王喚龍， 劉建兵， 楊昌宇， 朱廷宇

(1. 中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川 成都 610031；2. 云桂鐵路云南有限責(zé)任公司， 云南 昆明 650011)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，特別是“一帶一路”倡議的提出和實(shí)施，鐵路行業(yè)進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期。在西南艱險(xiǎn)山區(qū)，鐵路長(zhǎng)大干線不斷納入建設(shè)規(guī)劃，隨之而來的長(zhǎng)大隧道的設(shè)計(jì)和施工也逐年增多。為滿足施工需要和運(yùn)營期間防災(zāi)疏散救援工作的順利實(shí)施，設(shè)置輔助坑道對(duì)長(zhǎng)大鐵路隧道的作用凸顯。對(duì)地形、地質(zhì)條件復(fù)雜的艱險(xiǎn)山區(qū)而言，由于客觀條件難以支撐常規(guī)橫洞、斜井等橫向輔助坑道的選擇和使用，豎井雖然少見，但也對(duì)隧道規(guī)模、分割施工工區(qū)、后期運(yùn)營產(chǎn)生重大影響，因此，豎井的順利實(shí)施對(duì)隧道建設(shè)起決定性的作用。

我國豎井的建設(shè)領(lǐng)域主要集中在煤炭和冶金行業(yè)，在交通行業(yè)，如鐵路、公路，并不多見。公路行業(yè)的豎井一般多用于通風(fēng)，如西安—安康高速公路秦嶺終南山隧道2#通風(fēng)豎井[1-4]、南—大—梁高速公路華鎣山特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)豎井[5]、五盂高速公路佛嶺隧道通風(fēng)豎井[6]、銀昆高速米倉山隧道通風(fēng)豎井[7]等；鐵路行業(yè)，從20世紀(jì)80年代大瑤山隧道班古坳豎井[8-9]到21世紀(jì)初烏鞘嶺隧道大臺(tái)左線豎井[10]均對(duì)于豎井的應(yīng)用進(jìn)行了一些嘗試，但其應(yīng)用與原設(shè)計(jì)意圖存在一定的差距。

豎井的基本特點(diǎn)主要表現(xiàn)為井筒深度大、斷面尺寸大、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜。為確保安全的建井環(huán)境和可靠的井壁施工質(zhì)量，豎井井筒內(nèi)涌水量過大時(shí)，大部分豎井在井筒掘砌前采用預(yù)注漿或在井筒掘砌后采用壁后注漿的形式進(jìn)行堵水。在堵水方案的選擇上，通常更依賴于工程經(jīng)驗(yàn)的類比，對(duì)比堵水措施工藝、難度、工序時(shí)間、堵水率、整體造價(jià)等方面，通過定性的方式確定方案。鐵路行業(yè)相關(guān)規(guī)范[11-12]對(duì)于豎井的規(guī)定集中在井址選擇、斷面型式、井內(nèi)提升要求和結(jié)構(gòu)等方面，而建井期間深大豎井的堵水方案則更多借鑒煤炭和冶金行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，多采用地面預(yù)注漿、工作面注漿和壁后注漿等[13-19]方式。對(duì)于含水地層中豎井主要堵水措施的選擇，煤礦行業(yè)中積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)，如凍結(jié)法、地面預(yù)注漿、工作面注漿等，而且按其不同的適用條件，可以選擇較為有效的堵水措施。

在豎井堵水率分析方面，文獻(xiàn)[13]統(tǒng)計(jì)了我國31個(gè)煤礦立井地面預(yù)注漿的堵水率，其中，除鶴崗竣德礦副井堵水率為86%外，其余堵水率均超過90%，甚至潞安常村煤礦風(fēng)井的堵水率達(dá)到100%；對(duì)我國27個(gè)煤礦立井工作面注漿的堵水率也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，有18個(gè)立井工作面注漿堵水率超過90%、占比66.67%，有6個(gè)立井堵水率為80%～90%、占比22.22%。經(jīng)過多年的建井實(shí)踐，隨著施工工藝、注漿設(shè)備和注漿材料的發(fā)展，煤礦行業(yè)中大部分立井的注漿堵水均取得了較好的效果。

