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隧道富水断层带施工中注浆止水施工技术的应用

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：王广

[导读] 摘要：隧道的富水断层带，由于围岩软弱破碎，稳定性差，加之水的影响，出现大量的渗水或者涌水，使得施工极其困难，作业不安全，掘进速度慢，工程质量难以保证。

        保利长大工程有限公司池州市石台县 245100
        摘要：隧道的富水断层带，由于围岩软弱破碎，稳定性差，加之水的影响，出现大量的渗水或者涌水，使得施工极其困难，作业不安全，掘进速度慢，工程质量难以保证。但随着技术发展，逐渐总结出了很多的涌水断层带隧道的施工举措。本文就南山隧道施工，浅谈隧道富水断层带注浆止水施工技术。
        关键词：注浆止水；超前帷幕注浆；施工策略
        迄今为止市场上隧道富水断层施工技术发展得并不完善，尚且缺乏完整的施工体系，对隧道施工指导意义不大。本文以南山隧道实际案例的研究方式，共同探索隧道富水断层带施工中注浆止水施工技术的应用。南山隧道全长2.8km，洞身共穿越1.9km灰岩地层段，且洞身发育3处断层。由于大气降水丰富所以隧道渗水、突水涌水几率较大，隧道的施工难度较高，因此合理运用科学的注浆止水施工技术显得格外重要。
        1 工程概况
        南山隧道属于中长分离式隧道，中低山地貌，冲沟发育。隧址区地下水发育，常年有水，多发育为灰岩。隧道共穿越3个富水断层带，围岩节理裂隙发育，岩体破碎，强度较低，山体裂隙渗水富集较为迅速，存在突水和涌水问题。为避免开挖导致涌水突水以及围岩坍塌问题，设计环节进行加固处理，采取超前预注浆，将涌水在注浆圈外有效的封堵。对周边岩体展开加固，增强其承载能力。经注浆的方式，让围岩的强度有效提高，积极有效地改善隧道结构的抗震性能。
        在通过隧道富水地段过程中，为避免水资源流失以及地表水下降，采用了超前预注浆堵水的方式，提前处理可能产生涌水突水的地段，按照“以堵为主、限量排放”的标准落实防排水。为了降低施工风险，施工时积极地运用了TGP-206 地质超前预报仪、劳雷SIR-3000型地质雷达、瞬变电磁仪跟100m超前水平钻孔有效配合，科学地预测预报隧道掌子面前方的地质状态。施工现场参考超前地质预报结果合理组织施工，将施工风险降到最低。
        2 施工方法介绍
        针对无水断层，以小导管法超前支护通过。如果断层的水量较小，运用顶水注浆堵水举措，设置超前小导管或管棚通过。针对高压富水断层，全断面注浆堵水成效较差地段，运用掌子面上堵下排注浆堵水技术实施处理。如果断层具有较大水量，能够严重地影响到隧道的，进行超前帷幕注浆处理断层。
        3 工作内容分析
        施工断层及节理密集段落期间，尽量避开雨季操作，施工期间要重点观测好断层状态，也就是着重的检查好以下几方面内容，即检查围岩和喷混凝土表面有无裂纹情况，顶部、侧壁有无掉落岩块、土块等情况，检查临时支架是否处于稳定状态，以及钢架有无改变形状，地面有无开裂情况，是否增加渗水量等等。
        4 掌子面上堵下排注浆堵水技术
        隧道富水断层带，以掌子面上堵下排注浆堵水技术进行处理。上堵下排注浆技术，即进行注浆给破碎带隧道上断面周边部位，于隧道开挖轮廓外构建止水帷幕，将断层破碎带由于渗流量、渗漏水形成的破坏问题明显减少，保障施工稳定实施。设计的注浆参数主要就是注浆压力范围值是最小为3MPa，最大不超过44MPa，浆液扩散半径是两米，注浆加固范围1-3排孔外扩五米左右，注浆孔终孔间距是三米距离，每分钟为80L的注浆速度。高压富水断层带段落不能运用释能降压举措直接的施工，也不能采取全断面帷幕注浆封堵方案，所以考虑运用掌子面（见下图1）周边适当注浆堵水，以及中间排水降压方案，隧道通过后径向注浆堵水，避免产生地下水流失的问题。而且减少施工期排水时间，联合相应的堵水策略，在隧道运营以后可以及时的恢复地下水位原有状态，防止对生态环境形成破坏。
        下半断面，按照围岩含水量分布动态情况，科学地建立引水导管排水，将开挖面水压降低的同时减少涌水突泥，将围岩渗透性明显地降低，促进地层固结强度增强。如有需要，沿着拱部开挖轮廓线布设超前长管棚以及双排小导管落实超前支护。也就是在计划堵水区段内中设置注浆孔，注浆于隧道上半断面和开挖轮廓线外围岩的部位，将上半断面地下水封堵，将上半断面开挖轮廓线外地下水流向隧道的导水通道切断。结束注浆操作以后，设置检查孔，检查注浆成效，如果达到预期成效，在下半断面隧道左、中和右侧钻设排水检查孔五个。如果单孔最大涌水量跟预定标准相比明显更小，需要在隧道上半断面开挖支护，下半断面及时的开挖通过，隧道初期支护及时封闭成环。如果出现隧道通过富水断层破碎带，初期支护渗漏水量超出预期的标准，按照渗漏水情况径向注浆堵水。

