珠海橫琴新區非示范段隧道工程涌水問題防治探討

趙旭榮

（中冶集團武漢勘察研究院有限公司，湖北武漢 430080）

隨著經濟建設的發展，我國許多重要的基礎設施建設開始向地質條件更加復雜的地區發展。尤其是隧道，在施工時由于地域差別，會面臨不同的施工難題，涌水突泥就是其中之一。涌水是指圍巖空隙中的地下水或地表水水源，在壓力的作用下涌出。其中，水量大、來勢猛、突發性強的涌水，又叫做為突水。在施工過程中遇到不良地質情況，如溶洞、暗河、承壓水等，從而引發以水、泥砂迅速涌出的地質災害[1]。涌水既提高了施工的難度，也是地下圍巖失穩、基坑滲透破壞和邊坡塌滑的重要原因。

據施工調查顯示，突發性涌水大多數發生在斷層破碎帶中。而且受施工區域地質水文條件影響，突發性的涌水都具有充分的水源補給，涌水的滲透路徑一般與地表水、地下暗河或者其他水路保持良好的水力聯系。例如中國京廣鐵路大瑤山段隧道施工，地質層有大規模的斷層破碎帶和喀斯特地貌發育段，由于地質檢測未提前監測涌水，施工過程中的保護措施也未及時到位，地下水大量涌出，引發了較大規模的塌方，很大程度上影響了正常的施工[2]。

珠海橫琴新區市政基礎設施BT項目非示范段隧道工程存在不良地質現象，主要為涌水、危巖體和崩崗。本隧址區特殊性巖土主要為風化巖及殘積土。區域內分布的礫質粘性土屬殘積土，花崗巖的結構、成分和性質已產生不同程度的差異，屬風化巖類，具球狀風化特性。殘積土和風化巖在飽和狀態下受擾動后，易軟化、崩解，強度、承載力驟減。因此，珠海橫琴新區市非示范段隧道工程涌水問題的防治有著尤為重要的現實意義。

1 工程概況

珠海橫琴新區市政基礎設施BT項目非示范段隧道工程SD-1、SD-2隧道位于珠海市大橫琴島腦背山南側、深井至新村一帶，島上有環島公路相通，交通條件較為便利。SD-1隧道起迄樁號K4+610～K5+190，長約580m，為雙向四車道連拱隧道；SD-2隧道為雙向四車道小凈距隧道，四洞之間凈距為7～10m，其中左洞平曲線半徑為4800m，右洞平曲線半徑為5000m，長約232m。SD-1、SD-2工程地質平面圖見圖1，工程地質剖面圖如圖2所示。

隧址區地形地貌、地質構造條件較簡單，主要的不良地質現象有崩塌、危巖體及崩崗等，區內地震基本烈度為Ⅶ度，SD-1隧道區域穩定性較好，SD-2隧道區域穩定性一般，而由全—中風化花崗巖組成的場地為Ⅰ類場地，屬對建筑抗震有利地段，無由地震引起的地基失穩、失效的可能，工程地質條件中等復雜，崩塌（滑塌）對隧道施工有一定影響，但不是十分嚴重。

珠海市氣候屬亞熱帶季風氣候帶，氣候宜人，冬無嚴寒，夏無酷暑，日照充足，雨量充沛。歷年平均氣溫為22.5℃。降雨的年內分配集中在夏季，歷年最大降雨量2873.9mm，歷年最小降雨量1200.9mm，多年平均降雨量1950.7mm，4～9月的降雨量占全年降雨量的80%以上，并經常出現暴雨和大暴雨。冬夏風向季節變化顯著，從夏季至初秋一般盛行偏南風，秋季至冬末盛行偏北風或偏東風，臺風登陸風力達8級以上，最大風力可達12級，并常伴隨暴雨和暴潮。

