針對隧道突涌水處理施工技術(shù)研究

(中鐵開發(fā)投資集團(tuán)有限公司東格指揮部 云南 昆明 650000)

一、工程概況

熱水河隧道是昆明繞城高速東南段B2-2工區(qū)的控制性工程，隧道右幅(K78+880～K80+775)長1890米，其中Ⅴ級圍巖224米，Ⅳ級圍巖660米，Ⅲ級圍巖960米，涌水處K79+638屬于IV級圍巖，設(shè)計圍巖巖性為淺灰、灰白色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，強～中風(fēng)化，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎石狀，設(shè)計支護(hù)類型為SF4a。

二、涌水情況與發(fā)生過程

2015年12月8日晚，熱水河隧道右幅進(jìn)口K79+638上臺階準(zhǔn)備開挖，掌子面A單元右側(cè)拱腳及隧中出現(xiàn)了涌水，涌水處水頭最大一處直徑約有50cm，涌水壓力較大，不時有巖體掉塊、沖出大量泥石，短時間內(nèi)上臺階積水深度就達(dá)到了0.8米左右。工區(qū)緊急疏散施工人員后，調(diào)用挖掘機和抽水泵進(jìn)行排水，12月9日早晨排涌水基本趨于正常，經(jīng)測定日涌水最大流量達(dá)到35000，對掌子面噴射C25混凝土進(jìn)行封閉。

12月10日經(jīng)四方現(xiàn)場察看，為保證隧道施工安全，決定暫停隧道開挖，繼續(xù)對涌水情況進(jìn)行觀察，做好流水量記錄，對隧道周圍地表進(jìn)行勘察，由第三方檢測單位采用TSP地質(zhì)超前預(yù)報對隧道前方情況進(jìn)行探測。12月15日后涌水量基本穩(wěn)定在10.85，水量暫無減小趨勢，通過對地表勘察發(fā)現(xiàn)，隧道和山體擦沖溝平行而行，地表水和山體無明顯變化，TSP地質(zhì)超前預(yù)報確定掌子面前方100m范圍內(nèi)無溶腔水。

三、涌水成因及分析

(一)隧道涌水?dāng)嗝媾c塌腔的位置關(guān)系

風(fēng)隧道涌水?dāng)嗝媾c塌腔的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 隧道涌水?dāng)嗝媾c塌腔位置關(guān)系圖

(二)隧道涌水處的巖性分析

隧道涌水處巖性為泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖或泥巖，薄層狀，節(jié)理發(fā)育，層間結(jié)合差，巖層擠壓扭曲嚴(yán)重，涌水沖刷出水點周圍軟弱圍巖，導(dǎo)致隧道右側(cè)邊墻處形成一個高度13m，平均寬度8m，長度38m的巨大塌腔，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報及現(xiàn)場勘查，判定涌水段圍巖類別為Ⅴ級，在排水的同時加強支護(hù)，采取有效措施穩(wěn)定巖體。

(三)隧道涌水水體分析

隧道水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶地下水發(fā)育，涌水主要為基巖裂隙水和管涌水，水量變化受季節(jié)影響較小，出水點存在隨隧道掘進(jìn)轉(zhuǎn)移、改變流向的可能性，水的處理應(yīng)以排泄為主。出水點“1”流向是從洞頂?shù)淖髠?cè)流出，不排除隧道右幅出水點“1”管路和左幅隧道連通的可能，防止左幅掘進(jìn)面涌水。

四、隧道水涌綜合處理方案

(一)水涌坍塌技術(shù)處理方案

通過對熱水河隧道水涌處的巖性分析、水體分析、以及坍塌位置關(guān)系，擬采用以下7個方案措施對水涌處進(jìn)行施工。分別為：

(1)在隧道水文地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，涌水采用“以排為主、堵排結(jié)合、穩(wěn)固圍巖、確保安全”的處理原則。