鐵路豎井的井址區(qū)與煤炭行業(yè)立井所處地質(zhì)環(huán)境有較大差異。在以硬質(zhì)巖為主、富含微裂隙的火成巖地區(qū)，一般經(jīng)驗(yàn)的豎井堵水效果距離預(yù)期可能存在一定的差距。以大瑞鐵路高黎貢山隧道豎井工程這種典型的裂隙巖體建井為例，掘砌前采用堵水措施后，每段高井筒開挖的實(shí)際漏水量較預(yù)期大，需掘砌后采用壁后注漿進(jìn)行補(bǔ)充堵水，甚至工作面注漿后還出現(xiàn)1號(hào)豎井突(涌)水的特情[20]，這是在豎井建井工程中較為少見的現(xiàn)象。因此，對(duì)于在微裂隙發(fā)育的火成巖中修建豎井，應(yīng)通過既有工程實(shí)例的堵水效果樣本進(jìn)行重分析，以期給后續(xù)類似工程提供富有參考價(jià)值的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。

1 豎井建井堵水方案的定性選擇

1.1 采礦行業(yè)建井方案的確定

鐵路隧道豎井作為一種施工輔助坑道或是運(yùn)營期間的通風(fēng)設(shè)施，目前的行業(yè)規(guī)范或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中缺少相關(guān)建井期間堵水的原則和標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，在工程建設(shè)期間，多沿用或參考采礦行業(yè)的法律法規(guī)或相關(guān)規(guī)定，即當(dāng)立井井筒穿過預(yù)測(cè)涌水量大于10 m3/h的含水巖層或者破碎帶時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用地面或工作面預(yù)注漿法進(jìn)行堵水或加固[21]。

當(dāng)立井掘砌穿過含水層時(shí)，我國采礦行業(yè)常用的井筒施工方法有普通法鑿井、凍結(jié)法、注漿法、鉆井法等。一般基巖段適宜采用普通法鑿井，而若井筒穿越含水層尤其是水量較大地段，地下水對(duì)豎井施工的影響較大，需采取特殊措施處理地下水，以改善豎井施工條件，實(shí)現(xiàn)“鑿干井”的目的，從而為豎井的安全施工創(chuàng)造有利條件。

豎井含水層施工方案定性的選擇一般與井位所處地質(zhì)特點(diǎn)、施工組織、施工運(yùn)輸條件等相關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)技術(shù)方案可行性、經(jīng)濟(jì)性和建井安全等方面進(jìn)行分析和探討，主要采用外比法和內(nèi)比法2種方法進(jìn)行定性分析。外比法即建井大方案，如地面預(yù)注漿、凍結(jié)法、鉆井法、沉井法等主要方法的比較。采用何種方法要根據(jù)不同水文、地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)參數(shù)，施工工藝，建造難度，影響工期，工程造價(jià)，施工安全等擇優(yōu)選擇。內(nèi)比法更多應(yīng)用于注漿法本身的比較，即預(yù)注漿是從豎井工作面預(yù)注還是從地面鉆孔預(yù)注。這需要對(duì)比具體的水文、地質(zhì)條件和施工技術(shù)條件后才能確定，比較的主要方面與外比法一致。

1.2 建井方案定性選擇的特點(diǎn)

依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行建井堵水方案選擇時(shí)，要以各方案的地質(zhì)適應(yīng)性以及對(duì)比結(jié)果的優(yōu)劣性為基礎(chǔ)。在確定最終方案時(shí)，需要通過頭腦風(fēng)暴和專家決策的方式進(jìn)行，這也仍然屬于一種依托定性比較確認(rèn)最終方案的方法。在大瑞鐵路高黎貢山隧道豎井的建井過程中，由于火成巖地區(qū)建井經(jīng)驗(yàn)并不豐富，在經(jīng)過外比法確定以預(yù)注漿為主要堵水方案的大前提下，在地面預(yù)注漿、工作面預(yù)注漿和壁后注漿的選擇、決策以及施作時(shí)機(jī)選擇過程中，也通過定性對(duì)比及專家決策的方式進(jìn)行。

目前高黎貢山隧道2個(gè)豎井(共4個(gè)井筒)基本建井完成，針對(duì)花崗巖地區(qū)井筒內(nèi)涌水的特點(diǎn)，結(jié)合建井期間各段高井筒內(nèi)剩余漏水量的樣本數(shù)據(jù)，根據(jù)不同注漿堵水形式的效率，可建立一套基于堵水效果的各注漿方式定量化選擇依據(jù)。