根據區域地質資料，隧址區斷裂構造極其發育，主要有東西向、北東向和北西向3組。距離本擬建隧道區較近的構造斷裂帶有東西向斷裂有馬尿河斷裂I-14、深井斷裂I-15和赤沙大腦南斷裂I-16；北北東向斷裂有三塘山斷裂Ⅳ-34、二婆髻斷裂Ⅳ-35、平山斷裂Ⅳ-36、大坪斷裂Ⅳ-37、環灣斷裂Ⅳ-38、石場西斷裂Ⅳ-39、長形斷裂Ⅳ-40、夾馬口斷裂Ⅳ-41和公仔腦斷裂Ⅳ-4，北西向斷裂有定家灣東斷裂Ⅴ-4。

2 圍巖分級及其穩定性分析

2.1 地形地貌

橫琴島主要由腦背山和赤沙大腦2個山體組成，隧址區為剝蝕殘丘地貌，基底為燕山二期—三期花崗巖。橫琴島主峰位于腦背山，主山脊線沿北東向展布，最高處海拔457.7m，南麓狹長陡峭，坡度45°～60°，北麓寬闊，有兩級夷平面，受后期構造抬升和侵蝕切割，有較明顯的山鞍，脊線多沿北西、南北向展布，峰頂多呈穹隆狀，平緩圓滑，一般山頂和山腳坡度稍緩，中下部較陡，溝谷中等切割，上游多為“V”字型，下游多呈“U”字型。地形坡度一般為20°～30°，局部35°～40°，或有陡崖。坡面植被很發育，森林覆蓋率在90%以上。地形起伏較大，水土保持較好，零星分布花崗巖球狀風化體，大小不等。SD-1隧道位于東西向展布的山脊西端，橫穿山脊。SD-2隧道位于東西向展布的山脊南端。

SD-1隧道在進口段坡頂分布薄層狀礫質粘性土，洞口為高陡臨空面，系原開山修路爆破形成，巖體較破碎，洞口開挖后需要及時進行支護。洞身段局部表層分布薄層礫質粘性土，厚度不大，工程地質特性一般，但與隧道無影響關系。隧道出口段多為基巖出露，穩定性較好，開挖時需及時做好支護措施。SD-2隧道在進口段坡頂表層分布薄層狀礫質粘性土，下伏強—中風化花崗巖，節理裂隙發育，巖體較破碎，洞口開挖后需要及時進行支護；洞身段由于受深井斷裂構造影響，巖體差異性較大，特別是K3+940～K4+135段為主要影響范圍，巖體極破碎，工程地質特性較差，加之該區地表水和地下水較發育，施工時應控制爆破，短進尺、勤支護，做好防排水措施隧道出口段多為基巖出露，自然狀態下穩定性較好，節理裂隙較發育，巖體較破碎。

2.2 圍巖分級

SD-1隧道圍巖有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三種級別，其中隧道進出淺埋地段中風化花崗巖為Ⅳ級圍巖，洞身段中—微風化花崗巖過渡帶為Ⅲ級圍巖，洞身段微風化花崗巖為Ⅱ級圍巖，隧道出口淺埋地段強—中風化花崗巖為Ⅳ級圍巖。

SD-2隧道圍巖有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四種級別，其中進口淺埋地段全—強風化花崗巖和洞身段斷層破碎帶主要影響范圍為Ⅴ級圍巖，洞身段中風化和中—微風化花崗巖過渡帶為Ⅲ級圍巖，洞身段微風化花崗巖為Ⅱ級圍巖，出口段強—中風化花崗巖為Ⅳ級圍巖。

