1 工程概况
毛坝1号隧道出口段洞内地下水极其发育, 2008年3月14号左线施工至F8断层附近ZK297+640出现大量涌水, 平均每小时涌水量为660m3/h, 由于涌水发生非常突然, 至3月20日, 隧道涌水淹没区860m, 到洞口只有50m, 隧道左线通过20m涌水塌方段以后, 进入连续的ZK297+624～+462段162m大型涌水带。2008年5月18日右线进入F8断层涌水带 (里程:YK297+625) , 涌水量约400 m3/h;2 008年7月24日右线进入YK297+492～YK297+350段143m大型涌水带;2008年10月31日, 隧道右线YK297+293掌子面钻孔施工时突然出现特大高压涌水, 进入右线YK297+303～YK297+000段303m特大高压、大型涌水带, 经推算掌子面前方最大水压力超过4.0MPa以上, 涌水量超过1 1 0 0 m3/h。2 0 0 8年1 2月2 0日, 隧道左线ZK297+290掌子面钻孔施工时突然出现特大高压涌水, 涌水压力约4MPa, 总涌水量超过900m3/h, 掌子面围岩破碎, 裂隙水非常发育, 已进入右线左线ZK297+295～ZK297+040段255m特大高压、大型涌水带。
MC2自2007年2月进洞约50m后隧道出现多次涌水, 2008年3月份后隧道左右线相继进入到连续的特大涌水段, 左右线合计共发生大型涌水40次, 累计1200余米, 占期间施工长度的73%, 期中最大涌水压力4MPa, 最大日涌水量30000m3/d, 施工累计抽排水2490万m3, 是设计该段涌水量的37倍。
2 涌水原因分析
隧道区大地构造部位处于秦岭南部大巴山褶皱区, 大巴山背斜为主体褶皱, 也是区内最大褶皱, 总体构造形迹展布方向为北西西向。隧道处于高滩～兵房街褶皱束的南西翼。隧道区内发育有8条断裂, 主要沿软质岩与硬质之间分布, 为F1、F4、F5, 构造岩表现为挤压、揉皱;其次发育于硬质岩之间, 为F2、F3、F6、F7、F8, 构造岩表现为碎裂岩化、角砾岩化。断层走向呈NWW向展布, 造成岩体的不完整, 对隧道施工有不利影响。
毛坝1号隧道出口端频发的涌水大部分位于倒转背斜核部 (K297+100～K297+800) , 从构造上来看, 背斜核部具有发育的“二次纵张节理”而富水, 形成地下水径流带和轴向一致的基岩裂隙带;地形上该背斜核部地表有洼沟, 形成有利于地表水的汇聚, 洼沟里雨季有流水, 补给地下水径流带;另外此段内分布了F6、F7、F8三条断裂破碎带, 断裂构造岩表现为碎裂岩化、角砾岩化, 富含构造裂隙水。由于以上地质构造特点造成了毛坝1号隧道出口端涌水量大, 并且存在连续性特点。
3 治理措施基本原则
针对这两段特大高于涌水带, 安川高速公路建设管理处组织多方隧道专家多次实地勘察、讨论一致认为:毛坝1#隧道断层、基岩裂隙涌水大多从岩石裂隙流出, 可以推断由于断裂构造影响, 围岩渗透性增强, 沟谷中的水下渗到断裂影响袋内, 使大量地下水聚集在内, 隧道开挖后的临空面在富水区形成一个排放通道, 这是隧道连续出现大面积涌水的主要原因。同时认为虽然该隧道水文地质复杂, 但涌水主要为地下构造水和基岩裂隙水, 无地表稳定水源补给, 以大气降水补给为主, 根据该隧道涌水这一特点确定涌水治理遵循“先堵后排、堵排结合、限量排放、综合治理”的总体原则和“注浆堵水、以堵为主、限量引排、加固断层破碎地带”的施工方案, 既防止支护背后静水压力过大造成衬砌结构破坏, 确保了施工安全, 又杜绝了山体内地下水的过度排放, 避免对地表植被及居民用水产生影响, 同时加快了施工进度, 节省了投资, 具体工程措施如下。
(1) 加强超前地质预报:采用目前最先进的TSP203系统预报前方围岩情况, 在施工时采取超前探孔和超前炮孔的方法更直观揭示前方地质及涌水情况。
(2) 超前预注浆止水:在涌水段拱部超前和掌子面局部打设超前小导管, 预注双液浆加固前方围岩封堵部分涌水。
(3) 对涌水段初期支护各项参数提高一个等级, 系统锚杆改成系统注浆小导管, 注浆进一步加固周壁围岩封堵涌水, 喷射防水混凝土, 加强围岩观测力度, 防止涌水压力造成初期支护变形甚至垮塌。
4 施工治理施工工艺及质量控制要点
4.1 施工临时排水