2 高黎貢山隧道豎井工程概況及堵水率

2.1 豎井工程概況

大瑞鐵路高黎貢山隧道正洞全長(zhǎng)34.538 km，位于云南高原西部邊緣，屬高黎貢山脈南延段，屬構(gòu)造剝蝕深切割高中山峽谷地貌。在隧址附近，海拔2 000～3 000 m，山體渾厚，山脈大體為南北走向，地表溝谷縱橫，地形起伏大。隧道進(jìn)口段約20 km范圍內(nèi)分布有14套地層，以沉積巖和變質(zhì)巖為主，巖性變化頻繁；隧道出口段約14 km分布有4套地層，以燕山期花崗巖為主。全隧共分布有19條斷層及2個(gè)向斜，其中4條為導(dǎo)水熱斷層(裂)，2條為活動(dòng)斷裂。全隧預(yù)測(cè)最大涌水量為19.2×104m3/d。隧道設(shè)置2座豎井，作為施工運(yùn)輸通道以及鐵路運(yùn)營后的通風(fēng)井，1號(hào)和2號(hào)豎井間距7.3 km，每個(gè)豎井均采用主副井設(shè)置，1號(hào)豎井距離隧道進(jìn)口12.778 km、2號(hào)豎井距離隧道出口14.405 km。隧道豎井平面布置如圖1所示，全隧地質(zhì)縱斷面如圖2所示。

圖1 高黎貢山隧道豎井平面示意圖(單位： m)

圖2 高黎貢山隧道地質(zhì)縱斷面(單位： m)

2.2 豎井地質(zhì)特點(diǎn)

雖然高黎貢山隧道2座豎井均設(shè)置于花崗巖地層，但2座豎井工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件差異較大，各具特點(diǎn)。

2.2.1 高角度節(jié)理微裂隙發(fā)育(1號(hào)豎井)

1號(hào)豎井除地表9.3 m為粉質(zhì)黏土、漂石土、卵石土和礫砂外，井深34.2～61.6 m為弱風(fēng)化輝綠巖，其余段落均為不明時(shí)期的混合花崗巖(γm)，弱風(fēng)化，巖體較完整。

高黎貢山隧道1號(hào)豎井附近未見有地質(zhì)構(gòu)造體跡象，距離保山端怒江斷裂〈F1-1〉約1.3 km、距離瑞麗端鎮(zhèn)安斷裂〈F4-2〉約1.2 km，受兩斷裂影響較小?；◢弾r主要發(fā)育2組節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀為N20°W/60°NE、N30°E/82°SE，多為閉合狀，規(guī)律性較差。井身段地下水以基巖裂隙水為主，主要賦存于碎裂狀的混合花崗巖及輝綠巖中，基巖裂隙水主要接受大氣降水及地表水補(bǔ)給，以泉形式排泄。

1號(hào)豎井在建井過程中，即使井身圍巖弱風(fēng)化、完整性較好地段也出現(xiàn)超過30 m3/h的涌水，體現(xiàn)出微裂隙發(fā)育的特點(diǎn)。

2.2.2 構(gòu)造影響厚層富水破碎帶發(fā)育(2號(hào)豎井)

根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果確定鉆孔處地層中分布7個(gè)含水區(qū)段，其中, 80～150 m分布3個(gè)、260～480 m分布3個(gè)、480～640 m分布1個(gè)。根據(jù)抽水試驗(yàn)確定巖層滲透系數(shù)K后可知，各含水區(qū)段涌水量為1.25～71.9 m3/h，其中最大涌水量含水區(qū)段是位于井深270.25～302.2 m的第④含水區(qū)段，段長(zhǎng)31.95 m，涌水量達(dá)71.92 m3/h。2號(hào)豎井含水區(qū)段的分布及涌水量預(yù)測(cè)情況見表1。

2.3 基于工作面預(yù)注漿的1號(hào)豎井堵水率

由于2座豎井工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件存在明顯差異，導(dǎo)致建井期間的堵水方案和措施也不同。建井期間結(jié)合采礦行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)豎井所處地質(zhì)特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行綜合堵水。

表1 含水區(qū)段分布及涌水量預(yù)測(cè)(2號(hào)豎井)

