岩溶隧道特大涌水治理技术.doc

岩溶隧道特大涌水治理技术内容提要：本文结合栋梁屯二号隧道的涌水治理情况，阐述了在岩溶地区隧道涌水的综合治理措施。关键词：隧道 涌水 治理措施1、概述：在岩溶地区修建隧道，由于岩溶发育，涌水是极易发生的灾害之一，容易导致围岩坍塌及隧道倒灌等工程事故。因此，对隧道涌水进行综合治理是一项重要的任务，尤其在施工阶段，采取必要的治理措施即可以防止突水灾害的发生，又为以后的运营安全提供保障，同时也可以保持地表农业生态环境。本文结合栋梁屯二号隧道的涌水治理情况，从几个方面阐述了隧道涌水的综合治理措施。该隧道地处岩溶发育地区，基岩裂隙水水量丰富，区内构造以断层发育为特征，主要发育有两条暗河；设计隧道要穿过3条断层及上述两条暗河，其中一条暗河与隧道多次相交。暗河水的主要来源为地表水和河水，尤其在雨季水量较大，设计隧道最大涌水量为15万立方米/天，并且地下水有沿断层破碎带形成突水的可能，极易造成灾害性事故。2、治理方案的选择根据地质勘测设计资料，隧道于DK201+790DK202+435段涌水量较大，此段隧道埋深约为300米，暗河在DK201+600DK202+125段与线路多次相交，并且沿F1、F2两断层发育，经分析，我们认为在断层破碎带，线路与暗河相交汇处有发生特大涌水的可能。根据以上情况，我们认为该段涌水在隧道内宜以堵为主，堵排结合。因为此段涌水来源于暗河水，又与地表水相通，靠排在隧道内难以达到预期目的，同时也于地表不利。以堵为主，阻止岩溶水进入隧道，然后在衬砌之外辅以相应的排水设施，从而在隧道内达到彻底治水的目的。按照加固密实隧道开挖围岩并止水的原则，我们采取了如下治理涌水的施工方案。2.1、应用地质超前预报技术，准确测定F1、F2断层及影响带位置、以及暗河的位置和走向2.2、在涌水带采取以堵为主，疏排为辅的方法防治地下水，即以深孔预注浆超前固结围岩并止水，堵排结合防治突水。2.3、固结止水后的围岩开挖采用超前小导管支护，短台阶开挖，工字钢架支护方案进行施工。2.4、设置衬砌防排水系统，将进入开挖断面内的地下水及时排出。3、涌水治理措施 3.1超前地质预报 为了在施工前准确探明不良地质体的位置、规模，以及暗河的走向，避免盲目性，保证安全生产。我们采用了TSP202超前地质预报系统与超前探孔相结合的方法进行地质预报。 3.1.1、TSP202超前地质预报系统由传感探头管、传感器、记录仪和相关分析软件组成。其基本原理是人工制造一系列有规则排列的轻微震源，通过这些震源发生的地震波向掌子面进行传播，这些地震波遇到地层层面、节理面，断层破碎带界面、暗河、溶洞，岩溶陷落柱、淤泥带等不良地质时，将产生反射波。通过对这些反射波进行分析，判明前方不良地质面的里程及性质。主要测试工序为：测试准备：埋没传感器、布置震源。震源药包起爆。采集数据：分析记录地震回波信号。分析数据：对回波信号解释处理。结合已有的地质资料和施工数据确定地质体位置和规模。在施工过程中，根据设计及实际施工中遇到的情况，在接近不良地质地段100m左右，就进行一次仪器探测，通过探测，我们发现，F1和F2断层破碎带宽度大，岩层裂隙发育，暗河部分地段沿断层发育，有发生涌水的可能。3.1.2、超前探孔预测： 根据TSP202系统探测到的结果，为进一步确定不良地质的详细资料。在接近F1和F2断层时采用地质钻机施钻超前探孔，根据岩芯岩屑、流水、钻速来分析判断岩质及地下水的情况。钻机采用XY2型地质钻机，在隧道中心处设钻孔4个，钻孔深度最大40m，最小25m。钻孔工艺流程：搭设钻孔平台，安装钻孔测定孔位钻孔接长钻杆退钻通过超前探孔的探测结果，发现在F1断层处，破碎带宽度约为15m，破碎带内裂隙发育，孔隙率大，含水量丰实，且具有一定的压力。经初步测算其涌水量可以达到Q=2000m3/h。3.2、断层涌水段深孔预注浆施工根据仪器探测及深孔钻探得出的结果，两断层位置的含水量较大，施工中稍有不慎，将会发生突水灾害。因此，决定采用局部地段深孔预注浆止水，结合小导管注浆超前支护的方案进行施工。这样，既可以加固断层带、封堵地下水，又可以形成超前支护，有利于隧道开挖。3.2.1、深孔预注浆的参数选择： 注浆方式为渗透注浆，浆液扩散半径根据测定的围岩裂隙度，选定扩散半径为r=4.0m；注浆方式采用全长一次压入式注浆，注浆长度20m，钻进遇涌水时，则采用前进式分段注浆，逐步向前推进封堵；一次注浆量按v=rL计算，围岩可填充系数，经测定可取为=0.2，浆液损耗系数，取=1.11.3；注浆孔间距4.0m，外插角10；注浆孔压力为1.31.5Mpa；注浆管选用70焊管，其上设8mm小孔。