淺談新疆ABH 某輸水隧洞2#支洞開挖施工中突泥涌水處理技術(shù)

徐 偉

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

輸水隧洞2#支洞工程位于博樂市JH 縣的JH 二級支流JPK 溝內(nèi)，洞口距JH 縣城約65 km。2#支洞為輸水隧洞Ⅳ標(biāo)段的施工支洞，施工范圍為樁號0+000～1+415.269。進(jìn)口高程為1721.413 m（底板頂高程），與主洞交點(diǎn)（K33+200）高程為1210.368 m（底板頂高程），高差為511.045 m。支洞坡度為21.66°（39.7%）,支洞水平投影長度為1415.269 m，中心線斜長為1513.8 m（含平直段132.308 m），凈斷面尺寸（寬×高）為5.6 m×5.7 m。樁號 0+000～0+400 段為城門洞型，0+400 以后為馬蹄型斷面。

2 工程地質(zhì)分析

洞口附近地面高程為1720 m～1890 m，坡高約170 m，坡度為35°～45°，局部邊坡陡峭，地表分布第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）漂卵礫石和坡崩積（Q4dl+col）碎石土及碎塊石。隧洞圍巖為華里西中期侵入的二長花崗巖（ηγ2b-1）：淺紅色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石較堅(jiān)硬；華西里中期侵入的二長花崗巖（ηγ2b-2）：灰白色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石較堅(jiān)硬。

F30 為壓扭性逆斷層，走向NE60°～NE80°，傾向NE，傾角70°，斷層帶寬約10 m，發(fā)育蝕變破碎帶，帶內(nèi)巖石具有全風(fēng)化巖石的性狀，巖石結(jié)構(gòu)面密集，膠結(jié)弱，強(qiáng)度低，局部賦水。

蝕變巖主要沿?cái)鄬印?gòu)造裂隙等結(jié)構(gòu)面發(fā)育，成因主要為汽成堿性熱液蝕變。與原巖比較，蝕變巖密度明顯較小，孔隙率明顯增大，強(qiáng)度低，屬低至極低的耐久性。根據(jù)探洞揭露到蝕變巖的比例16.9%預(yù)測，2#支洞蝕變巖所占比例應(yīng)該相近。且蝕變巖破碎帶屬于強(qiáng)富水區(qū)，施工風(fēng)險(xiǎn)大，以及排水難度較大。

3 施工原則

根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，2#支洞施工必須在可靠超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測、速反饋”的施工原則組織開展施工工作[1]。

1）重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作

由于勘察技術(shù)的限制和地下工程埋深、蝕變巖分布不均勻，并存在裂隙水、承壓水等因素的影響，2#支洞地質(zhì)情況還不能完全確定，因此在隧洞開挖過程中，提前探明隧洞的地質(zhì)情況，以采取相應(yīng)的技術(shù)措施，特別是洞線范圍內(nèi)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)必須充分調(diào)查清楚，掌握隧洞范圍內(nèi)的不良地質(zhì)現(xiàn)象、地下水存在的形式、巖土滲透系數(shù)。所有這些都依賴于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等勘察手段。

2）加強(qiáng)超前注漿

2#支洞洞段地下水主要富集在F30 斷層、蝕變巖破碎帶等部位,屬于富水區(qū)，其他洞段多為弱富水- 中等富水。斷層F30 及蝕變帶附近存在承壓水，巖體破碎帶或泥化，具備產(chǎn)生高壓力、大流量突水、涌砂的地質(zhì)條件；在施工中采取超前預(yù)報(bào)，多點(diǎn)超前探水，注漿堵水，以堵水為主，限量排水的原則進(jìn)行施工[2]。

3）加強(qiáng)監(jiān)控量測、信息化施工

監(jiān)控量測是為了保證隧洞施工安全和順利進(jìn)行、監(jiān)測各階段圍巖和支護(hù)穩(wěn)定狀態(tài)、修正初期支護(hù)參數(shù)、判斷二次襯砌施作時(shí)機(jī)和及時(shí)調(diào)整施工方法的重要手段，亦是保證安全施工、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要條件。特別是對已開挖注漿段的監(jiān)控量測更顯得尤為重要。

4 施工程序及施工方法說明

（1）施工程序

施工程序流程見圖1。

圖1 施工程序圖

（2）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

2#支洞地質(zhì)復(fù)雜多變，蝕變巖分布不均勻，并有承壓水存在，整體隧洞采用動態(tài)設(shè)計(jì)。因此在施工過程中主要采用地質(zhì)雷達(dá)、超前探水相結(jié)合的多步預(yù)報(bào)預(yù)警機(jī)制，構(gòu)成隧洞施工的地質(zhì)綜合預(yù)報(bào)系統(tǒng)，進(jìn)行全洞段覆蓋的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)[3]。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施見圖2。

圖2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施示意圖

（3）注漿施工

構(gòu)造發(fā)育、巖體種類繁多、巖性界面形態(tài)復(fù)雜，易引起坍方和較大涌水，在施工前應(yīng)采取綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段探明前方地質(zhì)情況，在確定破碎體的范圍、性質(zhì)和滲水情況后采用合適的注漿措施有效地控制施工風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，對不同的不良地段采取全斷面帷幕超前預(yù)注漿、局部超前預(yù)注漿、頂水注漿及大管棚、小導(dǎo)管、徑向注漿等方法進(jìn)行止水和加固不良地段。并根據(jù)注漿止水、加固地層的效果，選擇相應(yīng)的開挖支護(hù)方案，確保順利安全施工和快速均衡生產(chǎn)[4]。

