隧道涌水治理及堵水施工工藝

隧道涌水治理及堵水施工工藝摘要：以湖北三峽翻壩公路季家坡隧道為例分析隧道所處地質(zhì)情況，涌水來源，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究治理，重點(diǎn)介紹隧道涌水如何治理以及在施工過程中的施工工藝，對(duì)隧道堵水施工方案及措施進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：隧道涌水治理堵水施工工藝三峽翻壩公路季家坡隧道右幅全長3584米，屬特長隧道，本項(xiàng)目從季家坡隧道出口倒坡施工1763米，隧道最大埋深約390米。該隧道地處構(gòu)造堆積和侵蝕-溶蝕低山丘陵地貌單元，山體相對(duì)高差50-200米，自然坡度一般19-38度，該地區(qū)地處亞熱帶大陸性夏熱潮濕氣候區(qū)，降水量大，地表水豐富。1、涌水過程及原因分析1.1涌水過程YK16+135-YK15+925段原設(shè)計(jì)為Ⅲ級(jí)圍巖，圍巖揭露為白云巖，巖石較完整，原設(shè)計(jì)S3襯砌型式，2009年9月30日掌子面施工至YK16+042處裂隙發(fā)育，拱頂有多處股狀裂隙水涌出，涌水量約70m3/h。考慮到隧道今后的運(yùn)營安全，經(jīng)現(xiàn)場踏勘決定將YK16+042-YK16+022段20米由S3變更為S5-2，YK16+022-YK15+925段由S3變更為S4-1襯砌型式。2010年5月24日早晨，由于受之前連續(xù)降雨影響在YK16+060附近，路面的結(jié)合處發(fā)生底鼓破裂，沿破裂處伴隨有水突涌，初始涌水量約70m3/h，且具有一定的水壓，水較渾濁，攜帶有大量的黃色淤泥，隨后流量增至250m3/h，至下午1時(shí)涌水量減少為45m3/h，并穩(wěn)定在35m3/h左右（照片1、2）。25日底板調(diào)平層出水點(diǎn)水量變小，而YK16+050東側(cè)邊墻處水量變大，且沿二襯接觸部位（YK15+985-YK16+075）有少量水射出(照片3)，總體水量約為100m3/h。26-27日隧道區(qū)又經(jīng)歷了一次降雨過程（總的降雨量為57mm），但底板出水點(diǎn)和右邊墻處出水點(diǎn)水量并沒有明顯的增大，隨著時(shí)間的推移出水點(diǎn)涌水量呈遞減趨勢。到5月28日發(fā)現(xiàn)底板水量逐漸減小，但是YK16+050處二襯施工縫處有黃色泥水滲出，含泥量較大，施工縫滲水?dāng)U展至YK16+122。照片1涌水中攜帶的泥沙（5月24日）照片2沿底板裂縫的涌水（5月24日）照片3二襯接觸部位的涌水圖2季家坡右洞底板涌水量變化趨勢6月7-8日隧道區(qū)經(jīng)歷了一次強(qiáng)降雨過程（總降雨量為66.3mm）為進(jìn)一步了解隧道涌水特征及其對(duì)降雨的響應(yīng)，自6月8日開始對(duì)季家坡隧道涌水點(diǎn)涌水量進(jìn)行連續(xù)觀測。降雨結(jié)束初期(9日)涌水量底板出水點(diǎn)涌水量幾乎沒有變化，而YK16+050右邊墻處水量有增大的趨勢，總體水量約9m3/h，之后幾天水量幾乎沒有太大的變化。16日底板YK16+050調(diào)平層出現(xiàn)小股涌水，加上原出水點(diǎn)水量，總體水量約22m3/h，之后底板YK16+017處、YK16+025處及YK16+040處相繼出現(xiàn)涌水量(照片4)，20日水量約為37m3/h,21日水量約為35m3/h，至23日已減小為23m3/h。7月20~22日經(jīng)再一次降雨后，里程樁號(hào)YK16+022~YK15+945段隧道二襯邊墻處出現(xiàn)多條裂紋。圖3次降雨過程隧道涌水量動(dòng)態(tài)變化曲線照片4YK16+017底板調(diào)平層涌水1.2、涌水原因分析：1.2.1水文地質(zhì)條件1.2.1.1根據(jù)該隧道的巖溶地下水系統(tǒng)特征，涌水點(diǎn)附近的裂隙、巖溶發(fā)育情況的調(diào)查，以及涌水點(diǎn)水量的變化、淤泥特征分析，該隧道突水地段處于三山交匯其中一山腳下，雖然該處隧道埋深較深，但在山體形成過程中兩座山體巖體間形成多條支流，使原山體水平發(fā)育的薄狀巖層出現(xiàn)斜向裂隙，水壓增大切斷了支流的末梢系統(tǒng)，雨季雨水通過裂隙滲入巖體初支表面，由于壓力較大破壞防水系統(tǒng)流入隧道。