第一篇：張福宏 新大巴山隧道溶隙防突泥涌水超前預(yù)注漿施工方法

新大巴山隧道溶隙

防突泥涌水超前預(yù)注漿施工方法

襄渝二線康梁段項目經(jīng)理部 張福宏

提

要：根據(jù)新大巴山隧道地質(zhì)特點，在隧道掘進過程中將會頻繁遇到小型溶隙，由于該區(qū)域出水位置相對較高，隧道埋深較大，因此溶洞中不同程度有泥沙充填，而非成型干燥的空穴或地下河。在隧道已經(jīng)開挖的近1.8km中，由于大家對該類溶隙認識上有誤判，造成超前鉆孔預(yù)報過程中或開挖過后出現(xiàn)突泥涌水，造成反復(fù)清淤時間長達40多天。因此有必要制定一套治理溶隙突泥涌水超前預(yù)注漿通過的施工方法，從預(yù)報、判定、注漿孔的布置、注漿、開挖、再判斷可靠性、補充注漿等工序制定一套基本固定的工序，使現(xiàn)場有章可依。關(guān)鍵詞：防治

溶隙

突涌泥沙

一、設(shè)計簡況

新大巴山隧道是襄渝鐵路南段最長的隧道，是全線的控制工程;，隧道為“人”字坡排水，隧道全長10658m、平導(dǎo)長10622.7m，距隧道出口2.741km處設(shè)臵長度為296.9m的斜井一座。隧道通過地段地質(zhì)復(fù)雜，存在涌水量大、巖溶發(fā)育、高地應(yīng)力引起的巖爆、煤層瓦斯及采空區(qū)等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，特別是巖溶涌突水嚴重；隧道通過巖溶地段長度為9900m（其中強巖溶組3825m），占隧道總長的93%，全隧設(shè)計分析最大涌水量為36.5萬方/天，隧道出口洞口段近500m的軟弱Ⅴ級鹽溶角礫巖風(fēng)化為泥加石子，穩(wěn)定性極差。

二、突泥涌水可能性分析

根據(jù)該隧道衛(wèi)星地形圖及現(xiàn)場踏勘判斷，該隧道除老大巴山隧道出口端橫跨新大巴山隧道的荊竹壩溝深切風(fēng)化，溝心有長流水外，其他地段地表匯水面積較小且分散，因此隧道施工揭示的地下水除施工掘進時為地下原賦存的滯留水外，大部分與直接降雨和小區(qū)域匯水有關(guān)。無暴雨則水很小。荊竹壩溝由于大段的巖溶角礫巖風(fēng)化嚴重，切地表有較大常流水，沿隧道縱向方向也有一條深溝，因此該區(qū)段可能出現(xiàn)大規(guī)模災(zāi)難性突水，需要引起高度重視。

自斜井向出口端由于隧道距后河距離一般在250米左右，山體巖層臨后河直立陡峭、因此地表水和底下水都在較高位臵直瀉河中，進入隧道內(nèi)水量較少。隧道通過扁巖子煤礦采空區(qū)后，隧道底標高距相對應(yīng)位臵后河高，并且比實地考察的采空區(qū)出水通道高，因此不會出現(xiàn)河水倒灌隧道現(xiàn)象。分析隧道出口近4公里內(nèi)不會出現(xiàn)突泥涌水。

新大巴山隧道進口近5公里段，由于該區(qū)域出水位臵相對較高，隧道埋深較大，位于隧道埋深高度的溶洞基本處于深層地下水微循環(huán)溶蝕狀態(tài)，因此揭示溶洞不會有規(guī)模較大的溶腔，會大量揭示小型不同程度有泥沙充填的溶管，而非成型干燥的空穴或地下河，但不排除其上端有較大充填溶腔作為涌泥來源點，此類容腔涌泥不會出現(xiàn)渝懷鐵路圓梁山隧道毛壩向斜那樣的長距離搬運持續(xù)長時間涌沙現(xiàn)象。但是在隧道掘進過程中將會頻繁遇到小型溶管或巖層交接面溶隙。

