巖溶地區(qū)隧道涌水治理技術(shù)
2016-10-21
1、工程概況
某高速公路為雙向四車道，左線長1280m，右線長1315m，隧道開挖斷面寬約12.5m，高約9.8m。隧道橫穿山脈，埋深約150～220m，場(chǎng)地屬低山丘陵區(qū)?？扇軒r與砂、泥巖相間分布。地表地貌多成槽谷凹地，巖溶發(fā)育，有利于地表水匯集。
2、涌水觀測(cè)及分析
隧道在施工過程中出現(xiàn)溶洞及涌水，勘察對(duì)象：1）對(duì)隧道周邊地表進(jìn)行大范圍勘察，內(nèi)容包括地表基巖的出露部分、地形地貌、地表水的流向等；2）詳細(xì)探測(cè)洞內(nèi)圍巖的巖性及涌水的流量；3）對(duì)洞內(nèi)出現(xiàn)的溶洞及其涌水進(jìn)行詳細(xì)測(cè)繪量測(cè)。施工發(fā)現(xiàn)，在隧道右線開挖到DK10+205處，揭露的巖層為巖溶角礫巖、褐黃色薄層狀強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r、黃泥互層，進(jìn)洞左側(cè)拱腳至右側(cè)拱腰有一溶洞，與隧道軸線呈30°交角，開挖過程中有多股涌水，流量約18L/s。在初期支護(hù)穩(wěn)定后的15d內(nèi)，其實(shí)測(cè)涌水量約15L/s。在DK10+348處，巖層為灰?guī)r、泥巖互層，在掌子面下側(cè)又突發(fā)涌水，實(shí)測(cè)涌水量約為2580 m3/d，但利用超前鉆孔探水及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)發(fā)現(xiàn)，掌子面前方無大規(guī)模涌水。綜上所述，本隧道溶洞及涌水情況為：①巖溶為各自獨(dú)立溶洞，其間無聯(lián)絡(luò)通道相聯(lián)系，且無地下暗河；②地表水塘蓄水與洞內(nèi)溶洞水無明顯補(bǔ)給關(guān)系，溶洞內(nèi)的含水系與該溶洞周邊圍巖構(gòu)造裂隙有關(guān)，地表水在一定范圍內(nèi)與各溶洞有補(bǔ)給關(guān)系；③隧道內(nèi)溶洞所含填充物，其性狀多為多年累積的泥砂，有一定的粘結(jié)力，不透水。
3、治理措施
隧道的施工中考慮的治理措施：1）當(dāng)涌水量不大、涌水類型為基巖裂隙水時(shí)，在長段落范圍內(nèi)進(jìn)行注漿是不經(jīng)濟(jì)的，也會(huì)對(duì)隧道的建設(shè)工期產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，這種條件下應(yīng)按“適量排放”的原則，做好隧道施工排水和運(yùn)營排水。2）當(dāng)涌水量較大、涌水集中在比較段的范圍內(nèi)，嚴(yán)重影響隧道的掘進(jìn)進(jìn)度時(shí)，可應(yīng)采用超前注漿和帷幕注漿技術(shù)、徑向注漿的方式進(jìn)行堵水，來加快隧道的施工。3）限量排放溶洞水，隨著隧道開挖噴射混凝土，及時(shí)封閉開挖掌子面，同時(shí)在徑向施作雙液注漿加固巖體。本方案技術(shù)難度較小且造價(jià)較低。經(jīng)采用3）方案試驗(yàn)，表明這樣既能保證施工安全，又不致于嚴(yán)重影響原有山體的地下水環(huán)境，有利保護(hù)周圍山體生態(tài)，而且對(duì)隧道開挖施工干擾小，施工進(jìn)度快。當(dāng)確認(rèn)掌子面前方圍巖較完整可保證開挖安全，水壓較低，水量較大但對(duì)施工安全不會(huì)造成嚴(yán)重威脅，即進(jìn)行隧道開挖。為保證施工安全、節(jié)約工程投資，在開挖后隨即對(duì)洞身周圍進(jìn)行徑向注漿堵水處理。僅當(dāng)超前探水發(fā)現(xiàn)掌子面前方存在高壓富水、地下暗河水量大難以保證施工安全時(shí)方考慮采用帷幕注漿。隧道內(nèi)涌突水、涌泥砂應(yīng)以防、堵為主，盡量保持原地生態(tài)情況由于地下水不斷排走，造成生態(tài)失衡，特別是農(nóng)戶密集地區(qū)的堰塘、田地等處，水排走后會(huì)造成井水水位降落，池塘干涸，農(nóng)田失水，給生活、生產(chǎn)帶來巨大影響。應(yīng)充分考慮特大暴雨對(duì)隧道的威脅，建議在修建泄水洞的基礎(chǔ)上，設(shè)置地表攔截、封堵設(shè)施，減少地面降水大量補(bǔ)給巖溶水的水量，以減少對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的危害。
