陳 劍, 魏義山, 江 紅, 何 衛(wèi), 王樹英， 胡欽鑫

(1. 中交第三航務(wù)工程局有限公司南京分公司， 江蘇 南京 210000； 2. 中交三航局第三工程有限公司，江蘇 南京 210000； 3. 中南大學(xué)土木工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410075)

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地鐵暗挖隧道斷層破碎帶突水涌砂原因分析及處治技術(shù)

陳 劍1, 2, 魏義山1, 2, 江 紅1, 2, 何 衛(wèi)3,*, 王樹英3， 胡欽鑫3

(1. 中交第三航務(wù)工程局有限公司南京分公司， 江蘇 南京 210000； 2. 中交三航局第三工程有限公司，江蘇 南京 210000； 3. 中南大學(xué)土木工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410075)

青島黃島區(qū)某地鐵區(qū)間隧道穿越斷層破碎帶時(shí)發(fā)生突水涌砂地質(zhì)災(zāi)害，為保證隧道施工安全及后續(xù)順利開挖，對(duì)富水?dāng)鄬悠扑閹凰可霸蚣傲W(xué)形成過(guò)程進(jìn)行分析。富水?dāng)鄬悠扑閹Х€(wěn)定性差，未進(jìn)行有效加固，在開挖卸荷和爆破擾動(dòng)雙重作用下，巖體防突水層厚度超過(guò)臨界狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致掌子面發(fā)生突水涌砂?？紤]到地鐵暗挖隧道施工空間狹小、材料運(yùn)輸不便等特點(diǎn)，采用以地表模袋注漿為主、洞內(nèi)堵水注漿為輔的綜合處治措施。結(jié)果表明： 注漿加固后的掌子面濕潤(rùn)無(wú)流動(dòng)水，漿脈清晰可見，滲漏水量小于1.5 L/(min·m)，滲流通道得到有效封堵，保證隧道順利通過(guò)突水涌砂段。

地鐵暗挖隧道； 斷層破碎帶； 突水涌砂； 模袋注漿

0 引言

隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的迅猛發(fā)展，地鐵隧道數(shù)量越來(lái)越多，隧道施工過(guò)程中發(fā)生突水、涌砂災(zāi)害也更加頻繁，其中斷層破碎帶突水、涌砂的問(wèn)題占比很大。突水、涌砂災(zāi)害會(huì)給隧道施工和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大危害，使工程遭受巨大損失[1]。因此，有必要對(duì)隧道斷層破碎帶突水、涌砂力學(xué)機(jī)制及注漿加固處理技術(shù)等開展研究。

眾多學(xué)者對(duì)斷層破碎帶突水、涌砂力學(xué)機(jī)制及其處治技術(shù)進(jìn)行了研究。在機(jī)制研究方面： 李曉昭等[2]分析斷裂破碎帶變形活化及其導(dǎo)水機(jī)制，提出斷裂變形活化及導(dǎo)水具有時(shí)空效應(yīng)的特點(diǎn)； 錢鳴高等[3]從不同斷層類型角度分別研究了相應(yīng)的突水機(jī)制； 李利平等[4]基于現(xiàn)場(chǎng)突水實(shí)例分析和數(shù)值模擬結(jié)果，認(rèn)為應(yīng)從突水通道形成的微觀作用機(jī)制和突水失穩(wěn)的宏觀力學(xué)判據(jù)2方面研究突水機(jī)制，并應(yīng)考慮地質(zhì)因素和工程因素的雙重影響。在處治技術(shù)方面： 文獻(xiàn)[5-9]結(jié)合具體工程實(shí)例，詳細(xì)介紹凍結(jié)法、泄能降壓法和帷幕注漿加固法等隧道斷層破碎帶突水、涌泥處理控制技術(shù)，并進(jìn)行適用性分析； 周軍偉[10]針對(duì)白云隧道突水、突泥情況，采用迂回導(dǎo)坑、注漿和管棚加固等綜合措施處理。在地鐵暗挖隧道預(yù)注漿加固方面： 錢莊等[11]針對(duì)地鐵區(qū)間砂土覆蓋型巖溶地層盾構(gòu)隧道，提出采用袖閥管地面注漿技術(shù)對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)加固處理； 來(lái)弘鵬等[12]根據(jù)西安地鐵淺埋暗挖區(qū)間黃土隧道現(xiàn)場(chǎng)施工情況，采用二重管無(wú)收縮注漿技術(shù)對(duì)隧洞進(jìn)行預(yù)加固； 劉俊成[13]采用水平旋噴樁技術(shù)對(duì)地鐵區(qū)間富水砂層進(jìn)行預(yù)加固處理。上述研究多是針對(duì)大跨度深埋山嶺隧道斷層破碎帶突水涌砂機(jī)制、處理技術(shù)及地鐵暗挖隧道注漿預(yù)加固技術(shù)等方面，而在小跨度淺埋地鐵隧道掌子面突水涌砂后期注漿加固處治技術(shù)方面的研究成果較少。

