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(1.江西省高速公路投資集團有限責(zé)任公司， 江西 南昌 330025； 2.江西交通咨詢有限公司， 江西 南昌 330008； 3.山東大學(xué) 巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心， 山東 濟南 250061)

隧道施工常遇見富水?dāng)鄬樱捎跀鄬訋С涮罱橘|(zhì)軟弱破碎、地下水補給豐富，圍巖自穩(wěn)性極差，常引起隧道發(fā)生塌方、突水突泥等地質(zhì)災(zāi)害，危及隧道建設(shè)安全[1]。目前國內(nèi)外對于隧道突水突泥的治理積累了一定的經(jīng)驗，如文獻[2]針對南山寨隧道巖溶及破碎斷裂帶冒頂突泥情況，分析了隧道突泥誘因，采用了洞內(nèi)長管棚及CD法開挖的治理措施；文獻[3]結(jié)合梁山隧道富水滑動型軟弱帶突水突泥工程實際，采取了水平旋噴樁并輔以管棚支護的處理方案；文獻[4,5]針對隧道穿越軟土層和承壓含水層突涌水問題，選用凍結(jié)法和注漿法相結(jié)合的施工技術(shù)通過不良地質(zhì)段；文獻[6,7]基于溶洞潰水機制，采用釋能降壓法削減溶腔儲存的能量，從而降低隧道巖溶突水突泥風(fēng)險；文獻[8]分析了白云隧道巖溶富水段地質(zhì)情況，采用導(dǎo)坑迂回法對正洞突水突泥實施有效治理，避免了正洞處理難度大、時間長的問題；文獻[9-13]根據(jù)工程實際情況，以注漿法為主要技術(shù)措施，進行隧道突水突泥的處治。

隧道斷層突水突泥治理是一個系統(tǒng)的工程，目前雖有不少關(guān)于注漿治理的實踐研究，但提出有針對性、系統(tǒng)性和控制性的注漿治理技術(shù)相對較少。本文結(jié)合江西省吉蓮高速公路永蓮隧道左洞突水突泥實例，形成了包含地質(zhì)信息精細(xì)探測、控制性注漿以及注漿效果多方位分析檢查的注漿治理關(guān)鍵技術(shù)體系，災(zāi)害治理效果顯著，以期為類似地質(zhì)災(zāi)害治理提供借鑒。

1 工程概況

江西省吉蓮高速永蓮隧道左線長2 486 m，起訖里程ZK90+349～ZK92+835；右線長2 494 m，起訖里程YK90+335～YK92+829，屬分離式長隧道。隧道穿越剝蝕低山，地形起伏大。隧道區(qū)內(nèi)巖性復(fù)雜，基巖風(fēng)化較嚴(yán)重，洞身段圍巖主要為Ⅳ和V級圍巖，巖性以泥盆系互層砂巖、頁巖和石炭系石灰?guī)r為主，圍巖破碎、自穩(wěn)性較差。隧址區(qū)雨量充沛，區(qū)內(nèi)地下水水量豐富。隧道洞身發(fā)育5條規(guī)模較大的斷層帶，其中，F(xiàn)2斷層在左洞ZK91+311～+389附近與隧道45°相交，傾向E，傾角84°，受F2斷層帶影響，施工過程中坍塌及涌水時有發(fā)生。

隧道施工進入F2斷層后，隧道圍巖極破碎松散、風(fēng)化程度高，圍巖以頁巖為主，并處于頁巖、砂巖互層區(qū)。因砂巖富水，而頁巖內(nèi)含蒙脫石等礦物，遇水易崩解，圍巖軟化、泥化作用強烈。進口左洞施工至ZK91+316里程時，掌子面右側(cè)連續(xù)發(fā)生8次大規(guī)模突水突泥，總突泥量約17 000 m3，泥水量超過50 000 m3，隧道右壁形成直徑約1 m的突水突泥口。多次突泥突水造成中間巖柱靠近右洞YK91+371～+389上方山頂?shù)乇沓霈F(xiàn)大面積的塌陷，地陷平面呈不規(guī)則橢圓形，長短軸分別約55 m、33 m，面積約1 420 m2，深度約30 m。

2 地質(zhì)情況探測

災(zāi)害治理前，探明掌子面前方巖體巖性特征及其富水情況，以便科學(xué)制定技術(shù)措施。清淤、回填反壓、噴砼封閉和構(gòu)筑止?jié){墻穩(wěn)定掌子面后，采用瞬變電磁和鉆探法對左洞圍巖進行精細(xì)化探測。

