张福宏 新大巴山隧道溶隙防突泥涌水超前预注浆施工方法

第一篇：张福宏 新大巴山隧道溶隙防突泥涌水超前预注浆施工方法

新大巴山隧道溶隙

防突泥涌水超前预注浆施工方法

襄渝二线康梁段项目经理部 张福宏

提

要：根据新大巴山隧道地质特点，在隧道掘进过程中将会频繁遇到小型溶隙，由于该区域出水位置相对较高，隧道埋深较大，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。在隧道已经开挖的近1.8km中，由于大家对该类溶隙认识上有误判，造成超前钻孔预报过程中或开挖过后出现突泥涌水，造成反复清淤时间长达40多天。因此有必要制定一套治理溶隙突泥涌水超前预注浆通过的施工方法，从预报、判定、注浆孔的布置、注浆、开挖、再判断可靠性、补充注浆等工序制定一套基本固定的工序，使现场有章可依。关键词：防治

溶隙

突涌泥沙

一、设计简况

新大巴山隧道是襄渝铁路南段最长的隧道，是全线的控制工程;，隧道为“人”字坡排水，隧道全长10658m、平导长10622.7m，距隧道出口2.741km处设臵长度为296.9m的斜井一座。隧道通过地段地质复杂，存在涌水量大、岩溶发育、高地应力引起的岩爆、煤层瓦斯及采空区等不良工程地质现象，特别是岩溶涌突水严重；隧道通过岩溶地段长度为9900m（其中强岩溶组3825m），占隧道总长的93%，全隧设计分析最大涌水量为36.5万方/天，隧道出口洞口段近500m的软弱Ⅴ级盐溶角砾岩风化为泥加石子，稳定性极差。

二、突泥涌水可能性分析

根据该隧道卫星地形图及现场踏勘判断，该隧道除老大巴山隧道出口端横跨新大巴山隧道的荆竹坝沟深切风化，沟心有长流水外，其他地段地表汇水面积较小且分散，因此隧道施工揭示的地下水除施工掘进时为地下原赋存的滞留水外，大部分与直接降雨和小区域汇水有关。无暴雨则水很小。荆竹坝沟由于大段的岩溶角砾岩风化严重，切地表有较大常流水，沿隧道纵向方向也有一条深沟，因此该区段可能出现大规模灾难性突水，需要引起高度重视。

自斜井向出口端由于隧道距后河距离一般在250米左右，山体岩层临后河直立陡峭、因此地表水和底下水都在较高位臵直泻河中，进入隧道内水量较少。隧道通过扁岩子煤矿采空区后，隧道底标高距相对应位臵后河高，并且比实地考察的采空区出水通道高，因此不会出现河水倒灌隧道现象。分析隧道出口近4公里内不会出现突泥涌水。

新大巴山隧道进口近5公里段，由于该区域出水位臵相对较高，隧道埋深较大，位于隧道埋深高度的溶洞基本处于深层地下水微循环溶蚀状态，因此揭示溶洞不会有规模较大的溶腔，会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，但不排除其上端有较大充填溶腔作为涌泥来源点，此类容腔涌泥不会出现渝怀铁路圆梁山隧道毛坝向斜那样的长距离搬运持续长时间涌沙现象。但是在隧道掘进过程中将会频繁遇到小型溶管或岩层交接面溶隙。

在进口端隧道已经开挖的近1.8km中，由于大家对该类溶隙认识上有误判，施工准备不充分，造成超前钻孔预报过程中或开挖过后出现突泥涌水，造成反复清淤时间长达40多天。给本已经紧张的施工工期造成更大的压力。

三、实际地质预报及几次突泥情况

隧道施工主要采用TSP203长距离不良地质预报和30米超前钻孔中距离验证不良地质和地下水。直流电法预报地下水（没有正常使用）。其中TSP203基本可以判断大的不良地质，但是对小型如孔径小于30cm的充填性溶管不清晰，超前钻孔对于突发性涌泥突水防治效果较好，可以防止出现人员、设备受损害，起到相应的限流作用。但对突泥突水的持续时间和影响施工时间方面不可控。直流电法预报地下水具有定性作用，对充填溶孔可能误判。经过襄渝二线宝石山隧道验证说明对地下水预报非常准确，但是不能定规模，会出现经常性“狼来了”的情况。