本文結(jié)合青島黃島區(qū)某地鐵區(qū)間隧道斷層破碎帶突水、涌砂工程實(shí)例，在分析隧道突水、涌砂原因的基礎(chǔ)上，提出適用于地鐵暗挖隧道斷層破碎帶突水涌砂后期治理的地表模袋注漿結(jié)合洞內(nèi)堵水注漿的綜合處治措施，并對(duì)處治效果進(jìn)行分析。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

青島黃島區(qū)某地鐵區(qū)間隧道為雙洞單線隧道，右線區(qū)間隧道為Ⅵ圍巖，隧道斷面形式為馬蹄形，開挖斷面面積為42.1 m2。隧道斷面尺寸和部分支護(hù)參數(shù)見圖1，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。初期支護(hù)采用中空注漿錨桿、鎖腳鋼管、超前小導(dǎo)管、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土和格柵鋼架。雙排超前小導(dǎo)管采用直徑為42 mm、壁厚3 mm的鋼管，長(zhǎng)度為3.5 m，環(huán)縱間距0.3 m×0.5 m，拱部120°布置； 采用φ8 mm鋼筋網(wǎng)單層布置，網(wǎng)絡(luò)間距為 0.15 m×0.15 m； 格柵鋼架間距為50 cm； 二次襯砌為模筑鋼筋混凝土，初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)全封閉防水隔層。區(qū)間隧道Ⅵ級(jí)圍巖采用上下臺(tái)階預(yù)留核心土爆破開挖法施工，施工目標(biāo)為每循環(huán)開挖0.5 m，每日2個(gè)循環(huán)，日進(jìn)尺1 m。

圖1 隧道橫斷面(單位： mm)Fig. 1 Cross-section of tunnel (mm)

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料，右線區(qū)間隧道于YCK12+395處開始通過(guò)F2斷裂帶，斷裂帶以砂土狀、塊狀碎裂巖為主，局部可見綠泥石、綠簾石化及斷層泥礫，走向北東，傾向308°，傾角70°～75°，斷裂附近發(fā)育近南北向裂隙，近場(chǎng)區(qū)也多發(fā)育塊狀碎裂巖及節(jié)理密集帶。右線隧道YCK12+395處自上至下地層及其物理力學(xué)參數(shù)見表1，地層縱斷面分布情況見圖2，揭露地下水類型主要為第四系孔隙潛水、第四系孔隙承壓水、上層滯水和基巖裂隙水，其中： 孔隙潛水和承壓水主要賦存于第層含黏性土粗礫砂層，第四系孔隙上層滯水主要賦存于第①1層雜填土，基巖裂隙水主要賦存于角礫凝灰?guī)r強(qiáng)中風(fēng)化帶及其節(jié)理密集帶，地下水徑流深度較大，徑流方向復(fù)雜。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physico-mechanical parameters of strata

圖2 YCK12+395處地質(zhì)縱斷面(單位： mm)
Fig. 2 Geological profile of section YCK12 + 395 (mm)

