所属栏目：推荐论文发布时间：2011-04-20浏览量:244
慈母山隧道富水破碎带施工
郑强
摘 要：本文以重庆正在修建的慈母山公路隧道富水区破碎带的施工为列，介绍了在富水区施工中如何确定先注浆堵水后开挖还是先开挖排放后堵水施工方案及起方案确定的具体条件，确保施工方案的合理性、可行性和经济性，为今后在类似工程施工中方案的指定提供借鉴。
关键词：隧道 富水 破碎段 施工
1、工程概况
慈母山隧道及连接道(峡江路)一期工程为重庆市重点工程，全长8.57公里，为城市快速干道，其中慈母山1号隧道和慈母山2号隧道长约5.3公里，慈母山隧道穿越以南温泉背斜轴部隆起为主体的“背斜脊状山”的慈母山，最高点为慈母山主峰，隧道穿过地带最高点垭口高程为548m，隧道最低点出口高程约为204m，隧道穿过地带相对高差达344m。隧道最大埋深约304m，为构造剥蚀脊状低山地貌，山脊两侧横向冲沟较发育，呈现与慈母山山脉走向近垂直的山脊与沟谷相间分布的地貌特征，地形坡度大，植被茂盛，地下水丰富。若隧道开挖过程中一旦发生涌水，大量排水将会引起地下水位大幅度下降，直接影响慈母山生态和山顶居民的生产、生活用水，也可能引起局部地面的塌陷或开裂。所以慈母山隧道在富水区采取了“以堵为主、限量排放”的原则进行处理，但是在施工中发生的涌水突泥是采取超前预注浆还是后注浆，这需要根据现场施工具体情况进行决策，达到施工方案和合理性性、可行性和经济性。本文重点介绍慈母山隧道富水区K0+407～K0+433富水破碎段的施工技术。
2、工程地质及水文地质
根据设计资料，慈母山隧道处于川东陷褶束地质构造单元上，出露围岩揭示有第四系全新统、侏罗系中下统自流井组、三叠系上统须家河组、中统雷口坡组及下统嘉陵江组地层，在背斜两翼呈不等厚对称分布。慈母山沿线跨越南温泉背斜，发育有凉水井断层、黄山断层。构造裂隙较发育，以背斜构造部位、向斜轴部及断层带附近较为集中。根据地勘，采用地下水迳流模数法、大气降雨入渗法计算隧道单洞平水期涌水量均为2500 m3/d左右；地下水动力学法计算结果为3000 m3/d(平水期)左右，隧道丰水期涌水量采用平水期的3倍。
3.探水过程
2008年11月18日慈母山隧道线右开挖至YK0+402时，为三叠系上统须家河组围岩构造，裂隙水较发育，掌子面和左、右侧边墙出现股状水，水量约60m3/h，由于进口为反坡施工，大量积水对施工造成一定影响，若继续盲目开挖，一旦发生大的突涌水必然导致隧洞受淹，而且掌子面围岩破碎、裂隙发育，如果不及时对裂隙水和破碎围岩进行处理，将可能造成隧道坍方及地下水的严重流失给慈母山的生态环境带来严重破坏。为了确保安全现场决定对掌子面进行探水施工，进一步确定前方地质情况。
2008年11月19日YK0+402断面实施超前钻孔探水作业。探水孔纵向探测长度30m，终孔为开挖轮廓线外5m，探水孔布置如图1所示。
图1 探水孔横断面布置图
首先在掌子面左右两侧钻设探水孔，左侧T2钻孔至5m左右时，有水流出，水量约20m3/h，终孔后水量基本无变化。右侧T1孔同样钻至8m左右时，出水，水量约25m3/h，基本无压力，钻至终孔后，水量基本保持稳定，水质清澈。右侧孔出水后原左侧底板水量无明显减小。因此可以判定该出水点出水与原左侧底部出水不为同一水源。随后在掌子面上部拱腰位置进行探水施做，T4孔探孔钻至6m时，出水水量约21m3/h，水质清澈，该孔出水后，原探水孔出水量有所减小，但不明显，T3孔钻至5米时，出水水量约25m3/h。由于探水孔为Ф90探孔，满孔出水，很难判断断面涌水范围，不排除发生大涌水的可能。随后在右侧原T1探孔上方又钻设探水孔T5，该孔水量约25m3/h，水量稳定。由探孔情况结合初步分析，继续向前施工，发生较大突水涌泥的可能性不大，为了保证工程进度和工期要求，决定加大现场抽排水能力，同时对涌水量进行现场测试，根据涌水量监测情况和现场围岩确定下一步的施工方案。
4.方案确定
根据涌水量监测分析，水量逐渐减小，水量在60～74m3/h基本为定值保持平衡（见图2），这说明涌水补给资源不强，但短时间内排完的可能性不大，不会对开挖施工造成影响，采取排放措施不会影响施工断面的安全开挖，开挖后不会形成较大涌（突）水。
图2 涌水量测试曲线