5月12日进口平导一处岩溶裂隙出现大量涌水、涌泥、涌沙现象，涌水量达每小时291—1612立方，泥沙含量达10％—30％，平导工作面堆满泥沙，长度达500米左右，平导底部被大量的泥沙和涌水覆盖，排水、清沙等工作致使平导停工二十余天，至6月2日方恢复施工，6月30日，由于陕西境内大量降雨，该处再次出现大量涌水，最大涌水量高达每小时5600立方，水从平导涌出后，冲毁洞口附近的充电房和空压机房，部分设备被冲毁，运输轨道深埋水和泥沙之中，再次导致进口平导停工。7月6日下午，平导掌子面PDK426+745一小溶隙出现涌泥1000多立方。8月23日该位臵底部被虚渣隐蔽的一个小型溶管出现突泥2000多立方米，隧道掩埋400多米，造成工作面停工20天。

四、方案制定程序及责任人

针对目前大巴山隧道经常性的出现规模不等的溶隙突泥涌沙现象，特制定以下施工工序控制管理办法，要求大巴山隧道进口平导和正洞施工严格按照办法要求施工，在施工中经研讨不断进行改进完善。

1、超前地质预报

地质预报组经过TSP203预报后形成报告，判断不良地质部位，对可能的溶隙、溶管、可溶岩与非可溶岩交接面不良构造、含气地层等预报准确位臵。凡是有以上不良地质的报告必须上报项目部工程部存档，同时报工区总工程师及分工区技术负责人。本工作责任人：预报组组长。

2、对地下水的判定

对以上判断的溶隙、溶管、可溶岩与非可溶岩交接面不良构造相对近距离使用红外线或直流电法预报地下水情况，有地下水及可能出现突涌水的不良位臵里程，上报项目部工程部存档，同时报工区总工程师及分工区技术负责人。本工作责任人：预报组组长。

3、对有地下水及可能出现突涌水的不良地段进一步探明

根据地质构造、设计图物探级别，超前预报物探资料由工区总工程师判断进一步探测方法及施工预案。主要分析判断以下措施：采用近距离风钻孔（孔深5米）探测、放水：采用近距离风钻孔（孔深5米）探测溶隙位臵和走向：采用30米水平地质钻孔探测、放水。

原则：如果由地质预报组预报的有地下水及可能出现突涌水的不良位臵里程相对集中在不超过5米的里程段，宜选择近距离风钻孔（孔深5米）探位臵、放水观察浑浊情况、必要时兼做注浆孔。如果是超过5米长的长段连续破碎断层带、长段距离内有多个溶隙连续分布，宜采用30米水平地质钻孔验证、放水、必要时兼做注浆孔，其中使用30米水平地质钻孔时，平导内钻孔起始里程应距最近的不良地质距离为5米左右，正洞内距离为6米，误差不大于1米。如预判的大孔径钻孔要兼做注浆孔，应予埋孔口管。

该工作责任人：工区总工程师

工区总工程师形成以上决定方案后，应形成书面技术交底对作业班组进行交底，同时报项目部工程部部长复核签字、存档。如工程部部长有异议时应及时组织预报组负责人、工区总工程师、分工区技术负责人研讨方案，之后由工区总工程师修改后存档并与作业班组进行补充交底。进一步探明的方案责任人：项目部工程部部长。

4、经探测有出现涌泥沙征兆的不良地段施工方案

在进一步探测过程中，如出现以下迹象，为出现了涌泥沙征兆：（1）钻孔过程中，孔口突然浑浊，并且有沙砾石出现，此时应立即停止钻孔，撤除钻具，对钻孔立即进行机械封堵，可预先制作木制桩塞，大锤打入探孔内。防止充填物持续流失，地下水路洗通后带来大规模涌泥沙突水。

（2）钻孔过程中，出现钻孔突然通过较宽空腔，空腔内明显充填泥土，停钻后泥土随地下水自钻孔流出或挤出。如果成稀泥浆流出形式出现，涌泥症状，此时应对钻孔立即进行机械封堵，可预先制作木制桩塞，大锤打入探孔内。

如果呈现较稠泥柱从孔中或裂隙中挤出，为出现喷发性突泥涌水征兆，如伴有岩层中有异响声，则可能马上出现掌子面岩层崩溃，为极端危险，此时工作面应立即撤除所有人员，全隧道人员紧急撤退。