2.1 瞬變電磁探測

結(jié)合前期地質(zhì)資料，采用回線源瞬變電磁三維多分量陣列式方法對掌子面前方60 m圍巖整體情況進行探測。掌子面ZK91+310布置6 m×6 m×4匝的發(fā)射回線，回線內(nèi)布設(shè)81個間距50 cm的矩形陣列式接收點，各接收點均采集三分量數(shù)據(jù)。

掌子面前方10 m主要為混凝土止?jié){墻及回填洞渣，故僅對掌子面前方10～60 m探測數(shù)據(jù)進行解析，得到圍巖整體電阻率分布如圖1所示。可知，掌子面前方ZK91+320～+370段圍巖整體電阻率值不大，判斷該區(qū)域圍巖破碎、含水率高，以泥質(zhì)充填物為主，縱向加固段長段不宜小于60 m。18～44 m存在大范圍低電阻異常體，推測隱伏較大型的含水構(gòu)造，治理過程中應(yīng)予高度重視。

圖1 掌子面前方10～60 m范圍圍巖電阻率分布情況Figure 1 Distribution of surrounding rock resistivity at 10～60 m ahead on tunnel face

2.2 鉆孔探測

在了解掌子面前方圍巖整體情況后，采用鉆探方法，準(zhǔn)確獲取前方巖體性能和地下水情況等地質(zhì)信息，克服注漿施工的盲目性。在拱頂、左拱腰、右拱腰、左拱腳、右拱腳、拱底和隧道中心布置7個探查孔，終孔在開挖輪廓線外圍6 m，孔深52 m。

2.2.1巖性及涌水情況

各探查孔相繼揭露斷層角礫、斷層巖及涌水。以隧道中心探查孔為例，0～4.8 m為混凝土，4.8～11.5 m風(fēng)化頁巖及風(fēng)化砂巖互層，11 m處涌水0.6 m3/h。11.5～20.5 m斷層泥，其中15～17 m段揭露最大涌水量為30 m3/h，后穩(wěn)定為15 m3/h，水壓約0.7 MPa。20.5～39 m破碎斷層角礫，含大量粉砂-粗砂的碎石，最大粒徑約1.2 cm，其中25～33 m段富水性強，在25 m、33 m處分別揭露最大涌水量45 m3/h及50 m3/h，后較長時間穩(wěn)定在24 m3/h左右，水壓約0.8 MPa；探孔施工過程中，該段因涌水量大，反復(fù)出現(xiàn)塌孔。39～52 m強風(fēng)化砂巖與頁巖互層，結(jié)構(gòu)破碎，巖粉粒徑為0.1～5 cm；41 m及47 m處分別揭露最大涌水量11 m3/h及0.6 m3/h，之后涌水量較小。

隧道中心探查孔施工中揭露峰值涌水后水量隨時間變化情況如圖2所示?？芍?，鉆孔揭露涌水后，經(jīng)較長時間放水，水量并無顯著減少，直至最終塌孔。推測前期多次突泥突水形成了塌穴塌腔，演化為隱伏高壓泥水腔體，腔體蓄水量大、導(dǎo)水性好。

圖2 探孔峰值涌水處水量隨時間變化情況Figure 2 Changes of exploration hole water inflow over time after peak value

2.2.2高壓泥水腔體邊界分析

根據(jù)探查孔揭露的涌水量及其隨深度、時間變化情況，繪制高壓泥水腔體邊界分布，如圖3、圖4示。推測，高壓泥水腔體位于ZK91+327～ZK91+353區(qū)域，左邊界位于左側(cè)開挖輪廓線以內(nèi)，右邊界向中間巖柱延伸，可能隱伏突水突泥通道。泥水腔體水量大、水壓高，是突水突泥治理的關(guān)鍵區(qū)域。

圖3 高壓泥水腔體探測立面投影圖(單位： cm)Figure 3 Detection vertical plane projection of slurry cavity with high pressure(Unit: cm)

圖4 高壓泥水腔體探測平面投影圖(單位： cm)Figure 4 Detection planar projection of slurry cavity with high pressure(Unit: cm)

3 控制性注漿技術(shù)

