排水管路將洞內(nèi)地下水通過(guò)接力排出洞外。其中固定泵站盡可能布置在橫通道處，活動(dòng)泵站建于掌子面，抽排掌子面積水，隨掌子面掘進(jìn)向前延伸，保證掌子面的正常施工。每級(jí)泵站間隔 800m左右，抽水機(jī)選用WDB-150-315型抽水機(jī)，抽水能力為 400 m3/h，洞口每個(gè)泵站設(shè)置 2臺(tái)(1臺(tái)備用)，每小時(shí)排水能力為 400m3，掌子面處每個(gè)泵站設(shè)置2臺(tái)(1臺(tái)備用)，每小時(shí)排水能力為 400m3，管路均采用φ150鑄鐵抽水管?；顒?dòng)泵站:抽水機(jī)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(shí)集水坑，隨時(shí)將掌子面的水排至過(guò)渡泵站。潛水泵數(shù)量根據(jù)掌子面的水量配備。

4.5 隧道防突水、突泥應(yīng)急方案

針對(duì)隧道過(guò)暗河段在實(shí)際施工中有可能出現(xiàn)突水、突泥的情況，一旦出現(xiàn)該類突發(fā)性事件時(shí)將采取如下應(yīng)急行動(dòng):

1)突水、突泥時(shí)，施工當(dāng)班班長(zhǎng)應(yīng)立即向項(xiàng)目部應(yīng)急辦公室匯報(bào)情況，并迅速撤離洞內(nèi)施工人員及機(jī)械設(shè)備，將洞內(nèi)人員與機(jī)具撤至安全區(qū)。安全區(qū)除利用洞外場(chǎng)地外，將隧道大避車(chē)洞進(jìn)行安全布置，將洞內(nèi)的機(jī)械設(shè)備置放在大避車(chē)洞內(nèi)。2)項(xiàng)目部應(yīng)急辦公室接到險(xiǎn)情報(bào)告后，立即報(bào)告項(xiàng)目部應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組成員迅速趕至現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定搶險(xiǎn)措施。根據(jù)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(bǔ)給源頭，如果有，則加以封堵或疏排。當(dāng)洞內(nèi)突水、突泥減緩，能進(jìn)人操作時(shí)，即進(jìn)洞清理現(xiàn)場(chǎng)，找到洞內(nèi)出水口，先用漿砌片石砌墻，然后向內(nèi)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(yīng)立即采取應(yīng)急行動(dòng)組織搶救，將傷者迅速送往附近醫(yī)院進(jìn)行治療救護(hù)，同時(shí)項(xiàng)目部應(yīng)急辦公室應(yīng)立即將事故險(xiǎn)情上報(bào)上級(jí)應(yīng)急辦公室。項(xiàng)目專家組迅速對(duì)突發(fā)性事件作出判斷，制定切實(shí)可行的技術(shù)安全措施，避免類似事故的再次發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

田壩嶺隧道地質(zhì)情況復(fù)雜，在施工過(guò)程中采用“物探先行，鉆探驗(yàn)證”的方法，以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為先導(dǎo)，超前鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)隧道圍巖狀況及圍巖富水情況進(jìn)行全方位的探測(cè)，開(kāi)挖后對(duì)圍巖進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控量測(cè)。發(fā)現(xiàn)地下水較大時(shí)，及時(shí)采用必要的堵水、止水措施和手段。現(xiàn)場(chǎng)管理人員在對(duì)監(jiān)測(cè)人員、掘進(jìn)工班交班會(huì)上，根據(jù)量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖方案;指揮部及時(shí)將探測(cè)及量測(cè)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位，并一同對(duì)圍巖的變化趨勢(shì)不斷分析，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，實(shí)行三級(jí)會(huì)商協(xié)調(diào)的動(dòng)態(tài)管理，確保了隧道施工安全。

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