贵州路桥集团有限公司 贵州贵阳
摘要：随着我省高速公路的快速发展，对公路线路提出了更高要求，通过选线避让不良地质地段往往导致公路里程大幅增加。所以，隧道穿越断层、褶皱核部等富水构造带或岩溶强发育地层越来越普遍，岩溶区公路隧道高压涌水问题越来越突出。在国内外隧道重特大事故中，涌水事故在死亡人数和发生次数上均居于前列，由此带来的人身伤亡和经济损失极为惨重。本文针对常用的突涌水治理注浆工艺所存在的问题进行简要分析。
关键词：隧道工程；高压富水；岩溶突涌水；治理
1前言
隧道涌水是隧道建设中主要工程地质问题，特别是隧道高压涌水，对作业人员和机械设备的安全具有极大的威胁，同时大流量的涌水通常会造成部分洞段被地下水淹没，破坏隧道衬砌结构，造成隧道停工。此外，高压大流量涌水往往还会引起地表塌陷，造成水资源流失和土地资源、地质环境的恶化，以及污染水质等次级破坏和灾害。其危害大，处理困难，是公路隧道建设中的一大难题。针对高压富水岩溶隧道的突涌水问题，根据当前的研究，对隧道工程中的突涌水类型、成因及主要分布等进行分析，笔者结合所负责施工的实际工程对隧道岩溶突涌水过程进行研究，并提出符合工程实际的有效治理方法。
2工程概况
通过对岩溶突涌水灾害的类型及演变规律进行分析，发现导致突涌水的主要诱发成因主要有裂隙型、岩溶型及断层型三种。
某隧道地处云贵高原东北部，左幅隧道长5505m、最大埋深约534m，右幅隧道长5425m、最大埋深约537m，为分离式特长隧道。其中有1050m位于石朝向斜核部向两翼过渡地段，水文地质条件极其复杂，洞身围岩主要为二叠系栖霞组灰岩夹泥岩、钙质泥岩，岩溶弱发育、富水性弱，隧道开挖时有揭露溶洞诱发大规模突泥、涌水的可能性，上部茅口组地层富水性强，岩溶强发育，地下水易沿基岩节理、裂隙面下渗至洞身段落形成线状、涌流状涌水，加之稳定地下水位位于隧道设计顶板以上约210m，水压力大。经水文地质调查，汇水面积达29.6平方公里，隧道上方山体内形成了错综复杂的闹水岩地下暗河系统。施工中经多次超前地质预报探测表明：整个富水段隧道的发育较多的裂隙、溶腔以及大型过水通道，并且多处岩溶裂隙、溶腔与上方的闹水岩地下暗河系统连通，水压高、涌水量巨大，给施工带来的极大困难。
3治理方案
3.1精细化探查
隧道进入富水段施工以来，参建各单位高度重视，注浆治理前采用瞬变电磁法、地质雷达法、超前钻探法、红外探水法等多种探测方法对围岩进行超前探测，探测结果表明，富水段区域以裂隙、过水通道、充填型溶洞为主，其具有范围广、空间展布形态不规则、富水性强等特点。经超前探查钻孔实际揭露，富水段隧道围岩内均发育有较大范围的溶洞、裂隙，局部发育有大型过水通道。在富水段超前钻孔施作过程中，部分钻孔涌水涌泥现象严重，局部钻孔伴随有高压喷射状涌水。溶洞内充填的泥沙中主要以淤泥、河沙为主，长期涌水后水质变清。根据多种探测结果综合分析，隧道整个富水段掌子面及周边探测范围内多处发育有岩溶、破碎带及裂隙等不良地质。
3.2注浆截水帷幕确定
通过查阅国内外相关的文献资料和进行室内试验得出注浆帷幕和病害区的围岩物理性能参数，通过对渗流场理论分析，推导出注浆帷幕对渗流场和应力场的影响为注浆截水帷幕模拟提供理论依据，运用有限元软件建立未设帷幕和几种帷幕工况进行数值模拟，并根据每个工况的孔隙水压力、应力、位移和塑性的计算结果进行比较，找到处治隧道高压涌水病害效果最好的一种帷幕。通过对工况模拟结果的比较，从安全、质量、进度、成本等方面寻找一个平衡点，最终确定设置长度24m、厚度5m、分两序施工的帷幕工况参数，指导富水段隧道高压突涌水病害区的注浆截水帷幕的设计和施工。
3.3注浆方案设计
3.3.1注浆钻孔设计
注浆范围为开挖轮廓线外5m，钻孔在掌子面上放射状布置，孔底间距按2.5m左右控制，布置两环46个注浆孔；注浆压力不低于4.0MPa，注浆前应安装孔口管并安装导流罩确保施工安全。