4、徑向注漿堵水
4.1 注漿
進(jìn)行徑向注漿堵水應(yīng)先進(jìn)行堵水試驗(yàn)，再根據(jù)試驗(yàn)效果進(jìn)行調(diào)整。徑向注漿堵水范圍考慮開挖輪廓線以外8m。對(duì)每一段落從兩頭向中間注漿。按隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則及公路隧道施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)要求，并類比類似工程的經(jīng)驗(yàn)，漿液擴(kuò)散半徑初定3m，再根據(jù)施工中注漿效果進(jìn)行必要的調(diào)整。注漿管須先檢查，確認(rèn)暢通后再接入注漿系統(tǒng)。注漿系統(tǒng)與孔口混合器接好后開閥門，啟動(dòng)注漿泵按照先稀后稠、先注水泥單液漿再注雙液漿的順序注漿。當(dāng)注漿壓力達(dá)到實(shí)測(cè)水壓值的2～3倍時(shí)，維持3～5 min，進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)量則停止注漿，關(guān)閉球閥，隨即卸下注漿混合器及注漿系統(tǒng)，并且用清水清洗干凈。
4.2 注漿材料及配合比選用
施工中注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，水泥為普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)為32.5級(jí)以上，水玻璃模數(shù)為2.4～3.4，玻美度為30°45°。漿液配合比的選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液的擴(kuò)散半徑，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，在試驗(yàn)之前，可選用以下配合比：水泥漿∶水玻璃漿（體積比）=1∶（0.5～1.0），水泥漿的水灰比=0.8～1.2。
4.3 注漿量計(jì)算和注漿壓力確定
式中：
Q―注漿量（m3）
V―所要注漿的圍巖體積（m3）
β―漿液綜合填充率（取1%～2%）
注漿壓力從小慢慢加大，終壓一般控制在2～3MPa。
4.4 注漿要求和效果檢查
注漿要求：
1）注漿前應(yīng)選一試驗(yàn)段，確定漿液充填率、注漿量、漿液凝結(jié)時(shí)間、漿液擴(kuò)散半徑、注漿終壓等指標(biāo)。
2）孔口位置應(yīng)準(zhǔn)確定位，施工偏差不大于5cm。
3）注漿的連續(xù)性。
注漿效果檢查：
所有注漿孔都注滿后，鉆取巖芯對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查。對(duì)漿液擴(kuò)散較為薄弱、鉆孔滲水量大于0.25 L/min・m，需加孔補(bǔ)充注漿，直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
5、結(jié)論
隧道工程所處地質(zhì)環(huán)境和水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性導(dǎo)致了隧道涌水量的預(yù)測(cè)方法計(jì)算結(jié)果的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，應(yīng)結(jié)合區(qū)域的水文地質(zhì)試驗(yàn)和地質(zhì)條件綜合分析。并且，隧道是一個(gè)復(fù)雜的非線性的開放系統(tǒng)，將多學(xué)科相互結(jié)合進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)于分析預(yù)測(cè)將起到重要作用。隧道涌水量多少受構(gòu)造條件影響嚴(yán)重，應(yīng)針對(duì)不同的構(gòu)造條件采取不同的防護(hù)措施，對(duì)嚴(yán)重地段應(yīng)采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。
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