某隧道穿越水庫施工技術研究

孫方島,張立軍,袁新順

(1.中交二航局第五工程分公司，武漢 430040；2.中交二航局建筑科技有限公司，武漢 430040；3.海工結構新材料及維護加固技術湖北省重點實驗室，武漢 430040)

穿越水庫及富水軟弱破碎帶施工是隧道施工的技術難題。地下水豐富和圍巖斷層軟弱破碎，都是隧道掘進中非常不利的條件，二者同時具備的隧道，施工難度將會成倍增加，也使施工質量存在病害，并使穿越地段的地下水流失，影響水庫安全及周圍居民的生產和生活用水[1]。隧道注漿堵水的方式一般可分為超前預注漿、徑向注漿、局部注漿和補強注漿四種[2]。經驗表明，處理好地下水，才能保障施工和隧道運營安全，防止出現涌水現象，避免地下水資源遭破壞，才能防止地表生態環境惡化，從而節約成本，增加效益[3]。

1 工程概況

山海高速暢好隧道位于海南省五指山境內，為進口小凈距，出口及洞身分離式隧道，屬長隧道。左線起訖樁號ZK22+723～ZK23+975，長1 252 m，隧道最大埋深約95 m，位于ZK23+620處；右線隧道起訖樁號YK22+730～YK24+050，長1 320 m，隧道最大埋深約103 m，位于YK23+630處。

施工區內地表水系較發育，隧道進出口端坡下為魚塘、小溪流，YK23+200右側有一水庫，水庫長約100 m，寬約60 m，大壩長約80 m，高約8.0 m，枯水期水深1.0～4.0 m，豐水期約為枯水期3～5倍，常年有水流，壩體為片石混凝土結構，壩頂過道為漿砌體。暢好隧道右線開挖邊線右側與水庫壩體最小距離約10.2 m，最大距離為42 m，整體呈斜交。隧道YK23+130～YK23+140段埋深最淺約20 m，下穿水庫段施工主要影響范圍為右洞YK23+080～YK23+250段。

2 圍巖情況

暢好隧道YK23+090～YK23+170段為低阻異常區，圍巖主要為強、中風化花崗巖，巖石破碎富水，裂隙發育，自穩性差，圍巖縱波速度Vp=2 510～3 480 m/s，巖體完整性系數Kv=0.55，巖石飽和抗壓強度Rc=30.0 MPa，圍巖分級為Ⅳ級。地下水水量較小，雨季水量大。開挖易變形坍塌，有滲漏水現象，需進行加固補強，及時做好支護和防排水工作，水庫水對隧道的施工開挖有較大的影響。

3 總體施工方案

加強洞內超前地質預報，結合超前探孔、TST測試、地質雷達、紅外探水等多種手段探明地質斷層及巖石破碎帶的位置、富水情況；嚴格控制爆破，采用短進尺、多打眼、少裝藥的措施，減少振動對水庫大壩影響，加強監控量測，對水庫大壩進行監測，包含水位、壩體裂縫觀察、沉降、位移、爆破振動等[4]。為加固破碎巖體，封堵涌水，防止發生突水、突泥、塌方等安全事故，采用注漿堵水的方法封閉裂隙，以減少洞內涌水量，阻止地下水的流失，必要時對水庫蓄水進行抽排水至無水狀態施工。

4 處理措施

4.1 超前帷幕注漿堵水

當隧道開挖至YK23+080掌子面時，圍巖為中～強風化花崗巖，巖層節理發育，巖層較破碎，掌子面涌水較大，超前探水鉆孔測定單孔流量在3.2～4 m3/h，總出水量>15 m3/h，需進行注漿加固圍巖，防止突泥、涌水，避免發生事故。

1)注漿孔布置

隧道YK23+080～YK23+200段設計4循環超前帷幕注漿加固圍巖，每循環設3環共58個注漿孔，1#環布設20個注漿孔，孔深12 m；2#環布設20個注漿孔，孔深20 m；3#環布設18個注漿孔，孔深30 mm，注漿孔掌子面以隧道中軸傘狀布置。注漿孔布置如圖1所示。

2)注漿材料

注漿材料采用水泥-水玻璃雙漿液，配合比在實際施工中根據巖體條件調整。水泥∶水玻璃(體積比)=1∶(0.6～1.0)，水泥漿水灰比0.8∶1～1∶1，水玻璃模數2.6～2.8，水玻璃濃度35°Be′，注漿壓力0.5～1.5 MPa。各項參數均需試驗驗證，并根據隧道涌水量及圍巖裂隙情況選用合理參數。