(2)隧道右幅上臺階涌水集中引流，詳細(xì)測定隧道涌水量，為隧道永久排水方案設(shè)計提供依據(jù)。加強超前地質(zhì)預(yù)報、監(jiān)控量測頻次和數(shù)據(jù)處理。

(3)掌子面向后30m已施工初支起拱線范圍內(nèi)，采用4mφ42mm注漿小導(dǎo)管進(jìn)行加固。

(4)隧道右幅涌水沖刷形成的塌腔，先在涌水點埋設(shè)管道進(jìn)行引流，再在涌水塌腔口子處設(shè)置止?jié){墻，然后對塌腔采用泵送C20混凝土進(jìn)行填充，加固部分軟弱圍巖。塌腔填充高度高于設(shè)計開挖拱頂2m，填充完成后在填充頂面吹沙2m。

(5)隧道右幅改為三臺階施工，掌子面向前20范圍內(nèi)圍巖支護(hù)，由原設(shè)計SF4a調(diào)整為SF5b型支護(hù)。

(6)隧道左幅掌子面打超前探水孔，探明前方地質(zhì)情況的同時進(jìn)行泄水。隧道圍巖支護(hù)調(diào)整為SF5a型支護(hù)形式。

(7)隧道左右幅仰拱二襯加快施工進(jìn)度，減小施工步距確保安全。

(二)隧道左幅施工處理方案

隧道左洞掌子面按孔徑φ108mm，水平距離距開挖輪廓線1.5～3m,外插角3～5度，每孔探水段長30米，開挖25m，探水孔搭接5m打設(shè)超前探水孔，直至無水為止。超前探孔不僅可以探測前方圍巖狀況，同時也可起到排水作用。

目前隧道左幅掌子面有小股滲水，通過φ800mm的鋼管引排到二襯范圍內(nèi)。超前支護(hù)調(diào)整為雙層超前小導(dǎo)管(具體參數(shù)依據(jù)設(shè)計通用圖)，支護(hù)類型由SF4a型襯砌支護(hù)變更為SF5b型襯砌支護(hù)，洞身開挖工法采用預(yù)留核心土三臺階法開挖，同時加快仰拱及二襯施工，減小施工步距，確保施工安全。

施工要點：(1)超前探孔打設(shè)時要控制好打設(shè)角度和位置，專人進(jìn)行鉆孔情況記錄。(2)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙支護(hù)參數(shù)施工，控制好施工步距。(3)圍巖滲水點初支背后要埋設(shè)引水管。

圖2 隧道左幅超前探孔布置示意圖

(三)隧道洞口排水系統(tǒng)

隧道洞口外為一段長180m的高邊坡填方路基，洞內(nèi)涌水流入路基影響填方施工，隧道左右幅大量涌水通過洞內(nèi)處理方案引至洞口，在洞口外施工一條1.0×1.5m貫通隧道左右幅的臨時排水溝，施工車行部位埋置直徑φ1000mm的鋼筋混凝土排水管，將涌水引出路基外的棄土場。

(四)洞內(nèi)涌水?dāng)?shù)量監(jiān)測

監(jiān)測隧道左右幅涌水量的變化，為隧道內(nèi)永久性排水系統(tǒng)設(shè)置提供數(shù)據(jù)支持，使隧道排水方案更加經(jīng)濟合理，在洞口主排水溝內(nèi)安裝一臺智能電磁流量計，對洞內(nèi)涌水量分左右幅，分時段、分雨旱季、較長時間的進(jìn)行監(jiān)測統(tǒng)計，做好數(shù)據(jù)記錄，供設(shè)計單位參考。

五、結(jié)論

本文所擬定的水涌坍塌處理技術(shù)方案經(jīng)實踐證明對熱帶河隧道水涌處理效果顯著，且本方案不僅適用于熱水河隧道涌水段，而且可供類似隧道工程施工中遭遇不良地質(zhì)地段，出現(xiàn)大量涌水，大塌腔等綜合處理借鑒經(jīng)驗。