3.2.2、注浆材料：为了保证注浆材料能在破碎围岩中均匀渗透，提高围岩固结强度，有效封堵地下水，我们选用水泥水玻璃双液浆。水泥为普硅425号，水玻璃浓度为35Be，水泥浆液水灰比W：C=1：1，水泥浆水玻璃比C：S=1：1。3.2.3、注浆工艺：（1） 设止浆墙，利用断层带以外的围岩厚度，增加20cm厚喷砼作为止浆墙；（2） 钻孔：埋设孔口管，首先开挖100mm，长200mm，用高强砂浆埋设89孔口管，管口安装89球形阀。钻孔直径为75mm，钻孔的定位要准确；（3） 孔口止浆方式：打入注浆管时，在其尾部缠绕麻线并粘CS胶泥，长50cm；（4） 注浆结束标准：注浆是否满足要求，主要依据注浆压力反应，当注浆压力达到1.5MPa，并维持2030分钟没有变化，便可以结束注浆。（5） 注浆系统示意图如下：水水泥磷酸氢二钠水泥浆液泥浆泵水水玻璃 稀释水玻璃泥浆泵 注浆系统示意图 3.2.4、注浆机具设备，见表1：表1 注浆机具设备序号设备名称型号单位数量1地质钻孔XY-2台12泥浆泵BW-250台23搅拌机台24混合器及其他配套设备套13.2.5、注浆效果：从注浆作业情况看，注浆压力一般都基本达到终压，各注浆孔口只有少量浆液渗出，注浆量与测算注浆量基本接近。在注浆全部终结后，又打设检查孔，发现水量已经很小。注浆效果还是明显的。3.3、小导管超前支护，短台阶开挖：断层破碎带经过深孔预注浆后，虽然在一定范围内，岩体物理力学指标有所提高，围岩密实度、整体性有所增强，对止水有一定的效果，但由于处在破碎带内，固结之外的地方仍有大量存在，且有一定压力，因此，对于隧道开挖仍然存在较多的不安全因素，为保证安全，还要施作超前导管进行支护，可为开挖提供牢固的棚状支护结构。3.3.1小导管支护参数设计导管选用42mm钢管，长度4.0m；小导管布设于隧道拱部范围，间距35cm，外插角 11；小导管一次打入长度3.5m，外露0.5m，与支护钢架焊接牢固；每循环之间小导管水平搭接长度为1.0m，即隧道每开挖2m，施作一环超前小导管。3.3.2小导管的施作： 首先测量布孔； 依据孔位用风枪施钻28钻孔，然后将小导管打入，钻孔； 小导管前端加工成尖嘴状。3.3.3短台阶开挖，钢架支护在开挖断裂破碎带时，按照短进尺、弱爆破、强支护、早封闭的原则来施工。 施工顺序：上台阶开挖上台阶钢架及喷砼支护中槽开挖一侧马口开挖及支护另一侧马口开挖及支护仰拱开挖及砼施工全断面衬砌 施工技术要求：a、 上台阶开挖高度在起拱线以下60cm，上部开挖高度3.1m，中槽开挖宽度3.5m；b、 上台阶超前后侧马口6.0m，中槽超前马口2.0m，左右两侧马口错开施工；c、 开挖进尺控制在1.0m以内，支护钢架间距0.8m；d、 开挖后及时架设钢架，并进行锚杆、挂网、喷砼支护；e、 上、下台阶开挖后，及时施作仰拱；f、 施工中，应加强监控量测。3.3.4综合治理施工要点：、岩溶涌水隧道的综合治理，由于其涌水受季节影响较大，且与地表水连通，应以堵为主，堵排结合，才能达到预期的止水效果。、洞内深孔预注浆前，应由超前预报准确测定涌水位置，确保注浆管完全伸入涌水带内。、根据测定的破碎带的地质详情，确定恰当的注浆压力，终压一般选在1.5MPa调整浆液配比。选择其浆液凝固时间，确保注浆渗透范围，能满足施工要求。、小导管支护开挖后，应及时架设钢架支护，以保证施工安全。开挖两侧墙脚后，应依据渗涌水的情况，设置泄水孔，以降低隧道周围水压。3.4、衬砌防排水施工由于断层破碎带内的含水量丰富，且其水源是内地表水补给的，在雨季水量将会更大。为了避免衬砌完成后洞内渗漏水严重，在衬砌背后还要设置防排水系统，将隧道周边的水及时排走，勿使背后积水过多，水压过大造成突水危害。3.4.1、设管引排地下水在出水较集中的点位，设置引水管。引水管根据水量大小用150或108钢管，引水管直接引至洞内水沟，或直接引向泄水洞。3.4.2、衬砌背后设排水盲管在出水点处，紧贴岩壁设50的环向透水软管，透水软管的数量和间距根据出水点的水量大小适当变化。透水软管的两端接至墙底，与墙角处设置的100的纵向透水软管相接。然后由横向泄水孔引至洞内排水沟内或泄水洞，然后排出洞外。3.4.3、衬砌背后全断面铺设复合型防水板，施工缝加设型橡胶止水带及膨胀型止水条。4、小结该隧道的涌水治理施工效果比较良好，通过该隧道的涌水治理施工，有以下几点体会：4.1、岩溶地区修建隧道，其涌水一般都与地表水相关，受季节性影响较大。因此，其对水的治理与一般地区有所不同。在隧道内宜以堵