1.2.1.2隧道圍巖在YK16+042處發(fā)生質(zhì)的轉(zhuǎn)變，由原來的灰白色白云巖轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏訝钅噘|(zhì)頁巖，層間夾有黃泥，遇水軟化、膨脹呈泥狀，軟硬相間；節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層走向與洞面成15度角，有斜向裂隙，并且揭穿了走向300°、傾角∠70°的溶蝕裂隙（該溶蝕裂隙呈上寬下窄，隙寬10～30cm不等，延展性較強(qiáng)）。1.2.1.3由于揭穿該溶蝕裂隙時(shí)正逢雨季，地下水水位相對(duì)較高，燈影組巖溶含水層中的水量也較豐富，因此，當(dāng)時(shí)該處的涌水量相對(duì)較大，隨著時(shí)間的延續(xù)、降雨的停止和減少，水壓力和涌水量也呈明顯下降趨勢，此后隧道的初期支護(hù)和二襯的施工也在一定程度上堵塞了該溶蝕裂隙，裂隙中的地下水逐漸恢復(fù)到原天然的狀態(tài)，繼續(xù)向東南方向徑流匯入龍洞窩巖溶管道系統(tǒng)排泄，從而表現(xiàn)出了目前它對(duì)隧道拱頂、隧底的破壞。1.2.2水文地質(zhì)條件的影響季家坡隧道地處亞熱帶大陸性夏熱潮濕氣候區(qū)，降水量大，地表水豐富，該段隧道正處于三山交接在地表形成的“V”型洼地的下方。2010年5月19日至22日，該地區(qū)連日降雨，雨水匯集于“V”型洼地內(nèi)，因隧道圍巖裂隙發(fā)育，地表水直接滲入洞內(nèi)，隧道上方由于裂隙水的浸潤破壞二襯背后防水系統(tǒng)導(dǎo)致涌水，該隧道段的地下水水壓力約在0.2~0.3MPa，最大涌水壓力可達(dá)在0.5MPa。2、處理方案：結(jié)合本涌水區(qū)段水文地質(zhì)分析，決定采取“以注漿封堵裂隙為主，排堵結(jié)合”的原則進(jìn)行處理。具體措施如下：處理流程：①鉆注漿孔------②周壁注漿加固-------③注漿效果檢查-------④二襯（初支）仰拱鑿除及圍巖擴(kuò)挖-------⑤施做仰拱（仰拱回填）------⑥模筑C30鋼筋砼-------⑦打設(shè)水平引水孔2.1、鉆注漿孔-初堵2.1.1周壁注漿堵水（加固范圍YK16+096-YK15+925段）隧道拱部及仰拱進(jìn)行周壁注漿，封堵與隧道接觸處溶蝕裂隙及溶蝕管道。2.1.1.1注漿管采用φ76mm熱軋無縫鋼管，壁厚3mm，管壁鉆孔，單根注漿管長度L=5m，縱環(huán)向間距1.2m*1.2m。2.1.1.2注漿用漿液采用水泥～水玻璃漿液，水泥漿以普通425#硅酸鹽水泥制成。水灰比為1：0.6～1:1。水玻璃的濃度為35Be(玻美度)，模數(shù)為2.4。水泥與水玻璃的配合比（體積比）1：0.5～1:1。2.1.1.3單孔注漿的擴(kuò)散設(shè)計(jì)半徑0.6m,注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線外5m，注漿孔沿隧道周邊布置，共布置24個(gè)注漿孔。2.1.1.4注漿壓力根據(jù)本區(qū)段巖層裂隙發(fā)育程度、涌水壓力、漿液材料的粘度和凝膠時(shí)間等因素，注漿壓力控制在0.5~1.0Mpa。2.1.1.5注漿效果的檢查注漿完畢后應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求鉆孔檢查注漿效果。2.1.1.6周壁注漿時(shí)對(duì)大裂隙或巖溶管道處（裂隙或管道直徑大于10cm），采用泵送砼封閉。2.1.2注漿效果檢查在該涌水段（YK16+096-YK15+925段）拱頂每5米施作一個(gè)檢測孔，孔深為15米，鉆孔成熟后通過壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢查注漿效果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。