        图1    掌子面上堵下排注浆堵水技术原理图
        5 超前帷幕注浆施工方案
        进行掌子面前方的超前帷幕注浆止水施工操作之前，应该跟进的工作就是隧道已开挖段的初期支护、仰拱、二次衬砌，注浆面后构建综合结构，具备封闭性以及完整性的效果。运用深浅孔组合-后退式分段注浆模式，内、外层注浆孔长度分别是三十米、二十米，每循环进行开挖两米左右。掌控三米的扩散半径以及间隔距离是一米乘一米的注浆孔。选择水泥浆，掌控两千帕左右的注浆压力。按照由外到里、从下往下的注浆顺序操作，依照实际的水流方向和涌水水源点部位情况，施工采取有水孔到无水孔方式展开，而且需要先进行短孔的施工然后是长孔的施工。在进行注浆期间，要做好控制管理工作，进行注浆工作以后，及时的清理场地，将注浆设备全部退出，对设备内浆液严密的清除，以清水仔细的冲洗，让所有设备处于清洁状态，合理的安置。
        在注浆环节，要及时的观察掌握周边围岩状态、拱顶下沉、周边收敛等情况，监控量测止浆墙变形情况，积极的落实加固处理。另外，注浆环节要监控量测注浆岩盘后方周边围岩，防止因前方注浆堵水，使得升高后方水压而产生隐患问题。
        结语：
        南山隧道裂隙断层大气降水补给丰富，岩体极破碎-破碎，隧道稳定性差，总体施工难度较大，因此得到项目的密切重视。总的来说，通过积极的采取先进的注浆止水施工技术，分析富水断层带地质构造突水突泥灾害，按照标准的方案落实施工操作，达到了预期的成效，提升了项目综合效益，同时也为后续富水断层带地质构造施工积累了宝贵的经验财富，具有较强的借鉴意义。
        参考文献：
        [1]雷明林，武刚，潘俊涛.公路隧道穿越富水断层破碎带预注浆加固处理技术[J].工程建设与设计，2020，（07）：247-249.
        [2]俞文生，翁贤杰，刘军，张庆松，张龙生.富水断层隧道突水突泥注浆治理关键技术研究[J].公路工程，2019，44（01）：23-31.
        [3]张宁.公路隧道施工中不良地质判断与处理技术[J].西部交通科技，2018，（12）：85-90.