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        巖石隧道涌水突泥后處治研究

        2015-11-01 05:57:53黃楊勝許智星陳思遠福建省建筑科學(xué)研究院福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室福建福州350025
        建材與裝飾 2015年6期
        關(guān)鍵詞:水突潰口巖溶

        黃楊勝 許智星 陳思遠(福建省建筑科學(xué)研究院 福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室 福建福州 350025)

        巖石隧道涌水突泥后處治研究

        黃楊勝許智星陳思遠
        (福建省建筑科學(xué)研究院福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室福建福州350025)

        隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,長大隧道的不斷建設(shè),在隧道開挖的過程中不可避免的會遇到涌水突泥等地質(zhì)災(zāi)害,若處理不當(dāng),將造成施工器械毀壞、工程延期以及施工成本增加等問題。其中預(yù)防和治理涌水突泥等地質(zhì)災(zāi)害成為隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)問題。本文結(jié)合龍廈鐵路象山隧道,通過分析涌水突泥后的治理措施,為類似涌水突泥的工程提供借鑒和參考。

        隧道;涌水突泥;治理措施

        在隧道建設(shè)的過程中,當(dāng)隧道施工進入巖溶高壓富水區(qū)段,很容易遇到突發(fā)性的大面積涌水、突泥現(xiàn)象,這種災(zāi)害不僅會對工程造成重大的經(jīng)濟損失,同時更對對施工人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅。如國外的仙妮斯峰隧道、阿爾卑斯山隧道在施工中遇到了巖溶突水、突泥和底板塌陷等問題,國內(nèi)的大瑤山隧道的巖溶突水形成泥石流給隧道營運造成長期危害。本文通過對進行分析,探討了災(zāi)害形成原因,并對發(fā)生后的治理措施,為隧道突水涌泥治理提供幾點參考。

        1 案例資料

        1.1工程概況

        新建龍巖-廈門鐵路屬國家重點工程項目,設(shè)計速度200km/h。象山隧道位于福建省境內(nèi),是全線最長的雙洞單線隧道和最重要的控制工程。隧道起于福建省龍巖市新羅區(qū)曹溪鎮(zhèn)三坑村,經(jīng)過適中鎮(zhèn)新祠村、象山村,止于漳州市南靖縣和溪鎮(zhèn)樂土村。隧道左洞長15898m,右洞長15917m,最大埋深830m,分進、出口和5座斜井共24個開挖面施工。隧道地質(zhì)條件極為復(fù)雜,斜井和正洞穿越煤層、巖溶地層、斷層破碎帶,下穿村莊、水庫、河流等諸多不良地質(zhì)段,存在突水突泥、地表失水、地面塌陷、煤層瓦斯等地質(zhì)問題。

        1.2涌水突泥災(zāi)害分析

        由于象山中地層分布以巖溶化地層為主,東西兩側(cè)則以非溶巖化地層分布為主,河間的地下水位和導(dǎo)水網(wǎng)絡(luò)集中,施工過程中多次出現(xiàn)涌水情況,實測水壓約為1.5MPa,在2012年11月21日隧道開工挖到Y(jié)DK24+140時,工作面上突然出現(xiàn)大量的涌水和突泥,導(dǎo)致4.015km的隧道被淹沒,估算涌泥量大約為14000m3,因隧道反坡開挖,導(dǎo)致涌水在洞內(nèi)積蓄無法排出,積水量約為49.56m3。同時災(zāi)害引起地表周圍出現(xiàn)大規(guī)模的下沉,嚴(yán)重地區(qū)最大下沉量到達635mm,引發(fā)塌陷48處,受災(zāi)波及面十分廣泛,地表建筑物均出現(xiàn)了不同程度的開裂和破壞。由于降雨影響,饋口處再次發(fā)生涌水,最高峰值達到每小時6718m3。受到自然災(zāi)害的影響,隧道與地表水連通性增強,地表水可以更為直接的補水,增加了施工難度和風(fēng)險,并提高了淤泥清理、巖溶涌泥治理的技術(shù)要求。

