析飛仙關(guān)隧道特大涌水段施工方案

鄒增富

(四川路航建設(shè)工程有限責(zé)任公司一分公司， 四川 成都 610000)

隨著公路建設(shè)的迅速發(fā)展，隧道的施工建設(shè)也面臨越來越多復(fù)雜多樣的地質(zhì)情況和各種施工問題。隧道涌水是隧道施工過程，圍巖空隙中的地下水（空隙水源、裂隙水源、巖溶水源）、地表水水源在壓力的作用下涌出，稱為涌水。量大、勢猛、突發(fā)的涌水，稱為突水，水里面夾雜攜帶大量的泥沙涌出，稱為突泥，突泥為涌水的伴生現(xiàn)象，其處理關(guān)鍵任然在于突水處理。飛仙關(guān)隧道因工期緊，裂隙水構(gòu)造復(fù)雜，完全將涌水治理無法滿足工期進(jìn)度要求。本位以飛仙關(guān)隧道特大涌水段落為例，分析探討隧道涌水段落施工方案。

1 飛仙關(guān)隧道涌水概況

飛仙關(guān)隧道康定端位于雅安市天全縣樂英鄉(xiāng)姜家壩村，隧道全長 4949m，我合同段為隧道出口端，隧道左線樁號(hào)：ZK22+800-ZK24+653，長 1853m，右線樁號(hào)：K22+800-K24+655，長 1855m。據(jù)地質(zhì)調(diào)查及區(qū)域資料，被監(jiān)測的區(qū)域是在揚(yáng)子地臺(tái)的西邊，大巴山臺(tái)的邊界的西南方向，它的西邊是與康顛接壤，東方是臺(tái)坳，西北方向與松潘接壤。飛仙關(guān)隧道的構(gòu)造的地理位置是NE向龍山斷裂帶和NW向鮮水河斷裂帶及SN向安寧河斷裂帶構(gòu)成的“Y”字形構(gòu)造交匯部位東側(cè)，具體構(gòu)造部位處于龍門山斷裂帶西南段內(nèi)。區(qū)內(nèi)巖層褶曲強(qiáng)烈，巖層破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育。隧道出口斜坡呈緩坡狀，坡度15～25°，緩坡處為旱地，植被較發(fā)育。這里山的海拔較高，飛仙關(guān)隧道穿過的最高的山的高度大約是1516.9米，飛仙關(guān)隧道的出口處有著大量的外溪溝，洞口最大的高度大約是 610米。最高的山的海拔與洞口外溪溝的海拔的高度差大約是906.9米。

施工過程中，會(huì)遇到許多意外的情況，這就有一個(gè)實(shí)例。2015年，飛仙關(guān)隧道的右洞完成后，正準(zhǔn)備進(jìn)行下一步的工作時(shí)，竟出現(xiàn)了開挖機(jī)上升的情況，接著，就有大量混有碎石的水從隧道的洞口涌出。涌出的水向洞口的四面八方流去，經(jīng)測量，竟有一二十厘米的深度。

有時(shí)候，會(huì)有涌水的現(xiàn)象出現(xiàn)。涌水的現(xiàn)象一旦出現(xiàn)，相關(guān)的工作人員就應(yīng)該及時(shí)的找水文站的工作人員測量涌水的水量。只有掌握了涌水狀況的實(shí)際數(shù)據(jù)，才可以針對(duì)相關(guān)的問題進(jìn)行修改。如果涌水的速度達(dá)到了1.77立方米每秒，那么就可以大概的推斷出涌水量為152928立方米每秒，水的溫度也可以大概的推測出來，按照以上的兩個(gè)數(shù)據(jù)，水溫大概是11攝氏度。涌水量是一個(gè)重要的數(shù)據(jù)，所以工作人員一直在對(duì)用水量進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)測的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，用水量是在逐年遞減的。

涌水的發(fā)生給施工人員帶來了很大的困擾。飛仙關(guān)隧道的右側(cè)的洞口發(fā)生了塌陷，并且有多臺(tái)開挖車被埋在坍塌的洞口下，給施工帶來了很大的麻煩，還加大了經(jīng)濟(jì)的損失。右側(cè)洞口的臺(tái)車段K23+708～+716初支右邊的內(nèi)墻產(chǎn)生了開裂內(nèi)移的現(xiàn)象，經(jīng)測量大概開裂了約60厘米。還有右洞的K23+716～+740段的初期支護(hù)的表面存在開裂現(xiàn)象，甚至有部分的鋼拱架變了形，最大的變形量大約為 350毫米，已經(jīng)擠到了二襯的邊界內(nèi)，在這種情況下，如果不進(jìn)行拆除，將會(huì)影響到整個(gè)工程的進(jìn)程。涌水內(nèi)有著大量的大顆粒固體，這下大顆粒固體在水流量小的情況下會(huì)沉淀下來，阻塞排水口，造成排水不通暢的現(xiàn)象。

