玉蒙鐵路秀山隧道構造擠壓破碎富水帶處理措施研究

趙健

(中國鐵路總公司工程管理中心，北京100844)

玉蒙鐵路秀山隧道構造擠壓破碎富水帶處理措施研究

趙健

(中國鐵路總公司工程管理中心，北京100844)

玉蒙鐵路秀山隧道穿越構造擠壓破碎富水帶，施工時出現突水、突泥等地質災害，是隧道建設過程中遇到的難題。對此，以超前地質預報為依據，建立防涌突預案，綜合采取了超前帷幕注漿、超前局部注漿、超長鉆孔排水降壓、迂回導坑等措施，保證了隧道施工安全。

隧道斷層 富水帶 突水突泥 注漿 地質預報

山區隧道在修建過程中不可避免地會遇到擠壓破碎富水帶、高壓富水極破碎白云巖等地質條件復雜地段。如深圳地鐵4號線穿越大腦殼山富水流砂地層、大柱山隧道橫穿街子坡復式向斜富水構造等。隧道施工過程中突水突泥、塌方等地質災害也時有發生，如云霧山隧道。由于災害發生過程突然、發生部位不宜確定，以致突水突泥成為山嶺隧道最為常見和危害性最大的地質災害之一，且往往造成嚴重損失。因此隧道施工中，應該采用措施對該類地段進行處理。

目前采取的工程處理措施主要有超前大管棚注漿、超前帷幕注漿、超前降壓排水等。不同工程應根據自身特點，選擇合適的處理措施。

本文以玉蒙鐵路秀山隧道工程為背景，針對其復雜的地質條件和施工中遇到的主要災害，探討了隧道穿越構造擠壓破碎富水帶的施工技術。

1 工程概況

秀山隧道位于云南省通海縣境內，進口里程為DK27+600，出口里程為DK37+362，全長10 302 m，為新建鐵路昆河線玉蒙段的第一長隧，控制和影響著全線的施工總工期。

圖1 秀山隧道工程地質示意

隧道工程地質與水文地質條件極其復雜，如圖1所示。隧道穿越地段是一個褶皺與斷裂均發育的區域，該區域強震活動頻繁，巖體受多期構造影響，極為破碎、完整性極差，尤其以高壓富水破碎白云巖為甚。隧址區屬南盤江(珠江)水系的曲江支流區。巖溶水補給豐富、水量較大，巖溶水、巖石構造水相互混雜，徑流條件復雜。與地貌相對應，地下水呈現出山地補給，盆、谷排泄的總體格局，形成了曲江、杞麓湖兩個獨立的地下水補排單元。

秀山隧道由于受斷層的影響，隧道巖體呈碎裂結構，圍巖開挖后無自穩能力，在重力和地質應力的作用下容易形成塌方。此外，隧道穿越五里箐向斜和里山背斜等風險極高的地質構造單元，并下穿庫南河，預測全隧正常涌水量為15.7萬m3/d，雨季施工時最大涌水量為23.5萬m3/d，隧道所處地段水量較豐富。大斷裂和裂隙大面積發育，多條剪張裂縫造成段內裂隙水連通性好，加之隧道埋深較大，不排除發生大規模突水突泥的可能。

2 施工中遇到的主要地質災害

秀山隧道工程地質條件極其復雜，在修建過程中發生了多次規模大、持續時間長、破壞性大的突水突泥等地質災害，嚴重影響了工程的質量和進度，給工程建設帶來了巨大影響。

1)進口工區突水突泥

隧道進口工區有兩處發生了突水突泥災害，如表1所示。

表1 進口工區突水突泥情況

2)出口工區突水突泥

隧道出口工區有3處發生了突水突泥災害，如表2和圖2所示。黃泥漿水伴隨大量角礫狀白云巖與泥砂突涌而出，流砂填滿整個掌子面，立爪裝渣機被沖出掌子面，還有其他大量的施工物資及機械設備被掩埋，情況十分嚴重。