在進口端隧道已經(jīng)開挖的近1.8km中，由于大家對該類溶隙認識上有誤判，施工準備不充分，造成超前鉆孔預(yù)報過程中或開挖過后出現(xiàn)突泥涌水，造成反復(fù)清淤時間長達40多天。給本已經(jīng)緊張的施工工期造成更大的壓力。

三、實際地質(zhì)預(yù)報及幾次突泥情況

隧道施工主要采用TSP203長距離不良地質(zhì)預(yù)報和30米超前鉆孔中距離驗證不良地質(zhì)和地下水。直流電法預(yù)報地下水（沒有正常使用）。其中TSP203基本可以判斷大的不良地質(zhì)，但是對小型如孔徑小于30cm的充填性溶管不清晰，超前鉆孔對于突發(fā)性涌泥突水防治效果較好，可以防止出現(xiàn)人員、設(shè)備受損害，起到相應(yīng)的限流作用。但對突泥突水的持續(xù)時間和影響施工時間方面不可控。直流電法預(yù)報地下水具有定性作用，對充填溶孔可能誤判。經(jīng)過襄渝二線寶石山隧道驗證說明對地下水預(yù)報非常準確，但是不能定規(guī)模，會出現(xiàn)經(jīng)常性“狼來了”的情況。

5月12日進口平導(dǎo)一處巖溶裂隙出現(xiàn)大量涌水、涌泥、涌沙現(xiàn)象，涌水量達每小時291—1612立方，泥沙含量達10％—30％，平導(dǎo)工作面堆滿泥沙，長度達500米左右，平導(dǎo)底部被大量的泥沙和涌水覆蓋，排水、清沙等工作致使平導(dǎo)停工二十余天，至6月2日方恢復(fù)施工，6月30日，由于陜西境內(nèi)大量降雨，該處再次出現(xiàn)大量涌水，最大涌水量高達每小時5600立方，水從平導(dǎo)涌出后，沖毀洞口附近的充電房和空壓機房，部分設(shè)備被沖毀，運輸軌道深埋水和泥沙之中，再次導(dǎo)致進口平導(dǎo)停工。7月6日下午，平導(dǎo)掌子面PDK426+745一小溶隙出現(xiàn)涌泥1000多立方。8月23日該位臵底部被虛渣隱蔽的一個小型溶管出現(xiàn)突泥2000多立方米，隧道掩埋400多米，造成工作面停工20天。

四、方案制定程序及責(zé)任人

針對目前大巴山隧道經(jīng)常性的出現(xiàn)規(guī)模不等的溶隙突泥涌沙現(xiàn)象，特制定以下施工工序控制管理辦法，要求大巴山隧道進口平導(dǎo)和正洞施工嚴格按照辦法要求施工，在施工中經(jīng)研討不斷進行改進完善。

1、超前地質(zhì)預(yù)報

地質(zhì)預(yù)報組經(jīng)過TSP203預(yù)報后形成報告，判斷不良地質(zhì)部位，對可能的溶隙、溶管、可溶巖與非可溶巖交接面不良構(gòu)造、含氣地層等預(yù)報準確位臵。凡是有以上不良地質(zhì)的報告必須上報項目部工程部存檔，同時報工區(qū)總工程師及分工區(qū)技術(shù)負責(zé)人。本工作責(zé)任人：預(yù)報組組長。

2、對地下水的判定

對以上判斷的溶隙、溶管、可溶巖與非可溶巖交接面不良構(gòu)造相對近距離使用紅外線或直流電法預(yù)報地下水情況，有地下水及可能出現(xiàn)突涌水的不良位臵里程，上報項目部工程部存檔，同時報工區(qū)總工程師及分工區(qū)技術(shù)負責(zé)人。本工作責(zé)任人：預(yù)報組組長。

3、對有地下水及可能出現(xiàn)突涌水的不良地段進一步探明

根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、設(shè)計圖物探級別，超前預(yù)報物探資料由工區(qū)總工程師判斷進一步探測方法及施工預(yù)案。主要分析判斷以下措施：采用近距離風(fēng)鉆孔（孔深5米）探測、放水：采用近距離風(fēng)鉆孔（孔深5米）探測溶隙位臵和走向：采用30米水平地質(zhì)鉆孔探測、放水。