2.1.3二襯（初支）仰拱鑿除圍巖擴(kuò)挖在打孔注漿加固結(jié)束后進(jìn)行鑿除二襯（初支）仰拱并擴(kuò)挖圍巖，首先施作仰拱使原斷面擴(kuò)挖至抗水壓襯砌設(shè)計(jì)開挖面，擴(kuò)挖斷面時(shí)為了不擾動(dòng)原來巖體的穩(wěn)定性我們采取風(fēng)炮（啄木鳥）進(jìn)行鑿除，二襯鑿除時(shí)為了避免全部鑿除后帶來安全隱患，原則上我們采取鑿除30米后開始進(jìn)行二襯砼澆筑，然后邊鑿除邊澆筑二襯砼平行推進(jìn)施工。2.1.4增設(shè)排水系統(tǒng)在隧道原有排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)該涌水段（YK16+096-YK15+925段）增設(shè)引排措施。具體如下：2.1.4.1在兩側(cè)邊墻腳打設(shè)水平橫向排水孔，埋設(shè)DN150排水管與隧道邊溝連接，水平排水孔長5m，縱向間距5m。排水管端部置于隧道邊溝內(nèi)，并設(shè)置閥門。2.1.4.2、對(duì)大裂隙或巖溶管道處泵送砼封閉時(shí)，應(yīng)在二襯后預(yù)埋DN150鋼管引排，鋼管接長至兩側(cè)邊溝中，端部設(shè)置閥門，達(dá)到施工及運(yùn)營期間引排可控。2.1.4.3、該段二襯背后縱橫向排水軟管及邊墻橫向泄水管均加密至每5m一道，確保襯砌背后水能形成通暢的排水系統(tǒng)。2.2、封堵2.2.1、二襯注漿封堵2.2.1.1、孔位布置首先將YK16+096-YK15+925二襯破壞段從YK16+096端采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)分別將隧道兩側(cè)拱腳部位采用Φ76mm鉆桿鉆兩排排水孔，拱頂鉆一排注漿孔，排水孔孔距為5米，每單側(cè)34個(gè)孔，孔深為15米。注漿孔孔距為3米，共57個(gè)孔，孔深為6-8米。2.2.1.2注漿順序從大里程——小里程按孔進(jìn)行編號(hào)，并用紅油漆在其孔周邊做標(biāo)記，做注漿準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備工作做好后接管注漿，首先從(YK16+096)端1#注漿孔開始注雙液漿，1#孔注漿結(jié)束后換3#孔繼續(xù)注漿，依次類推一直到Y(jié)K15+925處第57#孔，第一循環(huán)注漿結(jié)束后反方向在進(jìn)行補(bǔ)注漿，以補(bǔ)充所空缺部位確保將裂隙填充密實(shí)。拱頂注漿孔布置圖2.2.1.3注漿工藝首先在裂隙兩側(cè)各1.5m范圍內(nèi)鉆1-2m淺孔，采用LS800發(fā)泡劑進(jìn)行封閉裂隙，然后鉆6-8m的深孔進(jìn)行注漿填充裂隙，直至漿液擴(kuò)散至每條裂隙，注漿壓力控制在0.5-2.0Mpa，首次壓漿時(shí)壓力控制在0.5Mpa，在注漿過程中根據(jù)漿液擴(kuò)散程度進(jìn)行調(diào)整加壓，最大施壓2Mpa，然后進(jìn)行下一個(gè)孔注漿，直到將裂隙封閉為止，還有部分裂隙水通過拱腳兩側(cè)排水孔排到隧道邊溝，以緩解水壓力，確保結(jié)構(gòu)安全。2.2.2、仰拱注漿封堵首先將原有調(diào)平層挖除，按照SKc-0.5襯砌設(shè)計(jì)要求挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，把基底清除干凈，露出巖面，仔細(xì)檢查底板有無裂隙存在，在有裂隙存在部位根據(jù)裂隙走向進(jìn)行打孔注漿，無裂隙部位施打探孔檢查。2.2.2.1孔位布置采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)根據(jù)裂隙走向?qū)Φ装暹M(jìn)行鉆孔，孔徑Φ76mm，孔距為5米，孔深15米。2.2.2.2注漿順序多個(gè)作業(yè)面同時(shí)施工時(shí)為了不干擾互相交叉施工，底板注漿從小里程YK15+925開始灌注，巖裂隙走向以跳躍式進(jìn)行注漿，第一輪注漿結(jié)束后強(qiáng)度達(dá)到70%后進(jìn)行第二輪補(bǔ)注漿，以達(dá)到封堵裂隙為主。