表2 出口工區突水突泥情況

圖2 出口工區突水突泥

3 地質災害主要處理措施

3.1 綜合超前地質預報

全隧(含平導)均開展綜合地質超前預報工作，并根據預報結果，適時調整施工方案，確保施工安全。綜合超前地質預報包括以下3個方面的工作:

1)利用地震波地質探測儀、聲波反射法等綜合物探手段和超前水平鉆孔，結合常規地質素描等方法，預測巖層的變化點、巖體的完整性、巖溶發育情況、涌水突水的位置及水量等，并進行必要的巖體物理等指標測試。

2)開展地表巖溶水排泄點(井泉、暗河)和洞內涌突水的實時監測。

3)通過水化學與同位素化學特征分析，綜合分析了斷層破碎帶及向斜、背斜區地下水的補、排特點，以預測隧道修建對生態環境產生的影響程度。

3.2 建立防涌突預案

考慮該隧道所在地層的特點，若發生涌突后再研究處理措施，會極大地增加處理難度及處理時間，并存在施工安全風險。為此，根據綜合超前地質預報成果及預案啟動標準，適時啟動防涌突預案。主要預案有2個。

預案1:注漿堵水預案。主要包括超前帷幕注漿(正洞加固范圍為開挖輪廓線外5 m，平導加固范圍為開挖輪廓線外3 m)、超前局部注漿、開挖后徑向注漿、補充注漿等。

預案2:加強超前支護。采用6 m長φ42小導管(必要時用大管棚)注漿加固拱部，環向間距20 cm，縱向間距1 m。縮小鋼架間距及每循環開挖進尺(鋼架縱向間距50 cm，每循環進尺不大于60 cm)。

3.3 超前排水降壓

既有工程經驗表明，當地下水儲存量較少且水壓較小時，地層在未擾動的情況下具有一定的自穩性，故在不影響地表環境及不危及施工安全的前提下，應實施超前排水降壓。即正洞通過平導超前排水降壓，平導通過超長水平鉆孔(60～100 m)結合超前地質探孔排水降壓。

實際施作中，若超前地質預報揭示掌子面前方儲水過多、壓力過大時，可在掌子面補鉆3～5個全長貫通的排水泄壓孔，以排泄水流釋能減壓。

3.4 組合式超前支護

隧道穿越地段為高壓富水極破碎白云巖地層，該套地層具有風化差異嚴重，巖體擾動前較為致密、在水的沖刷淘蝕作用下自穩性極差等特點。根據綜合超前地質預報探明的富水破碎白云巖長度，分別采用小導管或大管棚注漿加固措施。當破碎白云巖長度＜4 m時，采用6 m長φ42小導管注漿加固拱部巖體，環向間距20 cm，縱向間距1 m;當4 m＜破碎白云巖長度＜20 m時，采用30 m長φ108大管棚注漿加固拱部巖體，環向間距30 cm，縱向搭接10 m。

3.5 超前注漿堵水

目前常用的注漿堵水方式主要有超前帷幕注漿、超前局部注漿、超前小導管注漿、超前大管棚注漿等。其中，超前帷幕注漿和超前局部注漿對注漿工藝要求嚴格，操作難度大，處理周期長，且效果難以保障，所以較少使用。超前大管棚注漿對施工工藝要求較低，實施效果較好，尤其適于秀山隧道這種富水極破碎白云巖地段。

不同注漿方式對比如表3所示。

表3 不同注漿方式對比

3.6 反坡排水

秀山隧道進口工區為反坡施工工區。施工期間，涌水量較大，常規抽水技術無法滿足要求。進口工區也曾由于抽排水能力不足，被淹洞500 m，嚴重影響了工程的質量和進展，故需要研究反坡排水技術。