原則：如果由地質(zhì)預(yù)報組預(yù)報的有地下水及可能出現(xiàn)突涌水的不良位臵里程相對集中在不超過5米的里程段，宜選擇近距離風(fēng)鉆孔（孔深5米）探位臵、放水觀察渾濁情況、必要時兼做注漿孔。如果是超過5米長的長段連續(xù)破碎斷層帶、長段距離內(nèi)有多個溶隙連續(xù)分布，宜采用30米水平地質(zhì)鉆孔驗證、放水、必要時兼做注漿孔，其中使用30米水平地質(zhì)鉆孔時，平導(dǎo)內(nèi)鉆孔起始里程應(yīng)距最近的不良地質(zhì)距離為5米左右，正洞內(nèi)距離為6米，誤差不大于1米。如預(yù)判的大孔徑鉆孔要兼做注漿孔，應(yīng)予埋孔口管。

該工作責(zé)任人：工區(qū)總工程師

工區(qū)總工程師形成以上決定方案后，應(yīng)形成書面技術(shù)交底對作業(yè)班組進行交底，同時報項目部工程部部長復(fù)核簽字、存檔。如工程部部長有異議時應(yīng)及時組織預(yù)報組負責(zé)人、工區(qū)總工程師、分工區(qū)技術(shù)負責(zé)人研討方案，之后由工區(qū)總工程師修改后存檔并與作業(yè)班組進行補充交底。進一步探明的方案責(zé)任人：項目部工程部部長。

4、經(jīng)探測有出現(xiàn)涌泥沙征兆的不良地段施工方案

在進一步探測過程中，如出現(xiàn)以下跡象，為出現(xiàn)了涌泥沙征兆：（1）鉆孔過程中，孔口突然渾濁，并且有沙礫石出現(xiàn)，此時應(yīng)立即停止鉆孔，撤除鉆具，對鉆孔立即進行機械封堵，可預(yù)先制作木制樁塞，大錘打入探孔內(nèi)。防止充填物持續(xù)流失，地下水路洗通后帶來大規(guī)模涌泥沙突水。

（2）鉆孔過程中，出現(xiàn)鉆孔突然通過較寬空腔，空腔內(nèi)明顯充填泥土，停鉆后泥土隨地下水自鉆孔流出或擠出。如果成稀泥漿流出形式出現(xiàn)，涌泥癥狀，此時應(yīng)對鉆孔立即進行機械封堵，可預(yù)先制作木制樁塞，大錘打入探孔內(nèi)。

如果呈現(xiàn)較稠泥柱從孔中或裂隙中擠出，為出現(xiàn)噴發(fā)性突泥涌水征兆，如伴有巖層中有異響聲，則可能馬上出現(xiàn)掌子面巖層崩潰，為極端危險，此時工作面應(yīng)立即撤除所有人員，全隧道人員緊急撤退。

（3）如果開挖過后，長期處于流清水狀態(tài)的出水孔在非降雨后，逐漸變渾濁，并切出現(xiàn)持續(xù)加重狀態(tài)，如果再排除爆破就近震動影響，此處可能水路被洗通，可能發(fā)生涌泥涌沙。

以下情況為暫定不處理情況：

（1）鉆進中雖然地下水明顯增多，但渾濁度不大，但停止鉆進后地下水很快清澈。

（2）鉆進中明顯感覺地下水壓力較大，但較穩(wěn)定。圍巖整體性較好，鉆孔不通過軟弱圍巖。

（3）判斷溶隙較小，計劃開挖通過后進行處理的。

以上情況，凡是在進一步探明過程中，分工區(qū)總工程師必須安排工區(qū)技術(shù)員在現(xiàn)場值班并記錄，由分工區(qū)總工程師根據(jù)記錄和現(xiàn)場情況形成書面資料報工區(qū)總工程師決定處理初步方案。特殊緊急情況措施由值班技術(shù)員現(xiàn)場決定。第4項工作責(zé)任人：分工區(qū)總工程師。