2 隧道突水、涌砂過(guò)程及原因分析

2.1 隧道突水、涌砂過(guò)程

隧道右線從大里程往小里程方向開挖，實(shí)際于YCK12+400處揭示橫向夾泥斷裂破碎帶，比地勘提示里程YCK12+395提前穿越斷層破碎帶。隧道進(jìn)行上臺(tái)階爆破開挖，進(jìn)尺0.5 m，排煙后觀察掌子面圍巖情況，可見斜向上約45°夾泥斷裂與垂直斷裂相交于掌子面左側(cè)。在挖掘機(jī)處理爆破廢渣過(guò)程中，橫向斷裂帶開始向下滑落，滑落面積不斷增大，塌方范圍約為掌子面左側(cè)2 m×2 m范圍，現(xiàn)場(chǎng)立即進(jìn)行掌子面掛網(wǎng)噴漿和封閉工作，同時(shí)進(jìn)行應(yīng)急監(jiān)測(cè)，此時(shí)掌子面滑落石渣約20 m3。在掛網(wǎng)噴漿過(guò)程中，掌子面左側(cè)距拱頂1.5 m處發(fā)生突水、涌砂(見圖3)，從塌方到掌子面重新穩(wěn)定時(shí)段內(nèi)，最大水壓達(dá)0.1 MPa，最大涌水速度為2 m3/min，總涌水量約432 m3，總涌砂量約10.5 m3，涌砂長(zhǎng)度為5.5 m。

圖3 掌子面突水、涌砂

Fig. 3 Water inrush and sand gushing of tunnel face at section YCK12+400

2.2 突水、涌砂原因分析

突水、涌砂段位于斷層破碎帶處，圍巖穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)松散，節(jié)理裂隙發(fā)育，含導(dǎo)水通道封閉，充填有原巖碎塊、泥土充填物，綠泥石化比較嚴(yán)重，同時(shí)斷層破碎帶上方是含黏性土粗礫砂地層，自穩(wěn)性差，富含大量地下水，即構(gòu)成隧道突水、涌砂的地質(zhì)條件。現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，地質(zhì)勘查不明，掌子面前方地質(zhì)發(fā)生突變，提前進(jìn)入斷層破碎帶施工，未有效進(jìn)行注漿加固，爆破開挖也對(duì)圍巖產(chǎn)生較大的損傷擾動(dòng)，含導(dǎo)水通道連通，導(dǎo)致地下水動(dòng)力系統(tǒng)以及圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生急劇變化，即構(gòu)成隧道突水的工程因素。

2.3 突水、涌砂力學(xué)分析

在隧道突水、涌砂地質(zhì)條件和工程因素分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行隧道突水、涌砂力學(xué)過(guò)程分析，可為下一步制定處治措施提供理論依據(jù)。富水?dāng)鄬悠扑閹г陂_挖卸荷、爆破擾動(dòng)等多種因素共同作用下，發(fā)生斷層變形及導(dǎo)水活化，進(jìn)而誘發(fā)隧道突水涌砂地質(zhì)災(zāi)害，屬于復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題。李生杰等[14]提出的雙向受壓涌水力學(xué)概化模型(見圖4)物理意義明確，且簡(jiǎn)單易懂，應(yīng)用廣泛，因此本文采用該模型對(duì)隧道富水?dāng)鄬悠扑閹凰⒂可笆Х€(wěn)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行分析。

α為斷層傾角；σ1為斷層受到的第一主壓應(yīng)力；σ3為最小主壓應(yīng)力。

圖4 雙向受壓涌水力學(xué)概化模型

Fig. 4 Generalized mechanical model of bi-directional compression water gushing

斷層面上的應(yīng)力狀態(tài)可表示為：

(1)

斷層面發(fā)生變形活化導(dǎo)致隧道涌水時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)為：

(2)

由Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則可得受孔隙水壓力影響的巖體剪切強(qiáng)度

τ=σ′tanφf(shuō)+cf=(σ-pw)tanφf(shuō)+cf。

(3)

式中：σ′為有效應(yīng)力；pw為孔隙水壓力。

在隧道開挖至涌水失穩(wěn)掌子面過(guò)程中，水壓能量不斷積聚，巖體防突水層厚度不斷減小直至超過(guò)臨界狀態(tài)，此時(shí)σ3將變得很小，幾乎接近于0，而且地下水的靜力溶蝕和動(dòng)力沖蝕導(dǎo)致cf與φf(shuō)降低，從而導(dǎo)致斷層面活化應(yīng)力強(qiáng)度[σ1]active下降，不足以抵擋突涌混合物的重力、侵蝕力及沖擊力，繼而發(fā)生涌水現(xiàn)象； 同時(shí)地下水沿掌子面上方含黏性土粗礫砂地層滲入，由于掌子面圍巖力學(xué)失穩(wěn)滑動(dòng)導(dǎo)致破裂帶擴(kuò)展，使地下水滲流速度超過(guò)礫砂細(xì)小顆粒發(fā)生管涌的臨界狀態(tài)，礫砂被地下水帶走形成地下水動(dòng)力裹砂失穩(wěn)現(xiàn)象，繼而發(fā)生突水、涌砂災(zāi)害。