所謂反坡排水技術，是指利用平導作為排水通道，將固定排水設備、集水坑設于平導內，正洞掌子面出水采用移動抽排設備通過橫通道引入平導中，平導內的積水采用梯級抽排方式排出。積水排出后，采用C15混凝土將各集水坑回填密實。

3.7 剪張裂縫處理

對于無水的剪張裂縫，若位于開挖輪廓線內，則根據實際情況可不予處理，或僅噴射混凝土封閉穩定巖壁，保證開挖時不坍塌即可;若位于輪廓線以外，邊墻初期支護外側采用M10漿砌片石回填密實，拱部裂縫空腔采用噴C20混凝土回填密實。

對于富水的剪張裂縫，若裂縫寬度≤4 m，則采用掛設加密鋼筋網片、砂袋封堵、噴混凝土封閉、φ42小導管超前預注漿加固等措施;若裂縫寬度＞4 m，則采用φ108超前大管棚注漿支護。當裂縫較多、破碎帶較長、滲水量較大時，采用超前帷幕注漿進行固砂止水。對洞身輪廓線以外的裂縫或空腔，當空腔頂距開挖輪廓線＞3 m時噴C20混凝土回填，厚度2 m。對地下水沖刷、掏蝕形成的拱墻頂部空腔，需采用扇形支撐加固后泵送混凝土回填處理。

3.8 突水突泥處理

現場施工根據突水突泥地段工程地質情況，從施工可行性、經濟合理性、質量易控性等各方面綜合考慮，在不同災害發生點，針對不同的突水突泥災害情況，采取合適的處理措施。

秀山隧道部分突水突泥處的處理情況如表4所示。

表4 秀山隧道部分突水突泥處的處理情況

PDK34+570突水突泥處理現場如圖3。采用拱頂大管棚注漿輔以掌子面局部注漿加固，加固施工期間發生局部管涌、掌子面突出2次后，采用“長、短管棚局部補注漿+加密鋼筋網片+噴混凝土封堵掌子面+超前排水降壓”等措施逐步推進，保證了工程的順利進行。

圖3 突水突泥處理現場

4 結語

高壓富水極破碎可溶巖是秀山隧道建設過程中遇到的最大工程難題，其風化差異嚴重、巖體在水的沖刷作用下自穩性極差，極易突發涌水突砂。通過詳細分析隧道所經地段的地質條件，并采取綜合措施進行超前地質預報，判識發生事故的可能性。施工中根據不同工程特性和地質預報的結果，分別采取了帷幕注漿、局部注漿、大管棚注漿、小導管注漿、排水降壓等多種措施，成功處理了各種地質災害，保障了工程質量安全，也為今后同類工程提供了很好的借鑒。

［1］鐵道部第二工程局.鐵路工程施工技術手冊:隧道［M］.2版.北京:中國鐵道出版社，2004.

［2］張德峰.富水流沙地層隧道圍巖止水加固方案及變形分析［J］.城市軌道交通研究，2001(6):14-19.

［3］王盡忠，王玉鎖，曾宏飛，等.中天山隧道TBM施工破碎圍巖段新型注漿加固技術［J］.鐵道建筑，2014(3):41-43.

［4］王國際.注漿技術理論與實踐［M］.北京:中國礦業大學出版社，2000.

［5］代峪.云霧山隧道突泥災害工程地質特征與防治［J］.鐵道建筑，2009(10):33-35.

［6］杜宇本，張強，蔣良文，等.街子坡向斜巖溶水系統及隧道涌突水危險性研究［J］.鐵道工程學報，2009(12):60-64.

［7］趙健.隧道巖溶水地質災害治理［J］.中國地質災害與防治學報，2003(3):112-115.

［8］劉萬生.高原隧道穿越斷層破碎帶施工技術［J］.鐵道建筑，2013(4):74-76.

(責任審編葛全紅)

U455

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.15

1003-1995(2015)06-0054-04

2014-12-10;

2015-04-20

趙健(1976—)，男，安徽安慶人，高級工程師，博士。