郭 佳，陸朗天，劉 剛

(1.廣西交通投資集團河池高速公路運營有限公司，廣西 河池 547000；2.福建路橋建設有限公司，福建 福州 350000；3.廣西南天高速公路有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

隨著我國“十四五”規(guī)劃和交通強國戰(zhàn)略的實施，廣西交通基礎(chǔ)設施建設正持續(xù)開展，但廣西地處西南巖溶發(fā)育區(qū)域，道路工程建設時常因經(jīng)過巖溶發(fā)育區(qū)而引發(fā)一系列工程地質(zhì)災害[1-2]。在隧道工程建設中，突水涌水是隧道經(jīng)過巖溶區(qū)時易引發(fā)的地質(zhì)災害之一，不僅嚴重影響工程質(zhì)量和施工進度，增加了生產(chǎn)成本，更重要的是會危及施工作業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全，給安全生產(chǎn)帶來了極大的挑戰(zhàn)。

針對隧道巖溶區(qū)的突水涌水災害，常見的處理方法是機械排水、注漿堵水、鉆孔泄水等，其中注漿堵水是較為有效的技術(shù)手段[3-4]。但注漿堵水的方法受地質(zhì)條件和溶洞發(fā)育程度等的影響比較大，且難以應用于大孔徑突水涌水災害，往往需要多種手段共同處治[5]。本文以河百高速公路某隧道為例，介紹在隧道巖溶區(qū)富水狀態(tài)下，隧道采用機械排水、鉆孔泄水后進行注漿加固，突水涌水孔洞經(jīng)擴孔清孔后利用防水混凝土進行巖溶區(qū)的填埋，設置防水層，并實時檢測水壓等一系列手段形成的隧道涌水堵水處治方案，可為相似工程提供參考。

1 工程概況

某隧道位于廣西河池市金城江區(qū)，左線全長2 854 m，右線全長2 760 m，是河百(河池—百色)高速公路上的分離式長隧道。該隧道地處巖溶發(fā)育區(qū)，并與地表消水洞相通，受金城江地區(qū)連續(xù)降雨影響，進口端先后發(fā)生5次較大涌水，最大涌水量達7 000 m3/h，并帶有大量泥沙。經(jīng)踏勘，在隧道Z3K8+683.7段地表處左側(cè)266 m有一個約570 m2消水洞。此消水洞與隧道相通，標高為437.2 m，比隧道左線出水點處路面設計線高54.89 m，且多條沖溝流水匯聚于此，積水量受降雨影響較大，常年積水不干。隧道左右線分別有一個涌水孔洞，左線涌水點位于Z3K8+518處仰拱左側(cè)，右線涌水點位于K8+575處仰拱左側(cè)，且一直延續(xù)至左洞。見圖1。

圖1 隧道地表消水洞與洞內(nèi)涌水點示意圖

2 工程地質(zhì)條件

該隧道地處巖溶發(fā)育區(qū)，該區(qū)域山體起伏大，巖溶發(fā)育復雜，有較多大小不一、發(fā)育不同的溶洞，有些溶洞內(nèi)還含有大量巖溶水和泥沙，對隧道工程的建設帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，在工程建設前，必須先進行工程地質(zhì)的勘察，并預防可能發(fā)生的安全生產(chǎn)問題，保證工程施工過程中的生命財產(chǎn)安全。采用地質(zhì)雷達及鉆探相結(jié)合的方式，探明隧道洞身周圍水文地質(zhì)情況，為涌水處治及隧道結(jié)構(gòu)施工提供相關(guān)資料。在抗水壓襯砌加強段采用物探及探孔探明拱圈周邊及仰拱底部的隱伏溶洞。

