岩溶地区隧道涌水治理技术
2016-10-21
1、工程概况
某高速公路为双向四车道，左线长1280m，右线长1315m，隧道开挖断面宽约12.5m，高约9.8m。隧道横穿山脉，埋深约150～220m，场地属低山丘陵区。可溶岩与砂、泥岩相间分布。地表地貌多成槽谷凹地，岩溶发育，有利于地表水汇集。
2、涌水观测及分析
隧道在施工过程中出现溶洞及涌水，勘察对象：1）对隧道周边地表进行大范围勘察，内容包括地表基岩的出露部分、地形地貌、地表水的流向等；2）详细探测洞内围岩的岩性及涌水的流量；3）对洞内出现的溶洞及其涌水进行详细测绘量测。施工发现，在隧道右线开挖到DK10+205处，揭露的岩层为岩溶角砾岩、褐黄色薄层状强风化石灰岩、黄泥互层，进洞左侧拱脚至右侧拱腰有一溶洞，与隧道轴线呈30°交角，开挖过程中有多股涌水，流量约18L/s。在初期支护稳定后的15d内，其实测涌水量约15L/s。在DK10+348处，岩层为灰岩、泥岩互层，在掌子面下侧又突发涌水，实测涌水量约为2580 m3/d，但利用超前钻孔探水及超前地质预报发现，掌子面前方无大规模涌水。综上所述，本隧道溶洞及涌水情况为：①岩溶为各自独立溶洞，其间无联络通道相联系，且无地下暗河；②地表水塘蓄水与洞内溶洞水无明显补给关系，溶洞内的含水系与该溶洞周边围岩构造裂隙有关，地表水在一定范围内与各溶洞有补给关系；③隧道内溶洞所含填充物，其性状多为多年累积的泥砂，有一定的粘结力，不透水。
3、治理措施
隧道的施工中考虑的治理措施：1）当涌水量不大、涌水类型为基岩裂隙水时，在长段落范围内进行注浆是不经济的，也会对隧道的建设工期产生严重影响。因此，这种条件下应按“适量排放”的原则，做好隧道施工排水和运营排水。2）当涌水量较大、涌水集中在比较段的范围内，严重影响隧道的掘进进度时，可应采用超前注浆和帷幕注浆技术、径向注浆的方式进行堵水，来加快隧道的施工。3）限量排放溶洞水，随着隧道开挖喷射混凝土，及时封闭开挖掌子面，同时在径向施作双液注浆加固岩体。本方案技术难度较小且造价较低。经采用3）方案试验，表明这样既能保证施工安全，又不致于严重影响原有山体的地下水环境，有利保护周围山体生态，而且对隧道开挖施工干扰小，施工进度快。当确认掌子面前方围岩较完整可保证开挖安全，水压较低，水量较大但对施工安全不会造成严重威胁，即进行隧道开挖。为保证施工安全、节约工程投资，在开挖后随即对洞身周围进行径向注浆堵水处理。仅当超前探水发现掌子面前方存在高压富水、地下暗河水量大难以保证施工安全时方考虑采用帷幕注浆。隧道内涌突水、涌泥砂应以防、堵为主，尽量保持原地生态情况由于地下水不断排走，造成生态失衡，特别是农户密集地区的堰塘、田地等处，水排走后会造成井水水位降落，池塘干涸，农田失水，给生活、生产带来巨大影响。应充分考虑特大暴雨对隧道的威胁，建议在修建泄水洞的基础上，设置地表拦截、封堵设施，减少地面降水大量补给岩溶水的水量，以减少对隧道结构的危害。
4、径向注浆堵水
4.1 注浆
进行径向注浆堵水应先进行堵水试验，再根据试验效果进行调整。径向注浆堵水范围考虑开挖轮廓线以外8m。对每一段落从两头向中间注浆。按隧道动态设计原则及公路隧道施工技术规范的有关要求，并类比类似工程的经验，浆液扩散半径初定3m，再根据施工中注浆效果进行必要的调整。注浆管须先检查，确认畅通后再接入注浆系统。注浆系统与孔口混合器接好后开阀门，启动注浆泵按照先稀后稠、先注水泥单液浆再注双液浆的顺序注浆。当注浆压力达到实测水压值的2～3倍时，维持3～5 min，进浆量达到设计数量则停止注浆，关闭球阀，随即卸下注浆混合器及注浆系统，并且用清水清洗干净。
4.2 注浆材料及配合比选用
施工中注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，水泥为普通硅酸盐水泥，标号为32.5级以上，水玻璃模数为2.4～3.4，玻美度为30°45°。浆液配合比的选择要考虑岩石裂隙情况及浆液的扩散半径，通过现场试验确定，在试验之前，可选用以下配合比：水泥浆∶水玻璃浆（体积比）=1∶（0.5～1.0），水泥浆的水灰比=0.8～1.2。
4.3 注浆量计算和注浆压力确定
式中：
Q―注浆量（m3）
V―所要注浆的围岩体积（m3）
β―浆液综合填充率（取1%～2%）
注浆压力从小慢慢加大，终压一般控制在2～3MPa。
4.4 注浆要求和效果检查
注浆要求：
1）注浆前应选一试验段，确定浆液充填率、注浆量、浆液凝结时间、浆液扩散半径、注浆终压等指标。
2）孔口位置应准确定位，施工偏差不大于5cm。
3）注浆的连续性。
注浆效果检查：
所有注浆孔都注满后，钻取岩芯对注浆效果进行检查。对浆液扩散较为薄弱、钻孔渗水量大于0.25 L/min・m，需加孔补充注浆，直到达到标准。
5、结论
隧道工程所处地质环境和水文地质条件的复杂性导致了隧道涌水量的预测方法计算结果的精度远远不够，应结合区域的水文地质试验和地质条件综合分析。并且，隧道是一个复杂的非线性的开放系统，将多学科相互结合进行预测，对于分析预测将起到重要作用。隧道涌水量多少受构造条件影响严重，应针对不同的构造条件采取不同的防护措施，对严重地段应采取超前地质预报方法。
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