根據(jù)探測結(jié)果，應(yīng)對掌子面前方至少60 m進行系統(tǒng)帷幕注漿加固。帷幕注漿設(shè)計為3個循環(huán)，每循環(huán)加固段長30 m，均采用全斷面帷幕注漿。以ZK91+310～+340第一循環(huán)治理段為例，闡述斷層突水突泥控制性注漿治理技術(shù)。

3.1 止?jié){墻構(gòu)筑

施作止?jié){墻以控制漿液擴散和安全施工。止?jié){墻采用3 m厚C25混凝土，周邊布置2排徑向錨桿。錨桿長3 m，間距150 cm×150 cm，梅花形布置，底部1 m嵌入止?jié){墻墻身，頂部2 m深入圍巖，增加止?jié){墻整體穩(wěn)定性。止?jié){墻四周頂靠已施作二襯，底部軟弱基礎(chǔ)采用9 m長間距75 cm鋼管樁進行加固。止?jié){墻內(nèi)預(yù)留注漿管，封堵墻身與圍巖體間的縫隙。

3.2 注漿鉆孔布置

設(shè)計注漿加固圈為開挖輪廓線外圍8 m，漿液擴散半徑2 m，終孔間距3.15 m。治理段平均劃分為三個10 m長注漿段，鉆孔整體均勻布設(shè)，如圖5所示。

3.3 引排泄壓

遵循堵排結(jié)合原則，但若在左洞掌子面引排水，由于動水作用下漿液易被引排水?dāng)y帶流出，漿液得不到有效擴散。故左洞注漿實施過程中，利用車行橫洞作為工作硐室，通過中間巖柱施作深部引排泄壓鉆孔，對左洞治理段前方含水體進行泄壓，與左洞形成聯(lián)合治理。同時，泄壓孔改變了滲流路徑，可引導(dǎo)漿液沿泄壓方向擴散，利于圍巖薄弱區(qū)加固。

工作硐室先僅開挖3 m，初期支護采用I18鋼拱架間距50 cm，拱部180°設(shè)置3 m長Φ25中空注漿錨桿間距100 cm×50 cm。硐室內(nèi)布置4個泄水孔，向鉆探揭露的儲水區(qū)域及其深部延伸，孔深45 m。地下水流動會帶走巖體空隙內(nèi)充填物顆粒，引起圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差、引排孔坍塌，甚至滲流突變失穩(wěn)，威脅結(jié)構(gòu)安全[14]。故引排孔采用多級孔口管并適時掃孔注漿，減少排水對淺部中間巖柱穩(wěn)定性的影響。一級孔口管采用5 mΦ146地質(zhì)管，二級孔口管采用25 mΦ127地質(zhì)管。引排泄壓孔布置如圖6所示。

圖5 鉆孔平面、縱斷面布置圖(單位： cm)

圖6 引排泄壓孔平面布置示意圖(單位： cm)Figure 6 Floor plan of drilling for drainage pressure (Unit: cm)

3.4 注漿控制技術(shù)

3.4.1注漿材料復(fù)合使用

治理段巖體富水性極高，常用的水泥單液漿易被動水沖散流失，強度降低；水泥-水玻璃雙液漿雖凝結(jié)快，但結(jié)石體強度低、易堵塞注漿管路，易被動水沖刷流失，注漿效果差。為有效控制漿液擴散，保證注漿效果，注漿材料復(fù)合使用水泥單液漿和C-GT雙液漿。C-GT為新型高聚物改性雙液漿，具有凝結(jié)時間可調(diào)、結(jié)實體強度高、可注性好和抗動水分散性強等優(yōu)點[15]，性能曲線如圖7、圖8所示。

圖7 C-GT漿液結(jié)石體強度-齡期曲線Figure 7 Strength-age curve of C-GT slurry stone body

圖8 C-GT漿液抗動水分散性曲線Figure 8 Anti-washout property curve of C-GT slurry

注漿加固圈界限往內(nèi)3 m的外圍區(qū)域主要采用C-GT，通過控制漿液凝結(jié)時間，約束漿液在加固范圍內(nèi)擴散。開挖輪廓線外3 m區(qū)域主要采用水泥單液漿，使?jié){液在圍巖孔隙內(nèi)充分滲透，與隧道周邊圍巖緊密膠結(jié)，增加圍巖強度。其余2 m加固區(qū)域根據(jù)鉆孔揭露的涌水情況，交替使用單液漿和C-GT雙液漿，逐步提高加固圈圍巖強度。注漿過程中，根據(jù)鉆孔揭露的地層情況、漿液在鉆孔中的運輸時間，實時調(diào)節(jié)注漿材料配比，控制漿液凝結(jié)固化時間及其擴散范圍。