        1.3涌水突泥的形成原因和影響

        隧道開挖前,巖體受力處于自然平衡的狀態(tài),開挖后,巖體內(nèi)部出現(xiàn)臨空面,應(yīng)力平衡遭到破壞,地下水流狀態(tài)同時也發(fā)生改變。由于局部應(yīng)力集中,導(dǎo)致原有巖體節(jié)理裂隙擴大,地下水流量與流速同時增大,對圍巖的壓力也同時增大,圍巖的受力到達臨界點后,就會發(fā)生涌水突泥現(xiàn)象。該地區(qū)地層分布以巖溶化地層為主,地下水較為集中,開挖后地下水集中涌向隧道內(nèi),也即水溶腔,導(dǎo)致水溶腔壓力過大引發(fā)突水涌泥的現(xiàn)象。

        若發(fā)生涌水突泥災(zāi)害后,沒有合理的應(yīng)對措施,則很有可能引發(fā)二次涌水突泥,因此治理中對有關(guān)技術(shù)和工藝的要求十分高,本文對泄水降壓的處理、注漿處理方案的設(shè)計等方面進行了闡述與分析。

        2 治理突水涌泥采取采取的措施

        由于隧道為反坡開挖,隧道內(nèi)淤積大量淤泥與地下水,為避免排淤排水的重復(fù)進行,固采用地表深孔封堵,泄水降壓以及注漿加固的技術(shù)治理突水涌泥災(zāi)害。

        2.1地表孔投料封堵技術(shù)

        如圖1所示1#、2#、3#、6#和7#孔為投料孔,4#、5#孔為注漿孔。

        ①將1#、2#和3#孔作為骨料的投放口,利用鉆桿導(dǎo)出淤泥,伴隨泵送清水進行清洗。清洗完畢后,先投入直徑約為2~3cm灰?guī)r石子作為過濾層,每投10m3的石子用電鉆進行一次試探,防治石子堵孔,石子的填充高度要接近帽落頂。②6#孔和7#孔的淤泥較多,清洗后,從孔中注入水灰比為3:5的水泥漿,同時投入直徑為0.5~1.5cm的灰?guī)r石子,每頭5m3用鉆頭試探一次,防止堵孔。④通過4#、5#孔對松動巖注進行加固,由于松動巖周圍有排水管,避免在排水時涌出的泥沙將洞口堵住,要用含石灰水60%的單泥漿液進行填充,對松動巖的加固在高出拱頂4m以上,注漿量不要超過加固范圍的30%,注漿完成后,用速凝水泥進行封孔。

        地表投料完成后,實現(xiàn)了“堵泥排水”的目標(biāo),涌水量穩(wěn)定在每小時150~180m3,水中的含沙量不超過5%,地表封堵完工后,實現(xiàn)在排水泄壓的基礎(chǔ)上進行淤泥清理工作,為治理潰口提供了有利條件。

        2.2泄水降壓措施

        通過對象山輔助洞周邊的地理環(huán)境和地質(zhì)條件的分析,采用“只堵不排”的治理方針進行施工[3-5]。通過分析可知象山輔助洞涌水點具有如下特點:突發(fā)性、高壓、流量穩(wěn)定等,給涌水的封堵工作帶來了很大難度,比較可行的辦法是在封堵前先做好涌水的導(dǎo)流工作,之后采用帷幕注漿進行堵水。