若采取超前预注浆施工必然占用工作面，且注浆周期长，投入大，无论从工期、经济还是方案的可行性方面考虑都是不太合适。因此决定在水量不发生异常的情况下围岩遇水降一级施工，加强排水，继续开挖施工，先开挖排放，后处理。由于该段隧道为反坡施工，易积水，为了减少水对施工的干扰，满足防排水设计要求，因此在该段开挖通过后，对该段大面积淋水进行径向注浆堵水处理。
4.1缩短开挖循环进尺，加强围岩支护
隧道右线掌子面YK0+402围岩原设计为Ⅲ级，支护参数为：φ6.5钢筋网局部挂网；φ22系统锚杆@1.0m×1.0m L=3.0m；C25喷射混凝土12㎝。为确保施工安全，防止隧道坍塌，施工过程中严格按照“新奥法”进行施工，缩短循环进尺，进尺控制在1m范围内，坚持“一炮一支”的原则进行施工，同时加强围岩支护，将原设计支护参数调整为：拱顶90°范围内施工φ42超前小导管@40㎝L=4.0m；H-12×12格栅钢架纵向间距为1米；全断面挂设φ8钢筋网；C25喷射混凝土20㎝。
4.2出水部位径向注浆
在该段富水区开挖通过后，对该段大面积淋水和股状水进行径向注浆堵水处理，以取得较好的经济效益和社会效益。
径向注浆和支护见如图3所示。
①径向注浆加固范围为开挖轮廓线外4m。
②径向注浆孔梅花型布置，开孔环向间距1.0m，纵向间距1.0m，注浆孔垂直于开挖轮廓线布设。
③注浆孔采用风钻钻孔，成孔后安设Φ42mm注浆小导管，管长4m，并封闭孔口周围。
④布孔完毕后，在注浆管周围喷射混凝土封闭，以防止注浆过程中跑浆，保证注浆效果。
⑤采取全孔一次性注浆方式进行隧道周边和隧底围岩加固堵水。
图3 富水破碎带施工示意图
注浆参数
注浆参数如表1所示。
表1 注浆参数表
序号 参数名称 参数值
1 注浆速度 5～100L/min
2 注浆终压 2.0～2.5Mpa
3 单孔注浆量（m3） 按Ｑ=πR2Hnα（1+β）进行计算确定。式中：Ｑ—注浆量（m3），R—扩散半径（m），H—注浆段长（m），n—地层裂隙度或空隙率，α—浆液填充率，β—浆液损失率。
注浆材料
注浆材料及其配比如表2所示。
表2 径向注浆材料配比表
名称 配比参数
水灰比 体积比 水玻璃浓度
普通水泥—水玻璃双液浆 W:C=0.6:1 C:S=1:1 30~35Be
注浆顺序
注浆顺序宜按两序孔进行，即先跳孔跳排注单序孔，然后注剩下的双序孔。这样，通过实施约束型注浆模式，实现挤压密实的注浆目的。
注浆效果
通过对淋水段实施径向注浆，该段的大面积淋水得到了有效的封堵，并对该破碎段的围岩进行了加固补强，使得该段达到不渗不漏的效果，满足防排水设计标准，取得较好的效果。
5、结论与体会
最终该涌水断面未采取超前预注浆方案，而采取了先开挖，加强围岩支护形式，后径向注浆的方案，取得了显著的效果，通过该破碎段的施工得到以下几点体会：
①首先应该结合地质资料及施工现场掌子面的岩层性质，判断该施工段所处地层性质及发育较大含水构造、岩溶的可能性。
②为了确保隧道安全、顺利施工，针对富水区可采取多种超前地质预测报手段，其中超前钻孔探水是最直接有效地方法。超前探水孔即使该方法不能全面的反映断面内所有用水点，但可以根据探孔内涌水量大小及涌水压力大小，从而对开挖施工后可能产生的危害进行评估，为选择合理、经济的施工方案提供前提。
③对于反坡开挖的隧道，出现涌水时，要根据涌水情况具体认真分析，确定方案，不可盲目施工，以免给施工带来不良影响，造成经济损失。要对涌水量大小进行监测的，同时应对涌水中所携带的涌出物进行观察判析。当涌水中不含泥沙等物质，则表明上下游水力平衡，开挖后地层裂隙不会逐渐增大，也不会发生大的涌水，可采取非超前预注浆方案。
④超前预注浆方案是针对地层突水的一种处理措施，注浆措施的实施是否适宜，应与地质特征结合起来，对本不应优先实施超前预注浆施工方案的，若采取了超前预注浆措施必将造成很大的不必要的费用投入，且耽误工期。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部《公路隧道施工技术规范 (JTJ042－94) 》.北京: 人民交通出版社, 1999
[2]《地基加固和防水药液注浆设计施工手册》 （日） 草野一人 中国铁道出版社 1989.10