3 隧道突水、涌砂綜合處治措施

掌子面發(fā)生突水、涌砂后，現(xiàn)場(chǎng)立即采用臨時(shí)搶險(xiǎn)措施防止災(zāi)害進(jìn)一步加劇。在明確隧道突水、涌砂發(fā)生的原因后，對(duì)斷層破碎帶進(jìn)行注漿加固。一方面，考慮從地表運(yùn)輸材料、機(jī)械設(shè)備等至洞內(nèi)不便，且洞內(nèi)施工空間狹小、注漿機(jī)械設(shè)備布置有限、施工進(jìn)度慢等因素； 另一方面，為保證注漿效果，需對(duì)洞內(nèi)突水點(diǎn)進(jìn)行有效攔截。綜合考慮各方面因素，決定采用以地表模袋注漿為主、洞內(nèi)堵水注漿為輔的綜合處治措施。

3.1 臨時(shí)搶險(xiǎn)措施

在掌子面圍巖發(fā)生滑動(dòng)后，現(xiàn)場(chǎng)立即反堆核心土，并進(jìn)行掌子面掛網(wǎng)噴漿及封閉工作。在掛網(wǎng)噴漿過(guò)程中，掌子面左側(cè)距拱頂1.5 m處發(fā)生突水、涌砂，立即采用臨時(shí)搶險(xiǎn)措施，即調(diào)用挖掘機(jī)、裝載機(jī)調(diào)運(yùn)爆破石渣反壓回填掌子面突水涌砂點(diǎn)，反壓回填石渣約90 m3后停止施工，然后依次進(jìn)行袋裝水泥封墻、掌子面掛網(wǎng)噴漿施工，并同時(shí)預(yù)埋4根φ108 mm鋼管(作為泄水口)和4根注漿管，為后續(xù)突水、涌砂綜合治理做準(zhǔn)備。

3.2 洞內(nèi)堵水注漿

1)鉆孔布置。注漿孔孔位布置見圖5，采用潛孔鉆機(jī)成孔，孔徑為75 mm，共設(shè)3排注漿孔，采用跳孔鉆進(jìn)方式打設(shè)，孔底位于原掌子面向前2 m，角度斜向上5°，鉆孔長(zhǎng)度為10 m，每排注漿孔水平間距均為1 m，每孔鉆至孔底后即注漿。

圖5 掌子面注漿孔布置(單位： mm)Fig. 5 Layout of grouting holes on tunnel face (mm)

2)注漿施工參數(shù)。先進(jìn)行水下不分散漿液[15](磷酸-水玻璃)注漿施工，水玻璃密度為1.38 g/cm3，波美度為40 °Bé，磷酸密度為1.7 g/cm3，兩者質(zhì)量比為85%。注漿前先將水玻璃與水按1∶1稀釋成水玻璃溶液，磷酸與水按1∶10稀釋成磷酸溶液，再將2種溶液按1∶1混合均勻，擴(kuò)散半徑為1.5～2.0 m，注漿壓力為1.0～1.5 MPa，漿液凝固時(shí)間控制在40 s，以便封堵突水、涌砂點(diǎn)。然后進(jìn)行水泥-水玻璃雙液漿注漿施工，水玻璃模數(shù)為2.4～3.4，波美度為(35～40) °Bé，水灰質(zhì)量比為1∶1，水泥水玻璃體積比為1∶0.5～1∶1，注漿壓力為 0.8～1.2 MPa，注漿擴(kuò)散半徑為1～1.2 m，漿液凝固時(shí)間控制在30 s。

3)注漿效果檢查。在堵水注漿完成后，參照文獻(xiàn)[16]，在拱頂、左拱腰和右拱腰位置各設(shè)1個(gè)檢查孔，共計(jì)3個(gè)。若檢查孔成孔完整，鉆孔過(guò)程中沒有發(fā)生突水、涌砂現(xiàn)象，鉆孔流水量<0.1 L/(min·m)，且檢查孔放置1 h后也沒有發(fā)生突水、涌砂現(xiàn)象，則判斷洞內(nèi)堵水注漿效果達(dá)到要求； 否則應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔注漿或重新設(shè)計(jì)。