根據(jù)1號(hào)豎井高角度節(jié)理微裂隙發(fā)育的特點(diǎn)，在1號(hào)豎井主、副井建井期間，形成以工作面預(yù)注漿為主，輔以壁后注漿的防堵水方案。注漿以超細(xì)水泥單液漿為主，注漿壓力為靜水壓力的2～4倍。井筒深度小于600 m時(shí)，工作面預(yù)注漿采用11～13孔布置；井筒深度大于600 m時(shí)，則采用22～26孔布置。壁后注漿完成后，當(dāng)井深不超過600 m時(shí)，井筒壁后漏水量應(yīng)不大于6 m3/h；若超過600 m則漏水量應(yīng)不大于10 m3/h。截至目前，主、副井分別進(jìn)行了12、11次的工作面注漿，以及14、13次的壁后注漿，主井井筒剩余漏水量為7.8 m3/h，副井井筒剩余漏水量為8.6 m3/h。1號(hào)豎井采用工作面預(yù)注漿和壁后注漿的分段堵水率匯總?cè)绫?所示，其中，主、副井前2段僅進(jìn)行了壁后注漿。

2.4 基于地面預(yù)注漿的2號(hào)豎井堵水率

2號(hào)豎井由于井身段分布多個(gè)主要的含水區(qū)段和受構(gòu)造影響的破碎帶，通過再次在井筒附近打設(shè)鉆孔預(yù)測(cè)井筒涌水量，與抽水試驗(yàn)預(yù)測(cè)的結(jié)果仍存在較大的差異。在建井初期首先采用地面預(yù)注漿的方式對(duì)井深250～590 m進(jìn)行高壓注漿，每個(gè)井筒周圍設(shè)置6個(gè)深孔，孔深590 m，以封堵地下水為目的并兼具井身圍巖加固，注漿材料為黏土水泥漿，注漿壓力為靜水壓力的2～3倍。注漿后，分段預(yù)測(cè)涌水量應(yīng)不大于10 m3/h。工作面預(yù)注漿與壁后注漿堵水標(biāo)準(zhǔn)與1號(hào)豎井相同。建井期間，仍然采用工作面注漿輔以壁后注漿的堵水措施，注漿以超細(xì)水泥單液漿為主，注漿壓力為靜水壓力的2～4倍。截至目前，主、副井分別進(jìn)行了8、11次的工作面注漿，9、11次的壁后注漿，主井井筒剩余漏水量為7.8 m3/h，副井井筒剩余漏水量為8.5 m3/h。2號(hào)豎井的注漿堵水率見表3。

表2 1號(hào)豎井工作面預(yù)注漿和壁后注漿堵水率

2.5 小結(jié)

建井期間，為保證井筒內(nèi)安全的施工環(huán)境，最大限度減小井筒內(nèi)漏水對(duì)施工作業(yè)效率的影響，評(píng)價(jià)井筒內(nèi)堵水效果還有一個(gè)重要指標(biāo)，即采用注漿措施后，井深小于600 m時(shí)，井筒壁后漏水量應(yīng)不大于6 m3/h； 當(dāng)井深超過600 m時(shí)，漏水量應(yīng)不大于10 m3/h。以1號(hào)豎井為例，井筒掘砌前采用工作面預(yù)注漿的方式堵水，達(dá)到注漿標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行掘砌，施工過程中井壁漏水則采用壁后注漿的方式再次堵水。由于堵水的標(biāo)準(zhǔn)不變，預(yù)測(cè)涌水量較大時(shí)，則堵水率較高，經(jīng)過1次預(yù)注漿，井筒掘砌時(shí)剩余漏水量較小，導(dǎo)致后注漿的堵水率較低，如2號(hào)豎井經(jīng)過地面預(yù)注漿后，深度超450 m后工作面注漿和壁后注漿堵水率較低。因此，對(duì)于無明顯含水層概念的火成巖地區(qū)，如花崗巖地區(qū)，豎井建井前或掘砌前應(yīng)采取系統(tǒng)化的堵水措施保證建井安全、改善井內(nèi)施工環(huán)境。

表3 2號(hào)豎井注漿堵水率

3 堵水率的預(yù)測(cè)

3.1 堵水效果的分類評(píng)價(jià)