3.4.2注漿壓力梯度控制

依據(jù)地下水壓力、圍巖情況、漿液性質(zhì)、擴散半徑和工程經(jīng)驗等因素，注漿終壓取2～5 MPa，并按區(qū)域梯度控制。淺部圍巖采用低注漿壓力，防止淺部圍巖止?jié){巖盤承受過大壓力失穩(wěn)，并保護已施作的初期支護。深部圍巖可由淺而深逐步提高注漿壓力，充分強化巖體。開挖輪廓線外圍3 m區(qū)域注漿終壓2 MPa，3～6 m區(qū)域注漿終壓2～4 MPa，6～8 m區(qū)域注漿終壓3～5 MPa。

3.4.3分序前進式注漿

富水?dāng)鄬訋r體穩(wěn)定性差，鉆孔易坍塌；同時，為控制鉆孔內(nèi)涌水，采用分段前進式注漿，循序漸進，逐步強化圍巖。探測揭示隧道左側(cè)部分圍巖情況稍好些，前進式分段注漿段長采用6～8 m；右側(cè)部分圍巖極碎裂松散，注漿段長采用3～5 m。

鉆孔注漿按照由外往內(nèi)、由近至遠(yuǎn)、跳孔施工的順序，先施工帷幕外圈注漿孔，使加固圈外圍形成類似“桶壁”結(jié)構(gòu)，約束內(nèi)圈孔漿液在“桶壁”內(nèi)擴散，控制漿液在加固范圍內(nèi)有效擴散。后續(xù)孔檢查前序孔注漿效果，適時優(yōu)化調(diào)整注漿參數(shù)。

3.4.4隱伏高壓泥水腔體定域注漿技術(shù)

隧道突水突泥后，周邊巖體內(nèi)存在許多隱伏高壓泥水腔體，鉆孔揭露后，急劇涌水。若采用常規(guī)的分段前進注漿方式，由于鉆孔涌水壓力高，水壓力作用下漿液易被水流沖出，并傾向于向淺部加固區(qū)域擴散，導(dǎo)致深部高壓泥水腔體注漿效果充填不理想，反復(fù)揭露涌水。

采用定域注漿工藝進行隱伏高壓泥水腔體注漿，主要通過定域注漿鋼管和模袋止?jié){塞實現(xiàn)。鉆孔揭露涌水后，在鉆孔內(nèi)安放φ42定域注漿鋼管，鋼管在初始揭露涌水深度往后的5～8 m段綁扎模袋，模袋內(nèi)安裝小管；鋼管末端1～2 m打孔制成花管，起始端與孔口管固定連接。定域注漿時，先利用小管向模袋內(nèi)注入速凝漿液，使模袋膨脹撐開與鉆孔壁緊密貼合，起到止?jié){塞作用；止?jié){完成后，再利用定域注漿管向泥水腔體定向注漿，充填加固腔體區(qū)域。高壓泥水腔體定域注漿工藝如圖9所示。

圖9 隱伏高壓泥水腔體注漿工藝示意圖Figure 9 Grouting process of slurry cavity with high pressure

4 注漿效果綜合檢查評價

注漿效果評價是注漿治理技術(shù)的重要部分。開挖前，采用分析法、檢查孔法、物探法和數(shù)值模擬方法結(jié)合，全面地檢查評價注漿效果，防止因注漿加固不到位而導(dǎo)致塌方或再次突水突泥。

4.1 注漿參數(shù)分析

4.1.1注漿量空間分布分析

注漿量是地層吸漿能力的直接反映，分析其空間變化規(guī)律評價注漿效果。每孔注漿總量空間分布情況如圖10示。隧道左側(cè)的注漿量較右側(cè)少，外環(huán)鉆孔尤為明顯，右側(cè)出現(xiàn)多個120 t以上大注漿量鉆孔；這與突水突泥發(fā)生情況相一致，突泥口位于隧道右壁，突水突泥時右側(cè)地層受到嚴(yán)重擾動，地層松散程度大于左側(cè)，吸漿量必然高。外圈孔注漿量遠(yuǎn)大于內(nèi)圈孔，這表明經(jīng)過由外往內(nèi)的施工順序，內(nèi)圈孔漿液擴散范圍得到有效控制，漿液在加固區(qū)內(nèi)擴散，隧道周邊圍巖得到有效加固。注漿量大的鉆孔與注漿量小的鉆孔總體呈間隔狀分布，說明采用跳孔注漿原則，前序孔注漿后，巖體密實度得到較大改善，后序孔注漿量減少，注漿充填明顯。