3.3 地表模袋注漿

3.3.1 模袋注漿加固原理

地表模袋注漿加固原理見圖6： 注漿鉆孔完成后，下放包裹模袋的鋼花管，模袋長(zhǎng)度為3 m。首先向模袋中注入漿液，使模袋充滿漿液并壓緊鉆孔周邊地層，通過(guò)模袋對(duì)目標(biāo)注漿層以上的巖土體進(jìn)行擠密加固，模袋與土體擠密加固區(qū)域形成止?jié){巖盤使?jié){液不能向上返漿，避免漿液在鉆孔淺部進(jìn)入地層造成無(wú)效的漿液擴(kuò)散，保證漿液在鉆孔注漿加固目標(biāo)區(qū)域內(nèi)注入地層，從而實(shí)現(xiàn)漿液在目標(biāo)區(qū)域的有效留存。為避免注漿管端阻礙漿液擴(kuò)散，留設(shè)1 m裸孔段作為進(jìn)漿段。

H1為膨脹模袋頂部至地表距離；H2為模袋注漿加固深度。

圖6 模袋注漿加固原理(單位： mm)
Fig. 6 Reinforcement principle of membrane bag grouting (mm)

3.3.2 注漿加固范圍、材料及參數(shù)

1) 注漿加固范圍。根據(jù)隧道區(qū)域地質(zhì)資料及注漿加固需求，地表注漿加固范圍左右邊界為隧道輪廓線以外2 m，上邊界為拱頂以上3 m，下邊界為拱頂以下5 m。

2) 模袋性能指標(biāo)。模袋為高強(qiáng)紡織土工密封模袋，縫制直徑為60 cm，模袋抗拉強(qiáng)度和縫合強(qiáng)度均為22 kPa。

3) 漿液類型。漿液為水泥-水玻璃雙漿液和水泥單液漿，雙液漿水灰質(zhì)量比為1∶1，水泥水玻璃體積比為1∶1，漿液配比可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿情況實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)； 水玻璃模數(shù)為2.4～3.4，波美度為(35～40) °Bé。

4) 注漿壓力與注漿擴(kuò)散半徑。結(jié)合青島地鐵類似地層注漿施工經(jīng)驗(yàn)及其他淺埋隧道注漿工程經(jīng)驗(yàn)，確定注漿壓力為0.8～1.2 MPa，注漿擴(kuò)散半徑為1.0～1.2 m。

5) 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。以單孔注漿量為10 m3和注漿終壓為1.5 MPa作為控制指標(biāo)，采用“量-壓”雙控注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。具體標(biāo)準(zhǔn)如下： ①當(dāng)注漿量未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)但注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓且維持10 min以上時(shí)，停止注漿； ②當(dāng)注漿量達(dá)到單孔設(shè)計(jì)注漿量后，若注漿壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，可通過(guò)調(diào)整漿液凝膠時(shí)間達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，并停止注漿。

3.3.3 地表模袋注漿現(xiàn)場(chǎng)施工

地表鉆孔布置見圖7。采用垂直鉆孔，鉆孔位置按梅花形布置，鉆孔間距為1.5 m，注漿范圍為加固范圍上邊界以下區(qū)域，施工步序如下。

1)在地表打設(shè)φ89 mm鉆孔，隧道開挖輪廓兩側(cè)注漿鉆孔深度為26.6 m，下長(zhǎng)度為25.6 m的φ42 mm鋼管。在鋼管壁尾部以上7 m范圍內(nèi)開設(shè)注漿花孔，花孔直徑為10 mm，間距15 cm，采用梅花形布置，距離鋼管尾部7～10 m包裹模袋； 隧道開挖輪廓范圍內(nèi)注漿鉆孔深度為22.6 m，下長(zhǎng)度為21.6 m的φ42 mm鋼管，在管壁尾部以上3 m范圍內(nèi)開設(shè)注漿花孔，花孔直徑為10 mm，間距為15 cm，采用梅花形布置，距離鋼管尾部3～6 m包裹模袋。