由于毛坝1#隧道涌水段均位于MC2标施工区段内, 属反坡施工, 必须做好排水, 才能保证工人进至掌子面正常施工同时保证施工安全, 具体措施是:洞内采取两级排水方式, 一级排水设置活动泵站, 二级以上排水设置固定泵站。一级泵站位于一级集水坑处, 位置跟随掌子面逐步前移, 因施工造成积水污浊, 所以采用污泥水泵, 水泵排水能力为总涌水量的2倍以上, 并且预备应急污泥水泵和管路, 预防涌水突然增大和防备水泵损坏。二级泵站位于二级集水坑处, 集水坑储水量应大于100m3, 保证有一定的蓄水能呢, 二级泵站采用大流量、高扬程清水泵, 水泵排水能力为总涌水量的2倍以上, 并且一台作为备用, 排水管路根据水泵台数设置, 将管路铺设在隧道一侧, 管路采用Ф200mm钢管, 排水管路应有1条正常闲置, 作为应急保证, 同时高压风管也可以作为突发涌水排水管。当二级泵站与一级泵站距离过大, 本隧道采用超过300m时, 即将二级泵站前移。洞内排出的污水要经过洞口污水处理池净化后再排入河沟内。
4.2 注浆堵水
注浆堵水的核心思想是“大堵小排, 限量排放”, 根据超前水平钻孔资料和分流孔减压情况, 制定超前注浆加固和堵水方案。浆液均为水泥—水玻璃双液浆, 一般情况下, 注浆压力高于实测水压力1.0MPa, 注浆终压为2倍的实测水压力, 注浆前必须先进行注浆实验, 根据水压确定双液浆配合比, 实际钻孔深度应大于设计孔深5cm, 注浆顺序为由两端无水处向中间水多处进行, 最终注浆压力应确保注浆扩散半径满足设计要求。
(1) 超前支护:实际施工时对掌子面水量集中部位进行局部超前预注浆固结围岩, 同时达到一定止水效果, 孔口管采用Φ50×4mm热轧无缝钢管, 注双液浆或化学灌浆 (对个别被冲刷掏空的裂隙带, 可先压注水泥浆填充, 形成强度后再次压注双液浆) , 长度为6m, 间距150×150cm, 纵向排距3m。涌水段全断面布置超前小导管加固拱周软弱围岩, 超前小导管采用Φ50×4mm热轧无缝钢管注双液浆, 长6m, 环向间距40cm, 外插角15°, 纵向排距3m。如果围岩在Ⅴ级以上另外在涌水段拱部再布置一层超前小导管封堵涌水并固结围岩, 超前小导管采用Φ50×4mm热轧无缝钢管注双液浆, 长6m, 环向间距40cm, 外插角45°, 纵向排距3m。围岩达到固结效果实施掘进施工涌水段隧道围岩的支护参数应根据涌水大小提高1～2个级别, 增加初期支护排水半管数量, 在涌水集中处加密。
(2) 初期支护:涌水段初期支护系统锚杆均改为径向小导管, 小导管采用Φ50×4mm热轧无缝钢管注双液浆, 长度为3.5m纵环向间距为50×100cm, 小导管严格按照垂直岩面的角度打入, 增加注浆效果。初期支护施做完成后在水量集中水压大的部位增设导管, 加强注浆, 有针对性封堵, 起到良好的效果。
4.3 排水
在注浆堵水的基础上, 进一步加强排水, 主要措施是根据渗漏水点增加排水半管数量, 对集中漏水点进行打孔引水打孔深度不小于2m, 排水半管必须严格引至边墙纵向排水管, 通过隧道排水系统排出洞外。在铺设复合点粘式防水板之前, 必须对初期支护进行中间交工验收, 要求初期支护表面做到不漏水、基本不渗水。
5 结语
对隧道涌水处理前, 必须详细调查隧道区域范围地质构造及水文地质条件, 特别是地表水的补给及地下水补给和储存条件, 应采用“以堵为主, 堵排结合、限量排放, 加强防水”的综合治理原则, 注浆施工时, 应根据实际涌水情况严格注浆顺序, 严格注浆压力, 严格注浆效果检查。
摘要：论文分析了毛坝1#隧道断层、基岩裂隙涌水的特点, 确定涌水治理遵循“先堵后排、堵排结合、限量排放、综合治理”的总体原则和“注浆堵水、以堵为主、限量引排、加固断层破碎地带”的施工方案, 既防止支护背后静水压力过大造成衬砌结构破坏, 确保了施工安全, 又杜绝了山体内地下水的过度排放, 避免对地表植被及居民用水产生影响, 同时加快了施工进度, 节省了投资。
关键词：隧道涌水,治理施工技术
参考文献
[1] 中交第二公路勘察设计院.毛坝1#O隧道设计文件[S].
[2] 毛华荣, 等.白鹤隧道涌漏水处理[J].公路, 2008 (10) .
[3] 马晓辉, 等.山岭隧道反坡长大涌水带快速掘进施工工法[EO/BL]http://www.cr18g.com/Article_Show.asp?ArticleID=3662, 2010-03-18/2010-05-30.