斷層破碎帶防突泥涌水措施探討

許 軍

（山西新世紀交通建設工程咨詢有限公司，山西 太原 030006）

隨著“一帶一路”發展規劃的逐步深入，國家西北省份的高速公路建設迎來了一個新高峰。西北地區工程地質、水文條件（斷層破碎帶、巖層裂隙水富集等）復雜，不良的地質條件對地下工程的施工進度和施工安全造成了極大的影響。在施工過程中加強對基巖層裂隙水富集的實踐研究，掌握斷層破碎帶裂隙地下水的賦存規律，制定合理的防突泥涌水措施，防止圍巖失穩，確保施工安全具有非常重要的意義。

1 工程概況

公伯嶺1號隧道位于青海省循化縣公伯峽電站大壩庫區之黃河右岸臨河山脊地段，左線全長3048 m，右線全長3051 m。遇強降雨時可能產生集中涌水，預測隧道最大涌水量954 m3/d，正常涌水量595 m3/d。經過風險評估公伯嶺1號隧道易發生涌水突泥事故，須加強施工管控措施。

2 斷層破碎帶裂隙地下水的動態變化特征

斷層破碎帶裂隙地下水由兩部分組成：一部分是靜儲量，是指地下工程開挖前，在含水層中賦存的地下水。靜儲量的大小是由含水巖層的厚度、孔隙率以及裂隙破碎帶的大小和水量等決定的。當地下工程開挖過程中將含水層揭穿后，含水層中的地下水將不斷涌出，隨著含水層地下水不斷涌出，地表水體會補給含水層中的地下水，該部分則被稱作動儲量。動儲量的大小由石油含水圍巖的規模、地表水補給條件及徑流、排泄條件等決定的。

當地下工程涌水量以靜儲量為主時，主要表現為突水，其初期涌水量會很大，由于不存在動儲量補給。該類涌水會逐步衰減，到最后含水層中的地下水有可能被疏干，從而形成滴漏水或滲析水。比較有代表特征的就是貫通性裂隙含水層涌水。當地下工程涌水量以動儲量為主時，涌水量往往由小到大變化，逐步趨于與動儲量相當，即含水圍巖的涌水量等于地表水補給含水層中的地下水。充填裂隙的地下水水力梯度增加或沖刷加劇是這類涌水逐漸貫通形成的前提條件。公伯嶺1號隧道由于隧址的斷層破碎帶均位于公伯峽黃河庫區內，具有形成動儲量的相關條件。

3 超前鉆孔探水

在斷層破碎帶可采取超前鉆孔探水，并根據超前鉆孔探水情況采取注漿堵水和洞身周邊帷幕注漿等措施[1]。具體內容如下：

a）圍巖水量較大時，在隧道洞內選擇合適設置集水坑，把水排出洞外；必要時設置抽水設施，將集水坑中的水及時排出。

b）采取固結注漿的方式對掌子面滲水面積大、節理裂隙發育的段落進行預加固，將隧道掌子面的滲涌水控制到一定范圍以內。

c）當作業面的臨時防排水措施施工完畢以后，還需對作業面加強觀測，特別是對已采取固結注漿措施地段的注漿后出水量、出水點位置變化情況在加強觀測的同時還需做好詳細記錄，并在第一時間反饋給施工技術人員，以觀測信息指導施工。

4 洞身涌水突泥事故控制措施

由于該隧道存在可能產生突泥涌水危及施工安全的斷層破碎帶地段，應采用“以排為主、堵排結合、因地制宜、綜合治理”的治理原則。應通過超前地質探孔探水，超前注漿等措施實現對洞身涌水突泥事故的控制。

4.1 超前地質探孔探水

施工中采用TSP（隧道地震探測儀）、EKKO（地質雷達）、探測鉆孔相結合的超前地質預報手段[2]，探測掌子面前方地質情況，并按規定及時提交書面成果，預測有特殊地質情況時要立即上報。詳細記錄鉆孔情況，前方地質一旦發生特殊情況時應第一時間反饋給施工技術人員采取必要的防控措施。