2)通過(guò)φ20 mm鐵管對(duì)模袋進(jìn)行雙液注漿，并在注漿結(jié)束后進(jìn)行孔口管封閉施工，從而形成止?jié){巖盤，有效防止?jié){液沿管壁向上擴(kuò)散。

3)通過(guò)φ42 mm鋼管注漿花孔實(shí)現(xiàn)斷層破碎帶注漿加固，先注入水泥單液漿，使之在地層中充分?jǐn)U散充填孔隙，當(dāng)注漿壓力發(fā)生突變或當(dāng)持續(xù)注漿時(shí)間為15～20 min但注漿壓力未發(fā)生突變時(shí)，再注入凝結(jié)速度快的雙液漿進(jìn)行封堵。

4 處治效果分析

注漿效果檢查方法有分析法、檢查孔法、開挖取樣法、變位推測(cè)法和物探法等5類14種方法[16]。一般來(lái)說(shuō)，注漿加固有提高圍巖強(qiáng)度和降低巖土層滲透性2個(gè)目的，評(píng)價(jià)注漿加固效果最準(zhǔn)確的方法是通過(guò)鉆孔取芯進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和抗?jié)B試驗(yàn)，但受現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和環(huán)境條件限制，本文從超前水平鉆孔滲漏水量和開挖掌子面情況2方面對(duì)突水、涌砂處治效果進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。

(a) 鉆孔布置平面圖

(b ) 鉆孔布置橫截面圖

4.1 超前水平鉆孔滲漏水量分析

在隧道掌子面YCK12+403處布設(shè)3個(gè)超前水平鉆孔，長(zhǎng)度均為20 m，測(cè)定每個(gè)水平鉆孔滲漏水量，發(fā)現(xiàn)鉆孔滲漏水量均明顯小于1.5 L/(min·m)[17]，可認(rèn)為治理措施達(dá)到一定效果，突水通道得到有效封堵。

4.2 掌子面揭露圍巖分析

在初步判斷治理措施達(dá)到效果后，重新進(jìn)行爆破開挖。掌子面開挖情況見圖8，可以明顯觀察到掌子面濕潤(rùn)無(wú)流動(dòng)水，圍巖中軟弱夾層和節(jié)理裂隙被漿液填充形成清晰可見的漿脈，在掌子面的前方和上方形成固化區(qū)域，滲流通道得到封堵，地下水流動(dòng)得到有效限制。此外，地表無(wú)明顯隆起情況，說(shuō)明漿液有效存留在目標(biāo)區(qū)域。

圖8 重新開挖掌子面情況Fig. 8 Surrounding rock of tunnel face after grouting

5 結(jié)論與討論

1) 隧道穿越富水?dāng)鄬悠扑閹r(shí)，在開挖卸荷和爆破擾動(dòng)雙重作用下，巖體防突水層厚度超過(guò)臨界狀態(tài)，地下水滲流速度超過(guò)礫砂細(xì)小顆粒發(fā)生管涌的臨界狀態(tài)，礫砂顆粒被地下水裹動(dòng)帶走，繼而發(fā)生突水、涌砂災(zāi)害。

2) 采用以地表模袋注漿為主、洞內(nèi)堵水注漿為輔的綜合處治措施，對(duì)青島黃島區(qū)某地鐵區(qū)間斷層破碎帶突水、涌砂災(zāi)害進(jìn)行治理，結(jié)果表明掌子面濕潤(rùn)無(wú)流動(dòng)水，漿脈清晰可見，滲漏水量小，該處治措施能有效提高斷層破碎帶圍巖強(qiáng)度，降低地層滲透性，封堵滲流通道，保證隧道順利通過(guò)突水、涌砂段。

3) 富水?dāng)鄬悠扑閹凰可笆Х€(wěn)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程，僅從簡(jiǎn)化力學(xué)模型來(lái)進(jìn)行分析是不全面的，下一步將結(jié)合數(shù)值模擬建立含有斷層破碎帶的三維精細(xì)化模型，對(duì)斷層破碎帶變形活化涌水機(jī)制進(jìn)行更深入的研究。

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寧波軌道交通又一技術(shù)創(chuàng)新啟動(dòng) “T”接隧道技術(shù)已立項(xiàng)