3)配合比試驗

根據注漿堵水方案，工地試驗室進行了注漿水泥-水玻璃雙漿液配合比試驗，并確定了雙漿液膠凝時間。試驗材料選取的硅酸鹽水泥和水玻璃按一定比例配成兩種配合比分別用兩臺注漿泵同時注入。

試驗溫度為24 ℃，基本與洞內溫度一致。試驗目的是取得雙漿液膠凝時間，選定適宜的水泥/水玻璃配合比。該配合比既要滿足雙漿液的使用要求，如膠凝體強度、初凝時間、可注性，又要經濟、耐久、環保，施工操作人員能夠完成操作。根據圍巖的巖性及節理發育情況，確定雙漿液膠凝時間為4分30秒(初凝時間過長或過短，都會影響堵水效果)，可加入適量緩凝劑(磷酸氫二鈉)來控制，具體試驗結果如表1所示。

表1 暢好隧道雙漿液配合比試驗數據

4)注漿孔的鉆進

孔口管開孔直徑115 mm，長3 m，后面部分采用φ75 mm鉆頭鉆進。孔口管采用φ108×4 mm無縫鋼管，孔口外漏20～30 cm，用沾有CS膠泥的麻繩固定孔口管。鉆孔由外向內，同一圈孔采取跳孔施工。為防止串漿，鉆進順序應按照上、中、下、左、右孔分別錯開，長短孔錯開。挖孔口段安裝3 m套管，每鉆進5～7 m開始注漿，注漿達到設計效果后開始下一階段鉆孔注漿，最后將長壓注漿管插到預定位置，提高底部壓注效果和壓注效率。

5)注漿施工工藝

注漿前，進行試泵、管路調試及壓水試驗。通過試驗，測定巖體相對透水性，掌握裂隙發育程度，為注漿泵及注漿參數的選擇提供參考。選用雙液注漿泵，注漿參數見表2。

表2 注漿參數表

6)注漿結束標準

注漿結束后，總涌水量小于2 m3/h且有一孔出水量小于0.6 m3/h，方可結束注漿。從隧道挖掘情況檢查注漿質量，及時調整注漿參數，如不滿足設計要求，進行二次注漿。

4.2 爆破控制方案

超前地質預報采用地質雷達結合紅外探水、超前探孔、TST測試，查明掌子面前方35 m圍巖情況和地下水分布狀況，為圍巖級別判定提供依據，并測量地下水涌水量[5]。本次探水鉆孔布設6個孔，完成探孔210.8 m，獲得了掌子面前方35 m及周邊6 m區域內圍巖的巖性、節理構造及富水情況。

掌子面前方及隧道輪廓外延巖體較破碎，裂隙張開度較大，巖性為中風化花崗巖夾強風化巖，巖質偏軟，[BQ]=257.5，單孔涌水量一般在3.2～4 m3/h。針對超前地質預報結論，采取如下措施控制爆破：

1)超前支護

增設超前錨桿支護，采用Φ22藥卷錨桿，縱向搭接長度大于1 m，長度L=4.5 m，環向間距40 cm，沿輪廓線以12°外插腳打入圍巖。

2)進行光爆試驗，根據試爆結果規定單次掘進進尺和光爆參數。結合地質情況，穿越水庫段采用兩臺階開挖，單次開挖進尺控制在1.2 m，周邊眼間距控制在40 cm以內，堅持多打眼、少裝藥，以減少對圍巖擾動和壩體振動影響。

3)加強洞內監控量測和水庫水位及壩體沉降、位移、爆破振動監測，水庫水位有異常，則立即查明原因，若是隧道開挖后涌水造成，則要立即根據實際情況，采取超前帷幕注漿封堵涌水；加密洞內監控量測點布設(5 m一個斷面)，加大量測頻率(8 h/次)，如有異常立即采取應對措施；根據《爆破安全規程》(GB6722—2014)，考慮到大壩年代較久(建成20年)，規定爆破振動安全允許振速為2 cm/s，減小爆破對隧道洞頂巖體破壞。

5 結 語

針對暢好隧道下穿水庫及破碎透水帶施工時帶來的安全隱患，研究制定了隧道超前帷幕注漿堵水及爆破控制方案，嚴格按照“弱爆破、短進尺”原則，強化洞內監控量測、加大壩體爆破振動和水庫水位監測以及大壩的日常巡視。經過一系列措施的實施，暢好隧道的整個施工過程中，水庫水位未見明顯下降，壩體無裂縫及沉降、位移，洞內未發生任何險情，表明暢好隧道安全、順利地通過水庫段施工。