湯村長大鐵路隧道斷層地帶大涌水處理

張 飛 張 虎

(1.中鐵上海工程局第一工程有限公司，安徽蕪湖 241009;2.中鐵四局南京分公司，江蘇南京 210000)

0 引言

隨著我國經濟的迅速騰飛，基礎設施建設也隨之加快，特別是高速公路和高速鐵路的建設如雨后春筍。伴隨施工技術的提高，高速鐵路逐步向山區蔓延。在山區修建高速鐵路時，因地形條件限制，橋隧比例明顯增大。而長大鐵路山嶺隧道過程中經常遇到斷層涌水等地質災害，往往會帶來較大影響。在涌水處理過程中選擇合理、經濟的處理方法，有著重大的技術價值和經濟意義。

1 斷層涌水對隧道工程的影響［1-3］

湯村隧道是該工程中控制性重點工程之一，隧道全長9 645 m。該隧道地質條件復雜，斷層十分發育，直接影響隧道的斷層有18條，其中F4斷層影響最大，其勘察設計正常涌水量達416 m3/d。隧道開挖過程中，因地質預報不準或涌水處水頭高度估計不足，容易給施工人員帶來巨大的傷亡和經濟損失。

隧道斷層涌水處初支施工質量直接決定后期襯砌所承受的水頭壓力大小，科學合理的涌水處理措施，能夠有效降低襯砌所承受的水壓力大小以及對隧道襯砌的侵蝕作用。因斷層涌水處理不徹底，可能造成隧道襯砌侵蝕破壞，滿足不了隧道防水要求，嚴重影響隧道后續工作年限。嚴寒地區，凍融交替變換，使侵蝕性漏水會對隧道襯砌和附屬設施的破壞更加嚴重。襯砌和圍巖直接可能因為凍融循環而造成混凝土與初支直接產生裂縫，造成襯砌受力過大而發生開裂，甚至會出現襯砌漏水，地表積水，嚴重影響隧道的安全和使用。

2 隧道斷層涌水的原因分析

隧道斷層涌水是由于隧道掘進過程中破壞了斷層含水區結構，使富水區靜水平衡條件以及圍巖力學平衡狀態發生急劇改變，造成地下水體所儲存能量以流體高速運動形式瞬間釋放而產生一種動力破壞現象。湯村隧道1號斜井DK17+495處于F6，F7和F8交匯處，通過TSP與加深炮孔相結合的方式進行超前地質預報，炮孔出現涌水。項目部立即停止掘進，并通知監理單位和設計人員，對現場進行勘察，同時要求現場增加超前水平鉆孔對斷層和圍巖進行判斷，增加隧道施工的安全性。項目部立即按設計要求，對掌子面進行超前水平鉆孔，如圖1所示。

圖1 線路左側超前水平鉆孔圖

圖2 超前加深炮孔和水平鉆孔涌水圖

3 隧道斷層涌水情況

DK17+495掌子面從超前加深炮孔和超前水平鉆孔涌水如圖2所示，對該掌子面用水量進行連續監測，記錄如圖3所示，通過圖3可知，10月7日涌水量最大為12 500 m3/d，到10月16日之后，涌水量維持在1 000 m3/d。通過加深炮孔和超前水平鉆孔發現，圍巖巖質較堅硬，節理、裂隙發育，巖體破碎，線路左側圍巖富水，線路右側圍巖無水，根據現場實際情況，掌子面涌水區域分布如圖4所示。

圖3 DK17+495涌水量統計曲線圖

圖4 DK17+495掌子面涌水區域分布圖

4 隧道斷層涌水處理方法

4.1 隧道斷層處注漿堵水［4-7］

10月17日湯村隧道1號斜井經過一輪開挖后，發現DK17+497處出現斷層，斷層寬度約0.5 m，該處涌水較小，經過業主、設計和監理現場確認，針對DK17+497處斷層涌水處采用注漿堵水和加強初期支護進行施工。

按照施工方案，現場采用壓注M30水泥漿進行局部堵水。注漿管采用φ50無縫鋼管，長度為5 m，管身鉆設φ10 mm注漿孔，間距20 cm～50 cm，鋼花管如圖5所示，采用梅花形布置。鋼管間距0.8 m～1.2 m，單孔擴散半徑1.5 m，注漿孔與出水裂隙面盡量大角度相交，注漿材料采用水泥漿，水灰比1∶1，注漿壓力0.5 MPa～0.6 MPa。孔口采用止漿塞止漿，漿塞膠圈尺寸應與注漿孔徑相配。針對斷裂縫隙用水量較大處，應先鉆引水孔泄壓，再對裂隙注漿，最后采用膨脹快硬水泥對引水孔進行封堵處理，確保能夠迅速堵水成功，確保對地下水環境影響降到最低。注漿過程中，保證注漿材料滿足方案要求，確保注漿壓力大小和持壓時間。通過前期排水和注漿堵水，斷層涌水處基本達到設計要求，能夠滿足現場安全生產。

4.2 隧道斷層涌水處初期支護及防排水

湯村隧道DK17+497段原先圍巖等級為Ⅱ級，由于出現斷層涌水，現將圍巖等級變更為Ⅳ級，按照Ⅳ級圍巖進行初期支護施工，斷層處初期支護強度，減少對后期襯砌的壓力，通過監控量測數據反映此段變形已經趨于穩定，可以進行二次襯砌施工。

圖5 無縫注漿鋼花管圖（單位：cm）

根據《高速鐵路隧道工程施工技術指南》鐵建設［2010］241號防排水規定:高速鐵路隧道防排水施工應采取“防、堵、截、排相結合，因地制宜，綜合治理”的原則，滿足環境保護和設計的要求。為了達到設計防排水要求，需在穩定的初期支護上掛設厚度為1.5 mm防水板加400 g/m2的土工布，確保襯砌不受侵入的裂隙水侵蝕，達到更好的防水要求。對于斷層涌水處，加強土工布和防水板本身質量以及焊接和掛設質量，掛設前應該嚴格檢查土工布和防水板有無破損現象，保證防水板焊縫能夠達到實驗規定的壓力，而土工布與防水板直接增加熱熔焊貼的數量，兩者直接能夠密貼，減少防水板背后空隙。為了減少后期斷層處出現高壓裂隙水，減小對隧道襯砌的侵蝕，特在斷層涌水的防水層與初期支護之間增設TR加勁型軟式透水管盲溝，與縱向排水盲管相連，將該處后期可能再次產生裂隙水直接引入中心盲管中，直接排到隧道的中心管溝，通過中心管溝排到隧道外。

5 結語

湯村隧道DK17+497斷層涌水段通過上述施工處理，經過后期現場觀察，襯砌表面干燥無滲水現象，由此可以得出以下結論:

1)隧道斷層涌水處，首先要探明掌子面前方的地質情況和水量大小，認真研究該斷層水是否與地表相連。

2)隧道斷層涌水治理，注漿是關鍵，注漿過程中應注重選擇合適的注漿參數，滿足現場施工要求，確保注漿能夠達到封堵效果。

［1］ 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.湯村隧道設計說明［R］.2010.

［2］ 鐵道部第二勘察設計院.鐵路工程設計技術手冊——隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，2009:131-135.

［3］ 黃鴻健，張民慶.宜萬鐵路隧道工程巖溶及巖溶水分析與應對［J］.現代隧道技術，2009，46(2):22-23.

［4］ 張民慶，黃鴻健，苗德海，等.宜萬隧道工程巖溶治理技術與工程實例［J］.鐵道工程學報，2008(112):26-36.

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