2 涌水段落處置方案

本次涌水為初步判斷為高壓、裂隙管道水，因此為確保施工以及結(jié)構(gòu)的安全，需要進(jìn)行兩個(gè)施工。第一個(gè)就是修補(bǔ)有裂縫的管道，防止地下水受到污染，影響人們的正常用水。然后再對(duì)危巖體進(jìn)行加固，提高飛仙洞隧道的水壓的承受能力。另一個(gè)施工就是設(shè)置完善的排水系統(tǒng)。隨著施工的進(jìn)行，隧道內(nèi)就會(huì)積聚大量的地下水，地下水的量越多，隧道需承受的壓力就越大，如果隧道內(nèi)有良好的排水系統(tǒng)，那么就會(huì)給隧道減輕很多壓力。但是，涌水也不是排放的越多越好，適量的排放才是最有宜的。

2.1 應(yīng)急處理措施

（1）反壓回填

分別對(duì)左、右洞掌子面退后 5米進(jìn)一步反壓回填，這是為了預(yù)防掌子面的塌陷程度加劇，掌子面需回填到拱頂?shù)奈恢茫缓笈闳鯟20砼在回填的渣料上，陪撒厚度為15厘米。

（2）臨時(shí)加固

如果要保證施工的安全進(jìn)行，就要對(duì)左右兩個(gè)掌子面進(jìn)行臨時(shí)的加固，加固的階段最初確定的是 ZK23+735～ZK23+715、K23+744～K23+714。臨時(shí)加固的參數(shù)是：118拱架@80厘米，鋼架連接的鋼筋為100厘米，臨時(shí)鋼架的背后以及臨時(shí)鋼架的附近都要噴C20的混凝土，并且，要保證鋼架有良好的承載能力。施工要求鋼架要從洞口的方向朝著掌子面的方向加固，并且在施工中，要時(shí)時(shí)的仔細(xì)的觀察隧道內(nèi)的情況，一旦出現(xiàn)異常，就要組織施工人員有秩序的撤離，保證施工人員的人身安全。

（3）超前預(yù)報(bào)

左洞掌子面施作超前鉆孔 4個(gè)，分別布置在拱頂、拱底及兩側(cè)拱腰，單個(gè)鉆孔深度為50m，周邊孔外插角度為8～10°。根據(jù)此前超前預(yù)報(bào)結(jié)果，ZK23+714～+720段左邊墻圍巖內(nèi)可能存在空洞，臨時(shí)加固后對(duì)左邊墻施作徑向鉆孔6個(gè)，深度6～10米。

（4）加強(qiáng)監(jiān)控量測

為了保證施工的安全以及工程的有序進(jìn)行，就要對(duì)左右兩個(gè)掌子面的周圍情況進(jìn)行監(jiān)測。在其30米左右的范圍內(nèi)盡量多的設(shè)置測量點(diǎn)，最好是每隔出5米的距離就要設(shè)一個(gè)測量點(diǎn)。

（5）加強(qiáng)水量監(jiān)測及檢測

水對(duì)工程的破壞是不可小覷的，所以加強(qiáng)水量的監(jiān)測是非常有必要的。工作人員可以對(duì)兩個(gè)洞口的出水量每天監(jiān)測至少一次，并詳細(xì)檢查記錄水質(zhì)。對(duì)右洞掌子涌出的水進(jìn)行取樣檢測。大概兩到三天取一次樣品，每次大概取三到四組樣品記錄水質(zhì)的改變。由于水中的物質(zhì)有可能分布不均勻，所以盡量多取幾組樣品，并且每組樣品都要隔一定的距離，這樣監(jiān)測出的水質(zhì)才沒有偶然性。

（6）為了防止超乎計(jì)劃之外的事件發(fā)生，就要在洞口的水溝處設(shè)置具有保護(hù)措施的柵欄，并且安裝照明的設(shè)備，使施工區(qū)即使在黑夜也沒有盲點(diǎn)。