        圖1 地表孔投料封堵孔位圖

        具體施工步驟如下:①施作減壓進行分流,先用自制鋼罩罩住鉆爆孔內(nèi)高壓噴射水,令施工人員可以靠近高壓噴射孔進行工作,在利用施作減壓分流孔降低涌水壓力,在降低噴射壓力的同時有效消除涌水化霧現(xiàn)象,如果涌水壓力過大可以采用多孔分流,令高壓噴射涌水變成可控水。②加套管進行施工,在分流孔上安裝套管,灌入水泥漿進行加固,之后檢查能否與高壓噴射孔貫通,減壓分流成功后采用大直徑鉆頭在高壓噴射孔上進行鉆孔,之后將套管安裝與鉆爆孔和減壓分流孔上,注入水泥漿進行加固,將鉆爆孔的涌水變?yōu)榭煽厮鐖D1。④當(dāng)涌水轉(zhuǎn)為可控水之后,要及時用混凝土封閉掌子面,混凝土厚度根據(jù)涌水情況和地質(zhì)環(huán)境而定,但不能低于3m。在漿孔的位置預(yù)留埋口管,制作導(dǎo)管起導(dǎo)向作用,通常采用無縫鋼管進行制作,外露范圍控制在30cm左右為佳。

        2.3注漿處理方案的設(shè)計

        待處理涌水突泥段里程為YDK24+177~YDK24+140,為了提高高壓富水巖溶區(qū)的注漿效果,加快施工進度,同時對掌子面和潰口墻進行注漿加固。YDK24+140工作面為潰口墻的涌水突泥處,鉆孔必須穿過該地段初期支護,在鉆孔過程中極易對初期支護造成破壞,對后期的開工安全造成很大影響,因此在開鉆前需對潰口處用松散的泥沙進行局部加固。鉆孔時,根據(jù)加固的實際情況適當(dāng)?shù)耐卣辜庸堂?,以保證終孔里程穿過涌水突泥的潰口區(qū)。加固范圍直徑為7.8m,以硫酸鋁鹽水單液漿作為主要注漿材料,與水的配比為0.8:1到1:1.2,漿液的凝膠時間不得低于45min,但也不要超過80min??v向的加固里程為YDK24+140~ YDK24+160,該區(qū)域未經(jīng)開挖,作為涌水突泥巖溶段的重點加固段,需采用全斷面超前預(yù)注漿。

        2.4注漿中應(yīng)該注意的技術(shù)問題

        ①進行加固注漿前對排水管實施頂水注漿,減少加固前出現(xiàn)突發(fā)涌水的概率。由于注漿加固采用的是全斷面前進式分段注漿工藝,必須嚴(yán)格按照規(guī)定的工序,由外到內(nèi)的展開,保證注漿的效果。②在加固過程中,從經(jīng)濟角度考慮要控制好漿液的擴散范圍,避免不必要的浪費,若漿液的粘稠度過高擴散范圍太廣,容易堵住高位泄水孔。所以在注漿過程中要嚴(yán)格調(diào)配好漿液的比例,通過多次少注達到對加固范圍的控制。同時也可以在距注漿孔直徑不超過35mm的范圍內(nèi)用pvc進行孔底注漿,提高注漿效果,并方便對地層成孔進行檢查。④在注漿孔下加入玻璃纖維錨桿,增強加固體的抗變形能力,通過實驗比較,添加了玻璃纖維錨桿的加固體受壓變形程度減少了80%。

        注漿完成后,在注漿薄弱區(qū)域鉆設(shè)鉆孔進行檢查,發(fā)現(xiàn)鉆孔處的出水量不超過每分鐘0.2L,符合國家規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)。通過對孔內(nèi)成像進行檢查,發(fā)現(xiàn)填充層密度高、穩(wěn)定性好,該潰口墻的加固到達預(yù)期效果,為隧道安全的開挖提供了有利的保障。

        3 總結(jié)

        綜上所述,作為一種自然災(zāi)害,涌水突泥具有危害大,治理難等特點,本文以龍廈鐵路象山隧道突水涌泥為案例,并介紹了突水涌泥的治理方案和防治技術(shù),為以后涌水突泥的治理提供了參考。

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        U455.49

        A

        1673-0038(2015)06-0162-02

        2015-1-25

        黃楊勝(1988-),助理工程師,碩士,從事橋梁隧道檢測工作。

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