豎井的注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以設(shè)計(jì)終壓、注漿終量和穩(wěn)壓時(shí)間為準(zhǔn)，但堵水的直觀效果仍需井筒掘進(jìn)時(shí)對(duì)剩余漏水量的測(cè)試才能真實(shí)評(píng)價(jià)。結(jié)合各次工作面探水預(yù)測(cè)的分段涌水量以及預(yù)注漿后掘砌期間的分段剩余漏水量，可以計(jì)算出分段堵水率以及剩余漏水率。同理，壁后注漿根據(jù)井壁漏水量以及堵水后的剩余漏水量，也可計(jì)算堵水率。結(jié)合采礦專業(yè)的工程經(jīng)驗(yàn)，可將堵水率分為3類： 堵水率大于0.9為第1類，堵水率小于0.8為第3類，其余為第2類。

鐵路隧道豎井的建井實(shí)踐不多，系統(tǒng)化的建井堵水措施實(shí)踐資料更為少見，高黎貢山隧道盡管2個(gè)豎井建井期間進(jìn)行了2個(gè)井筒的地面預(yù)注漿、4個(gè)井筒的42次工作面注漿和47次壁后注漿，堵水率的樣本數(shù)據(jù)量并不豐富，但作為鐵路行業(yè)首次在花崗巖地區(qū)修建豎井，仍然可以提供一定的參考意義。將1、2號(hào)豎井堵水率合并統(tǒng)計(jì)，可以形成高黎貢山隧道豎井堵水率分類，如表4所示。

表4 高黎貢山隧道豎井堵水率分類

3.2 按剩余漏水率構(gòu)建決策模型

3.2.1 單一注漿方式?jīng)Q策模型

豎井堵水率是一種離散性的數(shù)值，對(duì)其分析主要通過分類研究確定。分類是找到樣本庫中一組對(duì)象的相同屬性，根據(jù)分類模型將它們分為不同類別的過程[22]。決策規(guī)則是解決實(shí)際應(yīng)用中分類問題的主要數(shù)據(jù)挖掘方法，以實(shí)例為基礎(chǔ)，采用形成分類器和預(yù)測(cè)模型的方法，著眼于從一組無次序、無規(guī)則的實(shí)例中推理出決策樹，表示形成的分類規(guī)則。按照數(shù)值屬性值的大小對(duì)樣本進(jìn)行排序，劃分?jǐn)?shù)值屬性的區(qū)間。決策樹是一個(gè)類似流程圖的樹型結(jié)構(gòu)，樹中包含3種節(jié)點(diǎn)類型： 根節(jié)點(diǎn)、內(nèi)部節(jié)點(diǎn)以及葉節(jié)點(diǎn)。樹中的每個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)都代表著對(duì)一個(gè)屬性的測(cè)試，用于區(qū)分具有不同特性的記錄；葉節(jié)點(diǎn)則代表某個(gè)類或是類的分布；最上面的節(jié)點(diǎn)就是根節(jié)點(diǎn)。文獻(xiàn)[23]在豎井施工參數(shù)的制定方面進(jìn)行了基于煤礦行業(yè)工程經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)挖掘，對(duì)以往項(xiàng)目進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、分析，并求出最優(yōu)方案。

由于提前對(duì)堵水率的結(jié)果進(jìn)行了分類處理，高黎貢山隧道豎井地面預(yù)注漿、工作面預(yù)注漿和壁后注漿后井筒剩余漏水率可視為不同堵水方式的期望值。井筒內(nèi)分段涌水量以Q表示，按決策樹的建樹算法，通過遞歸過程，可形成單一注漿方式的1棵決策樹，如圖3所示。

圖3 單一注漿方式?jīng)Q策樹

節(jié)點(diǎn)1為決策點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2、3、4為3種不同堵水方案分支，后續(xù)為概率分支以及堵水的期望(即剩余漏水率)，根據(jù)決策樹可計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的數(shù)學(xué)期望為：

E2=0.076 9×0.085 0Q+0.384 6×0.150 5Q+0.538 5×0.331 4Q=0.242 9Q；

(1)

E3=0.333 3×0.064 7Q+0.214 3×0.155 6Q+0.452 4×0.432 3Q=0.250 5Q；

(2)

E4=0.021 3×0.161 7Q+0.978 7×0.305 9Q=0.302 8Q。

(3)