2.1 雷達探測

該隧道地處巖溶發(fā)育區(qū)，由于在勘察前不確定溶洞大小和是否存在巖溶水及其水量，于是采用雷達探測的方式，通過對左線出水口處邊墻(測線位于出水口左側(cè)約5 m至出水口右側(cè)約4 m范圍內(nèi))前方28 m區(qū)域進行雷達探測與分析。雷達探測結(jié)果顯示，左線出水口處左側(cè)2.5 m至右側(cè)1 m寬約3.5 m范圍內(nèi)，探測區(qū)域內(nèi)前方4～12 m溶洞、巖溶水發(fā)育，13～16 m段溶洞發(fā)育。對右線出水口處邊墻(測線位于出水口左側(cè)約3 m至出水口右側(cè)約5 m范圍內(nèi))前方28 m區(qū)域雷達探測與分析。雷達探測結(jié)果顯示右線出水口處至右側(cè)寬約2 m范圍內(nèi)，前方6～8 m、11～15 m和17～19 m處發(fā)現(xiàn)有發(fā)育的溶槽、小溶洞，探測區(qū)域內(nèi)前方6～15 m巖溶水較發(fā)育。圖2為各截面溶洞斷面圖。

圖2 溶洞斷面圖

2.2 鉆探勘測

為了確保雷達探測的準確性，本次勘探還采取了鉆探的方式，對隧道左線出水口兩邊底部進行鉆探勘測，共設置四個探孔(見圖3)。鉆探勘測結(jié)果如表1所示。

圖3 隧道左線探孔位置示意圖

表1 鉆探勘測結(jié)果表

3 涌水堵水處治方案

3.1 初期處理

在隧道發(fā)生涌水災害初期，必須采取一系列合理的措施，避免因其他的施工作業(yè)引起更大的涌水量。而且沒有處理好涌水問題前，在隧道內(nèi)部有限密閉空間再作業(yè)有安全風險，這是必須重視的問題。因此為解決隧道涌水問題，隧道左線出水點Z3K8+518前后59 m范圍內(nèi)二襯暫緩施工，右線涌水出水點K8+575處一模12 m二襯暫緩施工。初期采取措施對隧道左、右線涌水浸泡段部分范圍進行注漿鋼管加固處治，對原設計無二襯鋼筋段增加全環(huán)二襯鋼筋構(gòu)造。隧道進口左線最早出水點Z3K8+510上臺階左側(cè)拱腳處，下臺階及仰拱開挖后，出水點移至Z3K8+518仰拱左側(cè)處。發(fā)現(xiàn)出水通道為斜向下后立即對左線仰拱左側(cè)出水點進行擴孔，將孔洞內(nèi)的水全部排出后進行清孔，將孔洞內(nèi)部水和泥沙清理干凈。

3.2 涌水處理

隧道內(nèi)涌水采用“機械排水”和“鉆孔泄水”兩種方式進行排水。在隧道進口方向，采用“機械排水”方式，將涌入隧道內(nèi)的水用抽水泵排至隧道進口方向，中途確保有施工人員在場，避免在排水過程中發(fā)生泄露。在隧道出口方向，采用“鉆孔泄水”方式，將隧道內(nèi)涌水排至出口方向。泄水前確保圍巖安全和穩(wěn)定，先進行圍巖局部加固，再通過預留的孔洞進行排水，中途實時觀察圍巖的穩(wěn)定性和滲透情況。

3.3 擴孔清孔

對隧道左、右線涌水點沿巖層走向或巖溶管道進行擴孔開挖，并在開挖過程中根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時修正開挖方向。擴孔后發(fā)現(xiàn)位于隧道進口右線出水點K8+575仰拱左側(cè)的出水通道方向大致為水平方向，且向左洞延伸，內(nèi)部伴隨有大量泥沙。涌水時由渾水逐漸變?yōu)榍逅?，水量由大變小。對于隧道右線已發(fā)現(xiàn)的溶洞，在確保安全的情況下，繼續(xù)開挖，揭露溶洞相關(guān)區(qū)域并打通左、右線之間的堵水橫洞，將溶洞內(nèi)的泥沙清除干凈。對于隧道左線左側(cè)溶洞，繼續(xù)擴挖至水平垂直向外及向下長度不小于設計長度，并將溶洞內(nèi)的泥沙清除干凈。在涌水點擴孔施工過程中，遇到圍巖穩(wěn)定性差時，采用Ⅴ級鋼拱架掛網(wǎng)噴混凝土支護，保證施工安全。擴挖施工時沿著巖層走向或巖溶管道開挖，避免巖體發(fā)生破碎，且爆破施工過程中采用松動弱爆破進行，嚴格控制振動速度，確保能及時修正方向。擴孔施工過程中，及時清理水潭內(nèi)淤積物，發(fā)現(xiàn)水潭較淺，繼續(xù)往前方擴挖≥10 m。