2.3 圍巖穩定性評價

SD-1隧道進口段埋深約0～45.8m，由燕山第三期第一次侵入的橫琴巖體（）組成，巖性主要為強—中風化花崗巖，屬堅硬巖類，節理裂隙發育，巖體呈碎裂結構，層間結合差，透水性強，屬Ⅳ級圍巖，穩定性差。圍巖拱部無支護開挖時圍巖初始應力狀態被改變，進一步加劇卸荷裂隙的擴展，易坍塌，輕者表現為掉塊現象，重者發生大范圍崩塌，需及時進行襯砌支護，以保證其穩定性。隧道出口段埋深約0～43.0m，由強—中風化花崗巖組成，屬堅硬巖類，節理裂隙發育。出洞口基巖出露，巖體呈碎裂結構，層間結合差，主要發育南北及北北東向2組節理，透水性強，屬Ⅳ級圍巖，穩定性差。地下水較貧乏，下雨時可見淋雨狀或涌流狀出水。圍巖拱部無支護開挖時圍巖初始應力狀態被改變，進一步加劇卸荷裂隙的擴展，易坍塌，輕者表現為掉塊現象，重者發生大范圍崩塌，需及時進行襯砌支護，以保證進口段邊坡穩定性。SD-1隧道隧址區內無斷層與洞身段相交，據區域地質資料，橫琴島構造線多呈NE-SW向發育，據此推測區內最大水平主應力方向呈SE-NW向，與SD-1隧道軸線呈小角度相交，對隧道穩定性影響較小。

SD-2隧道進口段埋深約0～34.5m，由燕山第三期第一次侵入的橫琴巖體（）組成，巖性主要為全—中花崗巖，屬堅硬巖類，巖體節理裂隙發育，呈碎裂結構，層間結合差，透水性強，屬Ⅴ級圍巖，自穩能力差。圍巖拱部無支護開挖時易坍塌連通地表水體，造成隧道涌水。隧道出口段埋深約0～51.6m，由強—中風化花崗巖組成，屬堅硬巖類。出洞口基巖裸露，巖體節理裂隙較發育，呈碎裂結構，層間結合差，主要發育東西及北北東2組節理，透水性較強，屬Ⅳ級圍巖，穩定性較差。據現場調查，出口段見季節性流水，地下水較貧乏，雨時可見淋雨狀或涌流狀出水。出口段圍巖拱部無支護開挖時，圍巖初始應力狀態被改變，進一步加劇卸荷裂隙的擴展，拱頂易坍塌，甚至連通地表水體，造成隧道涌水。據區域地質資料，橫琴島構造線多呈NE-SW向發育，據此推測區內最大水平主應力方向為SE-NW向，與SD-2隧道軸線呈大角度相交，對隧道穩定性不利。

3 隧道涌水問題防治

3.1 涌水問題

根據鉆孔壓水試驗及地層巖性分析，K3+940～K4+135段正常涌水量為312.0m3/d，最大涌水量為1405.2m3/d，發生涌水、突水的可能性較大，其與山頂望天臺水庫及地表沖溝水體具有一定的水力聯系。根據《鐵路工程水文地質勘察規程》(TB10049-2004)對SD-2隧道涌水災害嚴重等級進行打分判別，打分判別見表1。根據評分結果，若隧道沒有進行防水措施，總分為4.08，隧道涌水級別屬于A級，隧道涌漏水甚大，或突然涌水或泥砂大量涌出；若隧道進行襯砌等防水措施，為3.63，隧道涌水級別屬于B級，隧道涌漏水較大或泥砂涌出。

表1 SD-2隧道涌水災害嚴重等級判別打分表

3.2 隧道涌水預測

隧址區屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，多年平均降雨量1950.7mm，降雨多集中在夏季。SD-1隧道位于橫琴島西部，隧址區地下水主要以風化基巖裂隙水為主，賦存于花崗巖風化裂隙帶和基巖構造帶中，受賦存巖體裂隙發育程度影響較大，具明顯各向異性。由于SD-1隧道穿越地層巖性單一，水文地質單元及相關參數變化小，經過區域地層主要為中—微風化花崗巖，主要的地下水類型為基巖裂隙水，基巖裂隙水賦存于花崗巖風化裂隙帶中，具明顯的各向異性特點。SD-1隧道基巖裂隙水量不大，隧道不存在涌水、突水問題。