超前探水可以利用開挖鉆眼臺車施工探水孔。每次探水段長度超前開挖長度5 m左右，作為下一次超前地質探孔探水所用。并對出水點詳細位置、出水量、水壓等做詳細記錄。探水孔孔徑（終孔）為55 mm，鉆孔外偏角為5°。對超前鉆孔探水的結果進行分析，通過分析就下一循環的工作采取不同的措施（見表 1）。

表1 探水情況應對措施表

4.2 超前注漿

4.2.1 地段情況

超前探水孔過程中總出水量小于15 m3/h但個別探水孔出水量大于3 m3/h，可以判定水源位置的地段的情況。

a）注漿范圍為：

（a）在出水通道范圍內，掌子面開挖外輪廓線以外5～6 m；

（b）單孔注漿有效擴散半徑R=3.6 m；

（c）最終壓力為凈水壓力的2～3倍時注漿結束。

b）超前注漿施工作業時可根據預注漿段巖層節理、裂隙發育情況和探水鉆孔探明的出水點位置、水量布置注漿孔個數和位置，注漿孔孔徑為108 mm，開孔孔徑150 mm。

c）結束注漿需同時滿足以下兩個條件：

（a）總出水量小于2 m3/h；

（b）1處出水量小于0.6 m3/h。

d）主要采用單液漿進行注漿作業施工，當工作面涌水量較大注漿困難時可以采用水泥-水玻璃雙液漿注漿。單液漿水灰比、水泥漿與水玻璃的體積比、凝膠時間等根據現場試驗數據確定，并根據現場實際情況靈活調整。

4.2.2 加固方法

采用周邊帷幕預注漿的措施對漏水較嚴重無法判定水源位置的地段進行加固。

a）分兩次進行周邊帷幕預注漿，兩次注漿鉆孔數量根據開挖斷面和工作面出水量來確定，第一次注漿孔位距離開挖輪廓線50 cm為宜，第二次注漿孔位距與第一次注漿孔位應大于50 cm。第二次注漿孔的外岔角度應大于第一次注漿孔的外岔角。

b）施工過程中當發現注漿壓力發生變化等異常現象以后，開始注入水泥漿或清水停止注入水玻璃注漿泵。當發現累計進漿量已經很大，而注漿壓力長時間不升高的情況時，需立刻調整漿液配合比。

c）采取兩次注漿之間隔開2～3 h的措施防止漿液串漿。

d）停止注漿的條件：

（a）總出水量小于2 m3/h；

（b）注漿斷面其中1處出水量小于0.6 m3/h。

e）注漿材料主要采用單液漿，施工困難時采用水泥-水玻璃雙液漿，水灰比、水泥漿與水玻璃體積比、凝膠時間等根據現場施工情況確定。

4.3 其他措施

a）進行全面的、針對性的安全技術交底。班組一級的技術交底要結合工作特點和班組具體情況突出重點，結合實際。

b）建立完善的定期安全檢查制度，各級安全監督管理人員要經常檢查，圍巖發生變化和超前地質預報為不良地段應增加抽檢頻率。真正把事故消滅在萌芽狀態。

c）施工作業人員就位以后，應首先對掌子面安全狀態、開挖、錨噴機具數量、運行狀況等進行全面檢查，對初期支護監控數據進行全面分析，檢查是否有滲漏水情況，拱頂和拱墻是否有變形和下沉，如有監控數據異常、初期支護開裂和滲漏水的現象，需及時采取錨噴加固等處理措施[3]。

d）當發現監控量測數據異常時，應第一時間通知現場施工技術人員及時采取預加固、超前注漿等應急措施，保證施工安全。

5 結語

循隆高速公伯嶺1號隧道13.7%的段落屬于斷層破碎帶地段。極易產生突泥涌水危及施工安全的事故。為應對突泥涌水等事故需對隧道施工環境進行正確的評估，制定合理的專項防控措施，同時在專項防控措施實施過程中加強監控量測，根據監測情況，隨時調整優化專項防控措施。從而為工程項目實現確保安全、保證工期、控制投資、提高效益的目的，為實現建設項目總目標提供了技術保障。