圖10 注漿量空間分布橫斷面投影圖Figure 10 Cross section of grouting space distribution

4.1.2注漿過程分析

使用注漿記錄儀對鉆孔注漿過程中注漿壓力和注漿速率進行跟蹤記錄。以右側(cè)E11孔25-30 m注漿段為例，其注漿P-Q-t曲線如圖11所示。

圖11 鉆孔注漿P-Q-T曲線圖Figure 11 P-Q-T curve of grouting

注漿初始階段，注漿壓力逐漸升高，注漿速率逐步下降，注漿6 h后，壓力較長時間在3.9 MPa上下波動，說明該段地層空隙大，漿液擴散充填加固明顯。注漿持續(xù)至10 h時，壓力突然下降，說明漿液發(fā)生了劈裂作用，產(chǎn)生新的擴散路徑，擴散范圍增大。劈裂后，注漿壓力先降低后逐步上升，最終達到設(shè)計值，說明漿液在巖土體中完成了劈裂-滲透的注漿過程，注漿段達到充填擠壓密實效果。此外，后序的相鄰鉆孔F11注漿起始壓力較E11高，且注漿壓力上升迅速；表明經(jīng)前序孔注漿后，地層孔隙率大大降低，注漿充填作用顯著。

4.2 檢查孔分析

檢查孔法是評價注漿效果直觀可靠的方法，采用具有代表性同時兼顧重點部位原則布置檢查孔。重點部位主要包括滲水量與單位注漿量特別大的注漿異常段，發(fā)生串漿或冒漿的注漿事故段、地質(zhì)條件復(fù)雜段。按注漿鉆孔數(shù)量5%～10%設(shè)計檢查孔[16]，施工14個長度15～33 m檢查孔，利用檢查孔取芯觀察分析、涌水量分析評判注漿效果。

4.2.1取芯分析

對檢查孔施作全過程跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)檢查孔完整，無塌孔，未產(chǎn)生突水、涌泥現(xiàn)象。同時，檢查孔放置2 h后，仍未出現(xiàn)突水、涌砂等不良情況。因此，初步判定注漿效果良好，達到設(shè)計效果。

檢查孔施作過程提取巖芯，巖芯以斷層泥夾雜大量漿液結(jié)石體、斷層泥-角礫混雜物夾雜水泥結(jié)石體碎塊和斷層破碎角礫夾漿液結(jié)石體為主，巖芯內(nèi)可見大量水泥劈裂面及水泥與斷層泥膠結(jié)界面。取芯提取率76%以上，說明注漿加固后斷層破碎帶巖體充填擠壓成為密實結(jié)構(gòu)體。

4.2.2涌水量分析

施工過程中，多個鉆孔在不同深度揭露大量涌水，注漿結(jié)束后，這部分孔附近區(qū)域檢查孔的涌水量減少顯著。如E11、G11鉆孔分別在17、20 m揭露涌水約72、56 m3/h，注漿后，附近的JC4檢查孔僅在29 m處出現(xiàn)小滲水0.3 m3/h，幾乎無水；A5、C8鉆孔附近出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象?？梢?，注漿后鉆孔揭露涌水量大幅度減少，涌水深度明顯往深部推移。涌水量對比如圖12所示。

圖12 檢查孔與注漿孔涌水量對比Figure 12 Water inflow contrast between checking hole and grouting hole

各檢查孔涌水量如表1所示。參考國內(nèi)外工程，采用嚴(yán)格評定標(biāo)準(zhǔn)，即檢查孔平均涌水量應(yīng)小于0.2 L/min·m-1，且單點涌水量應(yīng)小于0.6 m3/h。14個檢查孔中有13個滿足要求，僅JC5檢查孔出現(xiàn)單點涌水量滿足評定標(biāo)準(zhǔn)，但平均涌水量略大于標(biāo)準(zhǔn)。故注漿效果總體良好，局部應(yīng)通過檢查孔進行補充注漿強化。經(jīng)補充注漿和二次檢查后，檢查孔涌水量滿足要求，注漿效果得到保證。