SD-2隧道位于橫琴島南部，隧址區地表水主要以沖溝內流水為主，地下水主要以風化基巖裂隙水為主，賦存于花崗巖風化裂隙帶和基巖構造帶中，受賦存巖體裂隙發育程度影響較大，具明顯各向異性。SD-2隧道雖然穿越地層巖性較單一，但由于受深井斷裂構造影響，水文地質單元及相關參數變化產異性較大，隧址區水文地質條件相對較復雜。SD-2隧道經過區域地層主要為強—微風化花崗巖，主要的地表水為山間沖溝溪水，接受大氣降水和地下徑流補給，水量隨季節變化較大。主要的地下水類型為基巖裂隙水，基巖裂隙水賦存于花崗巖風化裂隙帶中，具明顯的各向異性特點。由于深井斷裂與隧道小角度相交，交匯處及其斷裂影響范圍內巖體極破碎，根據山頂望天臺水庫處地質情況及隧道沿線沖溝內常年有水推測在兩者交匯處一定范圍內發生涌水、突水的可能性較大。

3.3 涌水問題防治方法

SD-1隧道南北兩端洞口均陡直，具崩塌潛勢。地表水及地下水不發育，隧道開挖時洞口淺埋段涌水量不大，但洞身可能會有漏水或淋雨現象，需做好排堵措施。SD-2隧道東西兩端洞口及洞身均有危巖體存在。地表水及地下水豐富，隧道開挖時進口段位于沖溝泄洪口，雨季施工時水量較大，必要時設置防洪設施。洞身由于受構造影響，K3+940～K4+135段可能會發生涌水、突水可能，其它地段可能會有漏水或淋雨現象，需做好排堵措施；出口段位于沖溝泄洪處，但規模較小，水量有限，只需做好必要的防范措施進行疏導即可。通常，隧道涌水災害具體的防治措施主要為以下3點：

（1）地質監測預報。涌水、突水問題的發生具有一定的突發性，為施工人員預留的搶救時間有限，但是要精確預估發生隧道涌水的時間、方位，還是會受到技術條件的限制。為保證施工的順利進行，應合理利用工程地質勘察技術。洞內外地質調繪、物探、地質鉆探等方法都是確定涌水地層空間分布與物理化學性質、水文條件、富水特征和水文參數的有效方法[3]。

（2）施工防水法。在隧道施工時設置排水盲溝、排水通道及集水槽，將水流引入地下水系中。同時應注意施工縫的施工操作，防止施工縫作為涌水的突破口影響正常的隧道施工。施工縫應采用BW型遇水膨脹止水帶止水，水平向鋪設1層25～30mm混凝土與混凝土強度等級相同的水泥漿，防止止水帶變形，確保施工縫處的強度；加強振搗豎直向止水帶兩邊混凝土，鋪設防水板，保證施工縫混凝土密實[4]。

（3）災害實時搶救。涌水災害的治理總體方案為“引流、限流”。①引流——將涌水、突水的水流引至自然地下水系中，這樣既能使工作面施工平穩進行，又能保護自然水系的流動。②限流——保證涌水、突水的水量在可控范圍內，可對涌水部位采取噴射混凝土的方式控制水流量，這樣來控制突發性的涌水災害[5]。

4 結論

（1）市政基礎設施BT項目非示范段隧道工程SD-1、SD-2隧道位于珠海橫琴新區市，本隧道區存在不良地質現象，主要為涌水、危巖體和崩崗。

（2）隧道圍巖的穩定性評價顯示，SD-1出洞口巖體呈碎裂結構，層間結合差，透水性強，穩定性差。SD-2出洞口巖體節理裂隙較發育，呈碎裂結構，層間結合差，透水性較強，穩定性較差，出口段見季節性流水，雨時可見淋雨狀或涌流狀出水。施工中應提高對隧道涌水的防治。

（3）隧道涌水災害具體的防治措施主要有地質監測預報、施工防水法和災害實時搶救。涌水災害因其具有突發性，因此應防范與治理相結合，動態監控，并加強施工質量，保證隧道施工的順利進行。