（7）施工過程中，難免會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)測的意外，這就需要在施工時(shí)派專業(yè)的監(jiān)測人員對(duì)施工過程、超前鉆孔等工作進(jìn)行時(shí)時(shí)的監(jiān)測。此外，還應(yīng)對(duì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，以免數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。如果發(fā)現(xiàn)有異常的現(xiàn)象，就要派經(jīng)驗(yàn)較多的施工人員去洞內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)救，并且撤離沒有保護(hù)措施的人員。在隧道內(nèi)，必須準(zhǔn)備足夠的救生筏，防止意外的發(fā)生。

2.2 排水方案

（1）臨時(shí)排水

臨時(shí)排水就要依據(jù)現(xiàn)場的資源以及地形設(shè)置可行的排水方案。設(shè)置一米高、六十厘米寬的攔水墻，將涌水引到洞外的排水溝。攔水墻應(yīng)設(shè)置在 K23+716，材料是C20砼。排水溝應(yīng)設(shè)置在K23+716～+795區(qū)段。

（2）中央排水溝清淤

由于涌水中夾雜著大顆粒的泥石，在水流變緩時(shí)，這些泥石會(huì)沉淀在洞口周圍，造成堵塞。目前，右洞排水溝的淤泥施工已經(jīng)到了K23+795的階段右洞已經(jīng)清理到了ZK23+750的階段。剩下的就是對(duì)ZK23+750～+950的階段清理了。因?yàn)樗淼纼?nèi)的路面基層已經(jīng)完成施工，所以在清理淤泥時(shí)，要不可避免的將已經(jīng)建好的基層破壞，地下的一切設(shè)施也得需要重新鋪設(shè)。

（3）斷層破碎帶及涌水處理

掌子面施工至ZK23+696，底板出現(xiàn)股水，水量約1000方，掌子面隨后向前掘進(jìn)，掌子面出現(xiàn)4股水，合計(jì)流量約7000方，右洞涌水水量隨左洞掌子面涌水水量從4.3萬方/天減小至3.6萬方/天，減小7000方。初步分析判斷左洞涌水和右洞涌水是同一地下水。處治方案如下：

①采取開挖后注漿加固措施， 加固圍巖并封堵地下水。

②泄水洞截水方案

在ZK23+709靠山側(cè)設(shè)置泄水洞，垂直隧道進(jìn)去6m后沿隧道縱向布設(shè)，確保泄水洞距離主洞距離大于5m，泄水洞斷面2×2.5m，泄水洞內(nèi)設(shè)置泄水孔，排泄地下水。地下水通過泄水洞進(jìn)入中央排水溝排泄。

2.3 超前管棚

掌子面需向后方退十厘米的距離，然后在K23+718和ZK23+717的階段加上127型號(hào)的巨大管棚，管棚頂部設(shè)置成150度的拱頂，環(huán)向間距是30厘米，一根長30米，外插角為5到10度。注漿采用水泥-水玻璃漿，水泥漿w/c=0.5～0.8，水泥漿/水玻璃=1:0.8（體積比），水玻璃模數(shù)m=2.6，濃度35～40Be，注漿壓力1.0～2.0Mpa。在管棚尾端K23+698～+688和ZK23+717-687增加單層小導(dǎo)管超前支護(hù)。

2.4 注漿加固

（1）由于涌水的沖刷，破壞了變形臺(tái)車，使其車底的縱向梁變形，有些縱向梁懸在空中，這就必須采用碳二十砼進(jìn)行加固。為了給后面的施工提供更多的空間，使施工不受空間的限制，就必須去除影響力較小的零件，但是必須保留整個(gè)的承受壓力的框架。

（2）對(duì)涌水段，從洞外向洞內(nèi)增加鋼架進(jìn)行鞏固，在施工過程中，應(yīng)當(dāng)盡快的使鋼架的加固到大掌子面，使掌子面能夠承受較大的壓力，然后在監(jiān)測觀察涌水量的情況，如果涌水量衰減就可以對(duì)洞口進(jìn)行換拱架的處理。

（3）開挖后周邊注漿方案

圖1 開挖后周邊注漿設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

①注漿加固范圍

注漿孔應(yīng)設(shè)在隧道開挖邊緣線的四點(diǎn)五米的地方，孔口的環(huán)向距離為1.5米，長為1.5米，孔口的徑為46?？卓谶€設(shè)置了孔口管。為了方便漿液的擴(kuò)散以及注漿孔可以任意的在巖石中分部，應(yīng)當(dāng)使注漿孔與巖石呈90度的角。

②注漿材料

為了達(dá)到堵住涌水的目的就使用了 CS漿，C:S=1:(0.4～0.6)(體積比），還是用了強(qiáng)度較高的水泥漿，水灰比0.8:1～1:1的水泥漿較為適宜，可以增加強(qiáng)度，水玻璃模數(shù)2.8，水玻璃濃度35Be/；如果是想要達(dá)到加固周圍巖石的目的，就可以使用沒有任何雜質(zhì)的水泥漿，這樣強(qiáng)度更大。