（3）如果开挖过后，长期处于流清水状态的出水孔在非降雨后，逐渐变浑浊，并切出现持续加重状态，如果再排除爆破就近震动影响，此处可能水路被洗通，可能发生涌泥涌沙。

以下情况为暂定不处理情况：

（1）钻进中虽然地下水明显增多，但浑浊度不大，但停止钻进后地下水很快清澈。

（2）钻进中明显感觉地下水压力较大，但较稳定。围岩整体性较好，钻孔不通过软弱围岩。

（3）判断溶隙较小，计划开挖通过后进行处理的。

以上情况，凡是在进一步探明过程中，分工区总工程师必须安排工区技术员在现场值班并记录，由分工区总工程师根据记录和现场情况形成书面资料报工区总工程师决定处理初步方案。特殊紧急情况措施由值班技术员现场决定。第4项工作责任人：分工区总工程师。

凡是不需要进行注浆、顶水注浆的，工区总工程师书面通知分工区、并同时报项目部工程部备案并经工程部长签字核实。

凡是需要进行注浆封堵、顶水注浆、帷幕注浆的，由工区总工程师组织有关人员（项目总工程师、工程部长及工程部技术员、工区有关技术人员、分工区责任人、预报组负责人、工作面负责人）进行方案讨论，定稿。

定稿后由项目部工程部形成变更设计申请单上报并电话通知监理、设计代表、建设方，及时进行现场会议纪要。各种预报、地质素描、钻孔记录准备齐全。

五、方案中钻孔注浆方案要点

由于出现的溶洞、溶隙、裂隙位臵、充填物、地下水压力、是否雨季等各不相同，因此进行注浆堵水、加固围岩时孔眼布臵肯定不会一样、施工方案会有一定差别。

结合现场成孔条件、注浆材料、注浆机具，特制定以下控制要点，施工时要严格遵守。

对于大规模溶洞充填体、严重破碎带充填地段，进行全断面帷幕注浆，此类帷幕注浆施工在设计图中已经有详细阐述，在此不进行叙述。仅强调需增补周边大管棚：注浆材料中42.5普通硅酸盐水泥宜变更为超细水泥：注浆需采用前进式注浆，之后远距离注浆孔口止浆应采用橡胶液压止浆阀，以克服孔内近200升的浆液自身凝结时间快造成其他浆液无法进入需要加固的破碎体。

对于其他会出现涌泥沙的溶隙采取以下步骤处理：

1、尽可能利用长风钻孔探明溶隙溶孔的范围，走向，在隧道横断面上的位臵。由于该隧道山型较陡，综合分析泥沙充填体形成的最大压强不会超过2MPa，由于是局部注浆充填溶隙，因此平导掌子面完整Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级石灰岩有2.5米厚及不会被突破，因此风钻钻孔操作方便、占用时间短、发生情况堵塞方便快捷。

2、探孔布臵争取位于开挖轮廓线附近，注浆孔末段位于隧道轮廓线外侧1——2米，这样可避免注浆假象成功，开挖后又被突破发生涌突泥沙事件。

3、掌子面附近零星渗漏水部位会造成跑浆，应先短孔封堵零星渗漏点，使水流归位到一个注浆孔，然后将该孔顶水封堵，使溶隙中地下水处于基本静止状态，这样才能使浆液把充填体固结或挤压臵换，达到封堵溶隙避免发生涌突泥沙。

4、注浆过程必须材料准备充足，注浆材料和机具在注浆列车上一次性备齐。

5、一个孔内先进行注水清孔和溶腔20分钟，然后注浆开始连续注浆，直到压力明显升高，马上撤换新注浆孔。注浆过程中不宜边打孔边注浆。

6、溶隙进出口方向均需要注水清理注浆封堵。由于地下溶隙走向难于准确判断，因此在开挖轮廓线上的所有溶隙口均需要注水清理注浆封堵。

7、注浆材料、凝固时间等需要在现场和实验室进行实验调配，凝固时间应在60——80秒，浆液凝固后强度不小于7.5MPa。

8、如果间歇注浆应注水泥浆。

9、注浆过程应有现场技术人员值班控制，特别是检查孔的位臵应合理，判断成功结束注浆加固工作结束应准确，避免返工。