表1 檢查孔涌水量統(tǒng)計表Table 1 Checking hole water inflow statistics孔號孔深/m單點涌水/m3·h-1()平均每米涌水量/L·min-1·m-1()孔號孔深/m單點涌水/m3·h-1()平均每米涌水量/L·min-1·m-1()JC1320.240.13JC2330.210.11JC3250.260.17JC4330.20.10JC5320.50.26JC6330.320.16JC733無水JC833無水JC915無水JC1032無水JC11330.150.08JC12330.220.11JC13320.180.09JC14330.280.14

4.3 鉆孔雷達探測

采用意大利IDS鉆孔雷達，天線主頻150 M，對注漿加固體進行檢測。分析檢測鉆孔周邊介質(zhì)分布情況，判斷漿液擴散和圍巖加固情況。利用既有檢查孔進行鉆孔雷達檢測，檢測孔覆蓋隧道拱頂、右側(cè)、左側(cè)和拱底，縱向覆蓋3個注漿段。檢測孔分別為JC1、JC3、JC4、JC5、JC7、JC9、JC11和JC14。以下列舉代表性鉆孔JC3和JC5檢測結(jié)果，成果如圖13、圖14所示。

圖13 JC3鉆孔雷達成果圖Figure 13 Exploration results of JC3 borehole radar

圖14 JC5鉆孔雷達成果圖Figure 14 Exploration results of JC5 borehole radar

探測結(jié)果圖顯示，鉆孔注漿加固半徑約為2～4.5 m，鉆孔附近可以看到多處漿脈和結(jié)石體。相鄰鉆孔的注漿加固體也明顯可見，JC3檢測孔在掌子面前方約13 m范圍內(nèi)，與相鄰鉆孔注漿加固體相互搭接；JC5檢測孔在掌子面前方約11 m范圍內(nèi)，與相鄰鉆孔注漿加固體相互搭接。此外，探測半徑6 m范圍內(nèi)未見含水體，圍巖含水率大大降低，得到有效充填加固。

4.4 數(shù)值計算分析

帷幕注漿結(jié)束隧道開挖前，采用數(shù)值計算方法對治理效果進行定量化評估分析，確定注漿效果是否滿足突水突泥段隧道開挖安全。

4.4.1模型建立

根據(jù)隧道地質(zhì)及設(shè)計情況，選取隧道典型斷面，簡化為平面應(yīng)變問題研究。采用COMSOL Multiphysics有限元軟件，建立數(shù)值計算模型，評估分析注漿效果。模型左右邊界距隧道中心50 m，上邊界距隧道中心60 m，下邊界距隧道中心36 m處，注漿加固圈厚度8 m。上邊界作用巖體自重，下邊界為固定約束，左右邊界為限制水平位移，洞周為自由邊界。隧道采用三臺階留核心土法開挖。計算模型及網(wǎng)格劃分如圖15所示。

圖15 計算模型及網(wǎng)格劃分Figure 15 Calculation model and mesh generation

4.4.2計算參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)資料及現(xiàn)行規(guī)范，選取斷層帶圍巖力學(xué)參數(shù)。依據(jù)檢查孔芯樣室內(nèi)力學(xué)試驗結(jié)果，并結(jié)合工程經(jīng)驗，選取注漿加固圈圍巖力學(xué)參數(shù)。圍巖彈性模量、內(nèi)摩擦角和粘聚力提高10%，模擬錨桿對圍巖的支護效果[17]。根據(jù)剛度等效法，將鋼拱架、鋼筋網(wǎng)彈性模量換算至噴射混凝土進行模擬。模型計算參數(shù)如表2所示。

表2 模型力學(xué)參數(shù)表Table 2 Physical and mechanical parameters of materials材料彈性模量/GPa重度/(kN·m-3)泊松比內(nèi)摩擦角/(°)粘聚力/MPa斷層帶巖體0.9180.45220.07注漿圈巖體1.9200.35270.19初期支護26.4240.2

4.4.3計算結(jié)果

a.應(yīng)力分析。

隧道開挖后，圍巖和初期支護的第一主應(yīng)力如圖16、圖17所示。分析可知，注漿加固后，圍巖第一主應(yīng)力為0.19～2.23 MPa，主應(yīng)力皆為壓應(yīng)力，說明圍巖自承載能力得到較好的發(fā)揮。初期支護第一主應(yīng)力最大壓應(yīng)力為3.31 MPa，最大拉應(yīng)力為0.96 MPa，拉應(yīng)力小于噴射混凝土的抗拉強度值，初期支護結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定?？梢?，注漿加固后，隧道圍巖、初支受力狀態(tài)較好，結(jié)構(gòu)自穩(wěn)性好。