通過樣本數(shù)據(jù)分析，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)學(xué)期望可知，單一系統(tǒng)性的堵水方案，如地面預(yù)注漿和工作面預(yù)注漿，在高黎貢山隧道的建設(shè)實(shí)踐中堵水率相差無幾。結(jié)合高黎貢山隧道的豎井堵水實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，盡管在掘砌之前采用了多種堵水方式且標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，但在井筒掘砌期間，隨著井筒深度的不斷增大，全井漏水量也不斷增加，考慮到井內(nèi)施工環(huán)境的安全程度、施工期間抽排水的能力以及盡量減少對(duì)施工人員工作效率的影響等因素，井筒內(nèi)的綜合漏水量不應(yīng)超過10 m3/h。如圖3所示，采用地面預(yù)注漿、工作面預(yù)注漿和壁后注漿單一堵水形式，可處理井內(nèi)分段涌水量Q值分別不超過41.17、39.92、33.03 m3/h。若超出上述指標(biāo)，則需采用其他堵水措施進(jìn)行補(bǔ)注或?qū)矁?nèi)的漏水點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性堵水或?qū)θ苍俅芜M(jìn)行壁后注漿。

3.2.2 多種注漿方式?jīng)Q策模型

在高黎貢山隧道豎井的掘砌過程中，由于裂隙的隨機(jī)性，裂隙水的防治具備一定的不確定性。經(jīng)過建井實(shí)踐，1種單一的堵水方式難以達(dá)到堵水目標(biāo)，一般在系統(tǒng)性堵水措施后，還應(yīng)繼續(xù)采用針對(duì)性堵水措施。因此，根據(jù)時(shí)間邏輯關(guān)系可建立多種注漿方式下一個(gè)較大的決策樹，其中剩余漏水量是多種單一注漿方式剩余漏水量的乘積，并在不同堵水方案分支節(jié)點(diǎn)上表示其數(shù)學(xué)期望。由于壁后注漿是一種后注漿的方法，可在建井期間于每個(gè)段高掘砌前進(jìn)行施工，對(duì)掘砌工序影響較小，因此在系統(tǒng)性堵水措施后，均采用壁后注漿，且壁后注漿的井筒剩余漏水量均比不注時(shí)小。為簡(jiǎn)化復(fù)雜而龐大的決策樹以便分析和表示，建立決策樹后通過后剪枝的方法把沒有壁后注漿的方案分支全部剪去，同時(shí)也剪去壁后注漿概率為0的第1類堵水分支，最后形成的決策樹如圖4所示。

圖4 多種注漿方式?jīng)Q策樹

以工作面預(yù)注漿+壁后注漿綜合注漿堵水為例，剩余漏水率是2次注漿剩余漏水率的乘積。當(dāng)工作面預(yù)注漿達(dá)到第1類堵水標(biāo)準(zhǔn)、壁后注漿達(dá)到第2類堵水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)13后的第1個(gè)概率分支中井筒內(nèi)分段剩余漏水率為

0.064 7×0.161 7=0.010 5 。

(4)

同理，當(dāng)工作面預(yù)注漿達(dá)到第1類堵水標(biāo)準(zhǔn)、壁后注漿達(dá)到第2類堵水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)13后的第2個(gè)概率分支中井筒內(nèi)分段剩余漏水率為

0.064 7×0.305 9=0.019 8 。

(5)

隨后可計(jì)算節(jié)點(diǎn)13的數(shù)學(xué)期望

E13=0.021 3×0.010 5Q+0.978 7×0.019 8Q=0.019 6Q。

(6)

以此類推，可以計(jì)算出所有內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的數(shù)學(xué)期望。

若井筒內(nèi)的綜合漏水量不超過10 m3/h時(shí)，采用地面預(yù)注漿+工作面預(yù)注漿+壁后注漿綜合注漿堵水形式，可處理井內(nèi)分段涌水量Q值不超過543.48 m3/h；采用工作面預(yù)注漿+壁后注漿綜合注漿堵水形式，可處理井內(nèi)分段涌水量Q值不超過131.93 m3/h。采用3種注漿方式的綜合堵水率較不采用地面預(yù)注漿時(shí)高約4倍。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