繼“陽(yáng)明號(hào)”之后，寧波軌道交通又有一項(xiàng)重大技術(shù)創(chuàng)新啟動(dòng)。寧波軌道交通召開“機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道裝備及設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)”(簡(jiǎn)稱“T”接隧道技術(shù))立項(xiàng)論證會(huì)，專家組充分肯定項(xiàng)目組的技術(shù)路線和方案，已同意立項(xiàng)。

2016年11月11日，“陽(yáng)明號(hào)”盾構(gòu)施工的寧波軌道交通3號(hào)線一期出入段貫通，成為國(guó)內(nèi)第一條城市軌道交通類矩形盾構(gòu)隧道，也是世界上最大斷面的類矩形盾構(gòu)隧道。“T”接隧道技術(shù)主要是為了解決地下空間貫通的一些具體問(wèn)題，讓地下空間孤島更好地實(shí)現(xiàn)聯(lián)通。

隨著城市化進(jìn)程加快，地下空間面臨高強(qiáng)度開發(fā)。目前，軌道交通干線、市政管廊、商業(yè)停車場(chǎng)、商業(yè)體、人防工程和深層排水隧道等功能各異的地下空間體系已具規(guī)模，但各個(gè)地下空間缺少聯(lián)通，成了“空間孤島”。目前在寧波實(shí)現(xiàn)地下空間聯(lián)通基本上是采用冰凍法加礦山法，但這種二次開挖施工造價(jià)高。

如何尋找一個(gè)經(jīng)濟(jì)、安全、快捷的施工方法實(shí)現(xiàn)地下空間聯(lián)通？寧波大學(xué)教授、市軌道交通工程建設(shè)指揮部副總指揮、總工程師朱瑤宏說(shuō)： “寧波軌道交通立足于聯(lián)絡(luò)通道精細(xì)化的建設(shè)需求，開展盾構(gòu)隧道“T”接技術(shù)研發(fā)，以期系統(tǒng)解決地下工程網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通的技術(shù)難題，并有望應(yīng)用于寧波軌道交通4號(hào)線建設(shè)。該技術(shù)具有可拓展性，可在交通、市政和水利工程盾構(gòu)隧道連接工程中推廣應(yīng)用?！?/p>

(摘自 財(cái)經(jīng)頻道 http://money.163.com/17/0629/09/CO3B7SMR002580S6.html)

Causes Analysis and Countermeasures for Water Inrush and Sand Gushing in Fault and Fracture Zone during Mined Metro Tunnel Excavation

CHEN Jian1, 2, WEI Yishan1, 2, JIANG Hong1, 2, HE Wei3,*, WANG Shuying3, HU Qinxin3

(1.NanjingBranchofCCCCThirdHarborEngineeringCo.,Ltd.,Nanjing210000,Jiangsu,China; 2.No.3EngineeringCo.,Ltd.ofCCCCThirdHarborEngineeringCo.,Ltd.,Nanjing210000,Jiangsu,China; 3.SchoolofCivilEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,Hunan,China)

The causes and mechanical processes of water inrush and sand gushing of water-rich fault and fracture zone are analyzed so as to guarantee the safe construction of a mined metro tunnel in Huangdao District of Qingdao City. Under the action of excavation unloading and blasting disturbance, the thickness of waterproof layer of surrounding rock in water-rich fault and fracture zone with poor stability and without effective reinforcement exceeds limit, which leads to water inrush and sand gushing disaster. The comprehensive countermeasures of membrane bag grouting on ground surface and water stop grouting in tunnel are adopted considering disadvantages of mined metro tunnel construction, i. e. limited space and inconvenient material transport. The grouting effect shows that the working face after grouting is moist and with no flow water, the water leakage has been control within 1.5 L/(min·m); the seepage channels have been successfully sealed; and the safe and successful construction in water inrush and sand gushing sections of metro tunnel has been guaranteed.

mined metro tunnel; fault and fracture zone; water inrush and sand gushing; membrane bag grouting

2017-03-27;

2017-06-08

陳劍(1979—)，男，江蘇南京人，2001年畢業(yè)于東南大學(xué)，公路與橋梁專業(yè)，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事軌道交通項(xiàng)目施工管理工作。E-mail： 56650362 @qq.com。*通訊作者： 何衛(wèi)， E-mail： 1160227730@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.07.012

U 455.49

B

1672-741X(2017)07-0857-07