2.2.2.3注漿工藝順著裂隙走向鉆孔15m進(jìn)行注漿，注漿壓力控制在1.0-2.0Mpa，開始注漿時(shí)壓力控制在1.0Mpa左右，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整壓力，最大調(diào)整為2.0Mpa，終止第一個(gè)孔進(jìn)行下一個(gè)孔注漿，依次類推進(jìn)行全段注漿封閉，水泥漿終凝后采用LS800發(fā)泡劑封堵裂隙表面。2.2.3、鑿除滲水部位二襯后注漿二襯鑿除后仔細(xì)檢查拱頂裂隙情況，對(duì)裂隙水發(fā)育區(qū)域進(jìn)行注漿封堵，方法同上，確保將裂隙水70%封堵30%通過拱腳排水孔排放，徹底達(dá)到止水效果，保證通車后運(yùn)營安全。2.3注漿設(shè)計(jì)參數(shù)注漿用漿液采用水泥～水玻璃漿液，水泥漿以普通425#硅酸鹽水泥制成。水灰比為1：0.6～1:1。水玻璃的濃度為35Be(玻美度)，模數(shù)為2.4。水泥與水玻璃的配合比（體積比）1：0.5～1:1，漿液單孔有效擴(kuò)散半徑為2.0m，注漿壓力根據(jù)本區(qū)段巖層裂隙發(fā)育程度、涌水壓力、漿液材料的粘度和凝膠時(shí)間等因素，注漿壓力控制在0.5-2.0Mpa。機(jī)械設(shè)備一覽表2.4注漿量計(jì)算導(dǎo)管注漿單管漿液擴(kuò)散半徑一般為0.5m～1.0m。實(shí)際施工中因鉆孔偏差或鉆眼內(nèi)的地質(zhì)原因,注漿液竄漿或跑漿經(jīng)常出現(xiàn),每個(gè)注漿管內(nèi)的注漿量很不均勻,因此理論單眼注漿量尚不能作為單孔注漿的一個(gè)控制指標(biāo),應(yīng)以整排導(dǎo)管的理論推算總量作為控制指標(biāo)。故按整排導(dǎo)管上下各0.5m～1.0m范圍的巖土體內(nèi)均已注漿填充考慮,用下列公式估算注漿總量。Q總=(π×θ/360)×[(R+t)2-(R-t)2]×η×L,式中:Q總——注漿總量,m3；θ——拱部導(dǎo)管布設(shè)范圍相對(duì)于圓心的角度；R——導(dǎo)管位置相對(duì)于圓心的半徑；t——漿液擴(kuò)散半徑,0.5m～1m；L——導(dǎo)管有效長度,m；η——巖體孔隙率,%；Ⅱ類3%～5%,Ⅲ類硬巖3%～5%、軟巖2%～3%,Ⅳ類硬巖2%～3%,軟巖1%～2%。按此理可推算同一斷面上單排或多排導(dǎo)管的注漿總量。2.5施工過程控制注意事項(xiàng)2.5.1注漿前應(yīng)對(duì)開挖面層及附近5m范圍內(nèi)的坑道噴射厚度為5cm～10cm的噴射砼或模筑砼封閉作為止?jié){層。待止?jié){層有一定強(qiáng)度時(shí)方可注漿,防止?jié){液從各巖面裂隙中反滲。2.5.2安裝注漿管時(shí),應(yīng)在注漿管與孔口巖面相交處用膠泥(水玻璃與水泥)和麻絲纏繞,使之與鉆孔孔壁充分?jǐn)D壓塞緊,實(shí)現(xiàn)注漿管的止?jié){和固定。膠泥未凝固到一定強(qiáng)度不得注漿。2.5.3漿液應(yīng)先經(jīng)過過濾防止雜物進(jìn)入注漿泵或進(jìn)入導(dǎo)管。d)注漿時(shí)應(yīng)先注無滲水孔,后注有滲水孔。2.5.4嚴(yán)格控制注漿壓力,以防壓裂開挖面。注漿機(jī)壓力應(yīng)與規(guī)定壓力配套,不宜升壓過快。注漿壓力達(dá)到規(guī)定時(shí)應(yīng)予以穩(wěn)壓一定時(shí)間,以利漿液進(jìn)一步滲縫。2.5.5一個(gè)導(dǎo)管注漿時(shí),相鄰導(dǎo)管應(yīng)打開止回閥讓原來管內(nèi)貯存的裂縫水從相鄰的導(dǎo)管流出,當(dāng)相鄰的導(dǎo)管內(nèi)流出濃漿時(shí)停止注漿,關(guān)閉相鄰管的止回閥,再待達(dá)到控制壓力時(shí)關(guān)閉該管的止回閥。然后在相鄰管接上注漿軟管,打開止回閥進(jìn)行襯壓注漿,待達(dá)到控制壓力時(shí)停止壓漿,關(guān)閉