圖16 圍巖第一主應(yīng)力云圖(單位： N·m-2)Figure 16 First principal stress of surrounding rock (Unit:N·m-2)

圖17 初支結(jié)構(gòu)第一主應(yīng)力云圖(單位： N·m-2)Figure 17 First principal stress of preliminary bracing (Unit: N·m-2)

b.位移分析。

圍巖水平及豎向位移情況如圖18、圖19所示。隧道開挖后，圍巖水平收斂值為17.2 mm，拱頂沉降量為19.7 mm。水平收斂和拱頂沉降均小于隧道開挖預(yù)留變形量，且均小于隧道最大允許位移值。隧道圍巖位移狀態(tài)是隧道穩(wěn)定性的直接判據(jù)，計算表明，經(jīng)注漿加固后，斷層帶巖體自穩(wěn)定能力提高，變形得到有效控制，保障了隧道施工安全。

圖18 水平位移(單位： m)Figure 18 Horizontal displacement (Unit: m)

圖19 豎向位移(單位： m)Figure 19 Vertical displacement (Unit: m)

綜上，漿液擴散半徑、注漿量和注漿過程控制均達到設(shè)計要求。注漿使圍巖得到密實充填和擠密加固，注漿加固效果明顯，滿足開挖條件。

5 治理效果分析

第一循環(huán)開挖20 m，開挖過程中，布置2個監(jiān)測斷面，監(jiān)測圍巖變形情況，量測頻率2～3次/d。監(jiān)測顯示，隧道最大累計沉降量24.85 mm，最大水平收斂23.74 mm，圍巖變形較小，收斂速率下降快。此外，隧道開挖過程中揭露大量漿液結(jié)石體，漿液充填著裂隙和隱伏高壓泥水腔體。隧道周邊漿脈縱橫交叉，形成骨架結(jié)構(gòu)，增加了圍巖的整體性及強度。掌子面揭露圍巖干燥、密實，自穩(wěn)能力高。開挖揭露漿液充填情況如圖20所示。可見，通過控制性注漿技術(shù)，漿液較好地充填裂隙、擠密圍巖，實現(xiàn)了加固和堵水的雙重作用，有效地治理了斷層帶突水突泥。

圖20 開挖揭露漿液充填情況Figure 20 Grouting slurry filling situation after excavation

6 結(jié)論

a.注漿治理前，采用整體與細(xì)部探測相結(jié)合方法，即通過瞬變電磁探測和鉆孔探測，掌握了突水突泥段地層具有泥質(zhì)充填斷層破碎帶、地下水豐富、隱伏高壓泥水腔體等地質(zhì)特征。探測結(jié)果為注漿治理的設(shè)計、施工提供了指導(dǎo)和依據(jù)。

b.中間巖柱施作深部引排孔，對左洞治理段進行泄壓，并引導(dǎo)漿液沿泄壓方向擴散，利于破碎區(qū)圍巖加固。加固圈界限內(nèi)3 m外圍區(qū)域采用C-GT漿液，約束漿液在加固范圍內(nèi)擴散；開挖輪廓線外3 m區(qū)域采用水泥單液漿，增加松動圈圍巖強度。注漿終壓2～5 MPa，由淺至深，梯度控制，充分強化巖體。鉆孔注漿由外往內(nèi)、由近至遠(yuǎn)、分段前進施工，控制漿液在“桶壁”內(nèi)有效擴散。定域注漿技術(shù)進行隱伏高壓泥水腔體注漿，充填加固泥水腔體區(qū)域。

c.定性、定量結(jié)合原則，綜合采用注漿參數(shù)分析、檢查孔分析、鉆孔雷達分析，相輔相成、互為補充，全面地檢查注漿效果；建立數(shù)值模型，計算評估注漿效果滿足隧道突水突泥段開挖安全。

d.開挖后，治理段圍巖變形較小、穩(wěn)定快，揭露大量漿液結(jié)石體，圍巖干燥、密實，自穩(wěn)能力高。注漿關(guān)鍵技術(shù)體系實現(xiàn)了加固和堵水的雙重作用，有效治理了隧道斷層突水突泥。