根據(jù)豎井勘察時(shí)預(yù)測(cè)的井筒內(nèi)涌水量，經(jīng)過外比選擇后，確定采用以注漿為主要的堵水方案。結(jié)合建井期間對(duì)井筒內(nèi)剩余漏水量的要求，可采用預(yù)測(cè)模型對(duì)反推出的分段涌水量結(jié)果進(jìn)行預(yù)判。若根據(jù)施工安全要求并結(jié)合抽排水能力，確定井內(nèi)的剩余漏水量為10 m3/h時(shí)，采用多種注漿方式組合的綜合方案較單一注漿方案處理豎井涌水量的能力可提高12～15倍。

1)地面預(yù)注漿、工作面預(yù)注漿和壁后注漿的實(shí)施時(shí)間是有先后順序的。建井前，通過地質(zhì)勘察，可以預(yù)測(cè)井筒涌水量，然后進(jìn)行地面預(yù)注漿，在鑿井前，通過每段的探水工作，可以推測(cè)下一段高的涌水量，兩者之差即可確定地面預(yù)注漿的堵水率。每段高實(shí)施探水后，進(jìn)行工作面預(yù)注漿，然后進(jìn)行井筒掘砌，本段高掘砌后的實(shí)際涌水量與探水預(yù)測(cè)的涌水量之差，即可計(jì)算工作面預(yù)注漿的堵水率。

2)采用單一注漿方式如地面預(yù)注漿、工作面預(yù)注漿和壁后注漿可處理的預(yù)測(cè)井內(nèi)分段涌水量分別應(yīng)不超過41.17、39.92、33.03 m3/h。

3)采用工作面注漿與壁后注漿結(jié)合的形式，可處理的預(yù)測(cè)井內(nèi)分段涌水量應(yīng)不超過131.93 m3/h。首先采用地面預(yù)注漿進(jìn)行堵水處理，再采用工作面注漿與壁后注漿結(jié)合的形式，預(yù)測(cè)井內(nèi)分段涌水量應(yīng)不超過543.48 m3/h。

4)若超過上述標(biāo)準(zhǔn)則應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化堵水措施或反復(fù)堵水，也可選擇其他建井方法進(jìn)行地下水處理，甚至調(diào)整井位選擇。

4.2 討論

1)預(yù)測(cè)模型僅考慮了豎井建井選擇注漿為主的方案時(shí)各節(jié)點(diǎn)的堵水期望值，但由于樣本數(shù)據(jù)的缺失，尚無法建立采用其他建井方法，如鉆井法、沉井法、混凝土帷幕法等的定量化決策體系。

2)在高黎貢山隧道豎井的堵水實(shí)踐中，壁后注漿的實(shí)施有3種類型： ①鑿井后直接采用壁后注漿； ②在工作面預(yù)注漿實(shí)施后采用壁后注漿； ③在地面預(yù)注漿和工作面預(yù)注漿實(shí)施后采用壁后注漿。對(duì)堵水率的分析中，僅考慮了壁后注漿對(duì)豎井涌水量的相對(duì)改良作用，沒有考慮是否已施作其他注漿堵水措施。這與地面預(yù)注漿和工作面預(yù)注漿類似，3種堵水措施只能依賴同等段高、相對(duì)涌水量的變化評(píng)判堵水率，對(duì)單一注漿堵水措施難以單獨(dú)分離出堵水率。

3)由于花崗巖內(nèi)建井實(shí)例較少，鐵路行業(yè)豎井的建井實(shí)踐更為少見，通過注漿的方式進(jìn)行井內(nèi)治水的樣本數(shù)據(jù)不多，另外考慮施工工藝、施工作業(yè)隊(duì)伍的技術(shù)水平等因素，文章中涉及到的堵水率存在一定的偶然性和不確定性，預(yù)測(cè)模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也不豐富，預(yù)測(cè)結(jié)果的應(yīng)用存在一定的局限性，應(yīng)在后續(xù)豎井工程中收集、歸納注漿過程記錄和數(shù)據(jù)，以豐富樣本庫并優(yōu)化模型。此外，預(yù)測(cè)模型較為單一，僅從注漿堵水率的角度進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)，后續(xù)應(yīng)納入各種注漿方式的工期、工程造價(jià)等方面的研究并對(duì)井筒堵水方案進(jìn)行綜合研判。

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