③注漿順序

注漿的順序也尤為重要，在這項(xiàng)工程中，采用的是從兩邊向中間的區(qū)段進(jìn)行注漿，這是左右結(jié)構(gòu)的注漿方式。上下結(jié)構(gòu)的注漿應(yīng)采用自上而下的方法進(jìn)行注漿。

④注漿工藝：在沒有特殊情況時(shí)，應(yīng)采用將漿液一次性注入的方法。如果漿液的成孔性能差強(qiáng)人意，就應(yīng)該將漿液分成兩個(gè)部分進(jìn)行注入。

⑤注漿壓力

當(dāng)壓力為1.0MPa，使用純壓的方法注漿。監(jiān)測壓力的壓力表應(yīng)當(dāng)進(jìn)漿管的管路上，工作人員在注漿前讀取壓力值，并且根據(jù)壓力表指針的擺動(dòng)坐下詳盡的記錄。

⑥注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

按照順序排在第一順序的漿孔在注入漿液時(shí)，施工人員可以預(yù)計(jì)漿孔何時(shí)注滿，等到注入量達(dá)到預(yù)計(jì)值時(shí)，就可以停止注入；第二孔漿注入時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意壓力值，若注入時(shí)壓力達(dá)到了設(shè)計(jì)的壓力就可以基本減少注入量，最終注入量小于1L/min·m，并維持10min以上，就可以結(jié)束本孔注漿。

⑦注漿效果檢查

注漿結(jié)果的檢查，應(yīng)當(dāng)在注漿完成的七天后，這樣，注入的石灰漿就基本晾干，凝結(jié)，可接受檢測。試驗(yàn)室可采用單點(diǎn)水壓的檢測方法，并且隨機(jī)抽取孔數(shù)的百分之二進(jìn)行檢測，注漿的透水率不可大于 2Lu，孔段合格率應(yīng)在 80%以上，滿足這些條件灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格，如果沒有達(dá)到要求，就應(yīng)該增加鉆孔的數(shù)量。

2.5 結(jié)構(gòu)處置

（1）已施工段落

對(duì)K23+750～+718段（按Z4或Z4j施工段落）部分侵限段進(jìn)行換拱后，二次襯砌采用鋼筋混凝土。

（2）涌水段及掌子面前方

改善隧道斷面的荷載能力，使隧道斷面更優(yōu)，并且結(jié)合抗水壓砌墻的辦法可以避免水壓和來水方向因素對(duì)施工的影響。具體措施為：與普通斷面相比，拱腳小圓半徑由100cm調(diào)整為300cm，仰拱半徑由1500cm調(diào)整為1000cm，仰拱深度由150cm調(diào)整為250cm，改善仰拱受力狀態(tài)。初期支護(hù)鋼架采用I20b@40cm，二次襯砌采用80cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

左洞ZK23+712圍巖具有膨脹性，自由膨脹率達(dá)70，隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮圍巖膨脹性及后期可能出現(xiàn)的水壓力情況，因此該段襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)。優(yōu)化斷面形狀，改善隧道斷面受力狀態(tài)。與普通斷面相比，拱腳小圓半徑由100cm調(diào)整為300cm，仰拱半徑由1500cm調(diào)整為1000cm，仰拱深度由150cm調(diào)整為250cm，改善仰拱受力狀態(tài)。初期支護(hù)鋼架采用I20b@40cm，二次襯砌采用60cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

（六）排水措施

在K23+720靠山側(cè)設(shè)置泄水洞，垂直隧道進(jìn)去6m后沿隧道縱向布設(shè)，確保泄水洞距離主洞距離大于5m，泄水洞斷面2×2.5m，泄水洞內(nèi)設(shè)置泄水孔，排泄地下水。地下水通過泄水洞進(jìn)入中央排水溝排泄。

左洞 ZK23+716-713段右側(cè)邊墻已完成初期支護(hù)段為避免水流長期沖刷拱腳故增設(shè)Φ42泄水小導(dǎo)管，間距1.0m，長4.0m。

3 結(jié)束語

隧道涌水段落的水處理和施工非常困難，遇到復(fù)雜的地質(zhì)情況時(shí)，關(guān)鍵是要根據(jù)情況，從防、排、堵、截等各個(gè)環(huán)節(jié)下手來進(jìn)行綜合。當(dāng)涌水發(fā)生時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ拍茼樌?、安全度過涌水段落。