凡是不需要進行注漿、頂水注漿的，工區(qū)總工程師書面通知分工區(qū)、并同時報項目部工程部備案并經(jīng)工程部長簽字核實。

凡是需要進行注漿封堵、頂水注漿、帷幕注漿的，由工區(qū)總工程師組織有關(guān)人員（項目總工程師、工程部長及工程部技術(shù)員、工區(qū)有關(guān)技術(shù)人員、分工區(qū)責(zé)任人、預(yù)報組負責(zé)人、工作面負責(zé)人）進行方案討論，定稿。

定稿后由項目部工程部形成變更設(shè)計申請單上報并電話通知監(jiān)理、設(shè)計代表、建設(shè)方，及時進行現(xiàn)場會議紀要。各種預(yù)報、地質(zhì)素描、鉆孔記錄準備齊全。

五、方案中鉆孔注漿方案要點

由于出現(xiàn)的溶洞、溶隙、裂隙位臵、充填物、地下水壓力、是否雨季等各不相同，因此進行注漿堵水、加固圍巖時孔眼布臵肯定不會一樣、施工方案會有一定差別。

結(jié)合現(xiàn)場成孔條件、注漿材料、注漿機具，特制定以下控制要點，施工時要嚴格遵守。

對于大規(guī)模溶洞充填體、嚴重破碎帶充填地段，進行全斷面帷幕注漿，此類帷幕注漿施工在設(shè)計圖中已經(jīng)有詳細闡述，在此不進行敘述。僅強調(diào)需增補周邊大管棚：注漿材料中42.5普通硅酸鹽水泥宜變更為超細水泥：注漿需采用前進式注漿，之后遠距離注漿孔口止?jié){應(yīng)采用橡膠液壓止?jié){閥，以克服孔內(nèi)近200升的漿液自身凝結(jié)時間快造成其他漿液無法進入需要加固的破碎體。

對于其他會出現(xiàn)涌泥沙的溶隙采取以下步驟處理：

1、盡可能利用長風(fēng)鉆孔探明溶隙溶孔的范圍，走向，在隧道橫斷面上的位臵。由于該隧道山型較陡，綜合分析泥沙充填體形成的最大壓強不會超過2MPa，由于是局部注漿充填溶隙，因此平導(dǎo)掌子面完整Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級石灰?guī)r有2.5米厚及不會被突破，因此風(fēng)鉆鉆孔操作方便、占用時間短、發(fā)生情況堵塞方便快捷。

2、探孔布臵爭取位于開挖輪廓線附近，注漿孔末段位于隧道輪廓線外側(cè)1——2米，這樣可避免注漿假象成功，開挖后又被突破發(fā)生涌突泥沙事件。

3、掌子面附近零星滲漏水部位會造成跑漿，應(yīng)先短孔封堵零星滲漏點，使水流歸位到一個注漿孔，然后將該孔頂水封堵，使溶隙中地下水處于基本靜止狀態(tài)，這樣才能使?jié){液把充填體固結(jié)或擠壓臵換，達到封堵溶隙避免發(fā)生涌突泥沙。

4、注漿過程必須材料準備充足，注漿材料和機具在注漿列車上一次性備齊。

5、一個孔內(nèi)先進行注水清孔和溶腔20分鐘，然后注漿開始連續(xù)注漿，直到壓力明顯升高，馬上撤換新注漿孔。注漿過程中不宜邊打孔邊注漿。

6、溶隙進出口方向均需要注水清理注漿封堵。由于地下溶隙走向難于準確判斷，因此在開挖輪廓線上的所有溶隙口均需要注水清理注漿封堵。

7、注漿材料、凝固時間等需要在現(xiàn)場和實驗室進行實驗調(diào)配，凝固時間應(yīng)在60——80秒，漿液凝固后強度不小于7.5MPa。

8、如果間歇注漿應(yīng)注水泥漿。

9、注漿過程應(yīng)有現(xiàn)場技術(shù)人員值班控制，特別是檢查孔的位臵應(yīng)合理，判斷成功結(jié)束注漿加固工作結(jié)束應(yīng)準確，避免返工。