1）注漿調(diào)查試驗(yàn)

①超前探孔

經(jīng)過核算2# 支洞最大承壓水壓為2.97 MPa～6.3 MPa（303.3 m×1000 kg/m3×9.8 N/kg÷10-6=2.97 MPa；625 m×1000 kg/m3×9.8 N/kg÷10-6=6.3 MPa）

②涌水量及壓力測試

超前探孔施做時(shí)進(jìn)行涌水量和壓力測試。探水孔鉆探完成后，在探水孔上安裝排水管,用容器提水法或射程計(jì)算法進(jìn)行涌水量預(yù)估；涌水壓力可采用孔口管進(jìn)行測試。預(yù)測該孔總的涌水量和水壓力。掌子面總涌水量通過設(shè)置排水溝進(jìn)行測試。

2）注漿方案選擇

目前根據(jù)輸水隧洞2#支洞工程已經(jīng)開挖揭露圍巖情況，對前方洞段決定采用全斷面超前預(yù)注漿方案進(jìn)行堵水，施工過程中將根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果動態(tài)調(diào)整前方圍巖止水固結(jié)方案。

3）注漿準(zhǔn)備

注漿管路連接見圖3。

圖3 注漿管路連接示意圖

4）超前預(yù)注漿實(shí)施

超前預(yù)注漿施工工藝流程見圖4。

圖4 超前預(yù)注漿施工工藝流程圖

5）注漿結(jié)束與封孔

①灌注水泥- 水玻璃雙液灌漿時(shí)，5 min～10 min 進(jìn)行控制，普通水泥漿當(dāng)灌漿段在設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min，可結(jié)束灌漿[5]。

②灌漿結(jié)束或中途因故障停止灌漿時(shí)，先關(guān)水玻璃溶液，后關(guān)水泥漿泵。

③當(dāng)超前預(yù)注漿全孔灌漿達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)封孔，封孔采用全孔灌漿封孔，孔口部分采用干硬水泥砂漿將鉆孔封填密實(shí)，孔口壓抹齊平。

④每灌漿循環(huán)段在最后一個孔位灌漿結(jié)束后一律待凝4 天，壓水檢查合格后方可進(jìn)行隧洞開挖施工。

6）注漿效果檢查

①每灌漿循環(huán)段灌漿工作按設(shè)計(jì)圖紙工程量完成后，向監(jiān)理人提供該孔的全部鉆、灌工作的原始記錄、全孔每個灌注段的“灌漿過程歷時(shí)曲線”（壓力、吸漿量、漿液濃度變化過程線）、全孔各段壓力試驗(yàn)記錄和灌漿成果柱狀圖以及異常情況處理報(bào)告等資料，以便進(jìn)行質(zhì)量評估，確定檢查孔參數(shù)。

②每循環(huán)段在最后一個孔灌漿結(jié)束待凝4 天后，進(jìn)行檢驗(yàn)。

③檢查孔均應(yīng)采取芯樣，并對芯樣加以描述，巖芯是否保留，應(yīng)根據(jù)其價(jià)值和需要由建設(shè)單位確定。

④進(jìn)行壓水試驗(yàn)，每個注漿洞段檢查孔為1～3 個，檢查孔分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，求其單位吸水量值，透水率小于5 Lu 時(shí)視為合格。

⑤在軟巖、膨脹巖應(yīng)采取水灰比2∶1 水泥漿壓漿檢查注入率小于0.5 L/（min·m）為合格。

⑥不合格孔段進(jìn)行補(bǔ)灌或采用物探手段檢查。

5 保證措施

（1）安全保證措施

1）對突泥涌水，工程部、安保部要根據(jù)本合同段的實(shí)際情況，編制好防止防突泥涌水的安全應(yīng)急預(yù)案。

2）做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，每次循環(huán)進(jìn)尺均要仔細(xì)核對地質(zhì)情況圖，并加強(qiáng)對掌子面的支護(hù)。

3）要按照設(shè)計(jì)文件要求，對富水地段采用超前預(yù)注漿處理加固，施作注漿孔時(shí)，孔口加防突水裝置，防止突泥涌水的發(fā)生。

4）洞內(nèi)配備警報(bào)器，發(fā)生突泥涌水險(xiǎn)情時(shí)用。

5）備足排水設(shè)備，以應(yīng)付突泥涌水[6]。

6）掌子面避車洞內(nèi)配備救生圈、救生衣，防水手電筒的應(yīng)急物資。

7）沿隧洞人行道兩側(cè)設(shè)單道逃生繩。

（2）質(zhì)量保證措施

1）每循環(huán)超前預(yù)注漿前設(shè)置5 m 厚的巖砼導(dǎo)向墻（止?jié){墻），注漿工作面采用噴射混凝土進(jìn)行封閉。

2）每循環(huán)超前預(yù)注漿孔位、孔深嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工。

3）每孔起點(diǎn)段安設(shè)套管，套管與孔壁之間采用麻絲+水泥+水玻璃進(jìn)行填塞。

4）每灌漿循環(huán)段在最后一個孔注漿結(jié)束后需待凝4 天。

5）每循環(huán)段需進(jìn)行壓水試驗(yàn)，每注漿洞段設(shè)檢查孔1～3 個，檢查孔分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，求其吸水量，透水率小于5 Lu 時(shí)視為合格，檢查孔作完壓水試驗(yàn)后一律進(jìn)行灌漿封孔處理[7]。

6）每灌漿循環(huán)段壓水檢查合格后方可進(jìn)行隧洞開挖。

7）不合格循環(huán)段應(yīng)進(jìn)行壓漿補(bǔ)注。