注浆完毕后钻检查孔检查，如果注浆效果达不到要求则进行加密钻孔补充注浆，一个注浆循环钻孔工程量约940m。
3.3.2注浆工艺及技术
注浆分为试验性注浆、正式注浆、工后检查等。掌子面刚开始时注浆时，由于掌子面前方存在大量岩体裂隙或岩溶管道，此时钻孔在钻进时由于从孔内喷涌出的地下水压力较大，带压钻进安全风险极高，因此，此种情况下注浆方法采取前进式分段注浆逐步推进达到设计注浆长度；在掌子面完成部分钻孔注浆后，部分岩体裂隙通道已被水泥浆液封堵，此种情况下注浆孔可一次打入设计深度，采用全孔一次注浆方法。
注浆封堵按照“先查明渗水特征、截断主道、封堵渗水、形成帷幕、循环搭接”的总原则进行处理。在逐孔施工时孔口必须安装泄压止回装置，确保单孔出现较大水压涌水时能立即封堵孔口关闭涌水。
每一个注浆孔均须有完整的钻孔记录，钻孔时应对混凝土厚度及钻孔中揭示的各种情况如涌水、失水、回水颜色、钻速变化、外漏、塌孔、掉块、卡钻、岩性变化、地层变化等作详细记录，并反映在钻孔综合成果表中，作为分析固结注浆质量的基本资料。正式注浆时则上应按设计的注浆参数，顺序，和试验性注浆时最终确定的配合比。注浆顺序依照先重点后一般，先疏后密，先中间后周边接受注浆方式由稀到浓，先低压小泵量后逐渐增大和钻一孔灌注一孔的原则，有步骤地连续进行，但对涌水孔段，则从无水地段或少水处注，从下部往上部方向注，从无水一侧向有水一侧注。用钻杆注浆时，钻杆送达一定深度后，应适当拔出，留出一段注浆长度，但在易于崩塌的地层中无法预留注浆长度时，可一边灌注一边拔出钻杆。在衬砌结构不足以支撑注浆压力条件下，对发生涌水的注浆钻孔进行复钻，采用速凝浆液对治理区域进行低压强化注浆，最终形成较为规则的截水帷幕注浆加固体。
4注浆效果评定
4.1检查孔法及开挖验证
根据相关设计要求，自检孔数量应不低于注浆钻孔数量的5%，且不低于3个，考虑到注浆加固段内地质情况复杂、多个钻孔揭露溶腔、岩层破碎薄弱、导水裂隙构造发育、钻孔存在涌水涌泥现象，实际施工中自检孔数量可适当增加。富水段施工完毕后，经5个钻孔效果检查，所有钻孔均没有出现孔壁坍塌现象，岩芯中含水泥石，表明经过浆液的填充、劈裂、渗透、压密等作用，溶洞溶腔及裂隙通道、岩层松散空隙得到显著充填，封堵区围岩基本稳定。后经开挖验证，岩溶、裂隙充填密实，洞渣内可见大块水泥石。
4.2P-Q-t曲线分析
对检查孔注浆检查密实性，分析5个检查孔的P-Q-t曲线可知，开始时注浆压力为0.5MPa，随后注浆压力持续上升，在短短几分钟内迅速达到设计终压4.0MPa，此时注浆量为0.3m3左右，表明5个检查孔所分布的地层范围内孔隙率已非常小，浆液的扩散性较差。因此，通过5个检查孔的P-Q-t曲线可知，截水帷幕注浆效果良好，已有效充填隧道周边围岩溶洞，并对地下水形成有效拦阻，形成了有效的帷幕固结圈。
5结论
根据地勘资料及超前钻探法的探测结果，获得岩溶、裂隙、断层破碎带等不良地质的范围、空间展布形态以及富水特性等，制定有针对性“查、截、堵、帷、搭”的治理方案。依据既定方案对涌水区域进行高压注浆治理，形成较为规则的截水帷幕固结圈。施工完毕后采用P-Q-t曲线分析法、检查孔法、开挖验证等对注浆效果进行评定，结果表明注浆截水帷幕治理效果良好。后续多次岩溶涌水均按照次方案进行治理，取的了良好的效果。
参考文献：
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[2]程少振，陈铁林，郭玮卿，等.土体劈裂注浆过程的数值模拟及浆脉形态影响因素分析[J].岩土工程学报，2019，41（3）：484-491.
作者简介：
靳俊奇，本科，37岁，高级工程师，主要从事公路桥梁隧道施工。
贵州省交通运输厅科技项目。