3.4 防水混凝土回填

擴孔完成后，采用高標號防水混凝土進行堵塞回填，混凝土中參入適量膨脹劑，并在每批回填混凝土埋設注漿小導管進行補注漿，保證擴孔橫洞回填混凝土密實無空洞。對于隧道左線左側(cè)溶洞，在溶洞水潭鋪設不銹鋼板，采用泵送混凝土方式進行回填封閉處理，減少水滲透對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。右線左側(cè)涌水點在擴孔清孔完畢后直接采用泵送混凝土回填?；靥罨炷敛捎肅40防水混凝土，且抗?jié)B等級≥P10。

3.5 襯砌處理

隧道涌水點兩端的襯砌需加強處理。在隧道左線涌水點前后20 m范圍內(nèi)及右線涌水點前后18 m范圍內(nèi)改變原有支護參數(shù)，對已完成施工的段落進行拆除和再施工作業(yè)，擴大斷面尺寸，加大隧道仰拱曲率及支護參數(shù)等級，保證隧道結(jié)構(gòu)安全。優(yōu)化隧道防排水措施，在抗水壓襯砌兩端抗水壓襯砌斷面的基礎(chǔ)上，再擴大斷面，避免水竄流到隧道其他段落?？顾畨阂r砌段防水采用加密環(huán)向盲管，間距為5 m，直接引入中央溝，并保障外包土工布的施工質(zhì)量?？顾畨阂r砌段防水采用全包混凝土防水層，需注意不銹鋼鋼管穿刺處防水層的鋪設，確保該處防水層與二襯之間密貼為一體。為了防止竄水及保障抗水壓段的防水效果，本段采用HDPE反應粘結(jié)型防水卷材。對抗水壓襯砌段及涌水浸泡段采用全環(huán)小導管注漿補強及止水，施工時設置試驗段和檢測孔，確定注漿參數(shù)和檢測注漿效果，鋼管打入方向垂直巖層，使?jié){液充分流入裂隙中，保證注漿補強止水效果?？顾畨阂r砌段仰拱施工縫與拱墻部位二襯施工縫錯開，相鄰兩模二襯及二襯與仰拱之間設置橡膠鋼邊止水帶，以增強防水效果。見圖4。

圖4 隧道出水點前后襯砌類型示意圖

3.6 其他措施

(1)堵水擴挖段應對光滑的區(qū)域進行鑿毛處理，拱部接長錨桿錨入堵水混凝土中，錨入長度≥50 cm，底部設置長150 cm、φ22 mm藥卷錨桿，其中50 cm錨入堵水混凝土中。見圖5。

圖5 堵水方案立面示意圖

(2)水壓監(jiān)測管采用100 mm×4 mm的不銹鋼鋼管，并通過止水閥門后引入中央排水溝，在出水口及抗水壓襯砌段邊緣設置3個斷面，每個洞共設置6處。初支及二襯間的不銹鋼鋼管管頭應設濾網(wǎng)。

(3)未澆筑二襯段，除兩端外中間不設置變形縫，施工縫采用橡膠鋼邊止水帶處治。

(4)出水點附近應埋設二襯監(jiān)測元件，長期監(jiān)測該斷面的凈空收斂、拱部下沉、初期支護與二襯之間的接觸壓力、二次襯砌混凝土應力及二次襯砌鋼筋應力。左右洞抗水壓段均應設有監(jiān)控視頻。

(5)涌水通道采用堵塞方式處理后以蓋板涵結(jié)構(gòu)形式將涌水出水口與中心排水溝連接，并設置檢查井，以備后期運營檢修。

(6)收集隧道洞內(nèi)溶洞及地表消水洞相關(guān)資料，為后續(xù)可能優(yōu)化涌水處治方案提供相關(guān)依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過采取一系列包括隧道出口鉆孔泄水、進口機械排水、擴孔回填、加強襯砌和水壓監(jiān)測等處治方法應對該隧道巖溶區(qū)中的突水涌水問題，整體堵水效果顯著。本文為解決公路隧道巖溶區(qū)突水涌水問題提供了一定的參考，有較好的借鑒作用。