姜廣文

(中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶 400700)

不良地質(zhì)情況下的江底隧洞施工面臨的風(fēng)險(xiǎn)性極大,特別是防突水問題是江底隧道施工的重中之重，如果處理不好，會造成嚴(yán)重后果[1-2]。分水江水下隧洞工程，以“地質(zhì)預(yù)報(bào)為先、多道設(shè)防為主、防水排水互相結(jié)合”為原則，在推進(jìn)施工時(shí)根據(jù)工況進(jìn)行合理排水，并采取全斷面超前帷幕注漿，有效規(guī)避了水底隧洞不良地質(zhì)帶涌水等突發(fā)事件，實(shí)現(xiàn)了隧洞安全順利貫通。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

千島湖配水工程分水江水下隧洞全長1160m。位于浙江省杭州市桐廬縣橫村鎮(zhèn)，桐鄭公路沿山腳穿過，江底隧洞洞段總長度為1009m，隧洞橫斷面為馬蹄形，隧道底寬480cm，隧道高度690cm，中部寬720cm。

1.2 水文地質(zhì)條件

右岸山坡及河灘處地下水位埋深4.5～6.0m，大多為砂礫卵石層，透水系數(shù)局部大于10-2cm/s。分水江水下隧洞洞底最低處位于水平面以下50m處，河床段上覆巖體厚度一般為9～30m，其中平距0～150m，上覆巖體厚度40～70m，圍巖多為塊狀的晶屑凝灰?guī)r，巖體完整性較好，圍巖類別以Ⅱ類為主；平距150～250m，上覆巖體厚度30～40m，圍巖多為塊狀的晶屑凝灰?guī)r，巖體完整性較好；平距250～310m，上覆巖體厚度較薄，一般20～30m，平距310～450m，上覆巖體厚度15～45m，平距450m以下，隧洞洞身多為唐家塢組砂巖，圍巖類別以Ⅲ類為主。輸水隧洞穿越分水江，從勘探成果來看，河床部位近200m長度范圍內(nèi)巖石破碎，隧洞頂部與河床段最低處距離只有16m，還穿過F1、F3兩條斷層影響帶，斷裂構(gòu)造發(fā)育，存在突水等影響施工安全的地質(zhì)隱患(見圖1)。

圖1 穿江隧洞縱剖面布置(單位：mm)

2 抽排水方案

2.1 抽排水量

根據(jù)招標(biāo)文件說明，輸水隧洞穿江段總排水量控制標(biāo)準(zhǔn)為：分水江1號支洞工作面、分水江2號支洞工作面、分水江檢修放水井合計(jì)的連續(xù)兩周穩(wěn)定涌水量排水量超過8000m3/d，即333m3/h。

2.2 抽排布置

在輸水隧洞穿江段江底平坡與兩側(cè)斜坡連接處各設(shè)置1處集水坑，在斜坡段中段設(shè)置1處集水坑，在分水江1號、2號支洞交叉口各設(shè)置1處集水坑。集水坑內(nèi)設(shè)置水泵。掌子面及沿線洞壁滲流水收集后抽排至集水坑，然后通過水泵、抽排水管路抽排至支洞外[3]。抽排水布置見圖2，抽排水設(shè)備配置見表1。

圖2 抽排水布置示意圖

表1 抽排水設(shè)備配置情況

2.3 抽排管路

抽排管路為φ200鋼管，布置安裝在隧洞一側(cè)，在出現(xiàn)局部大流量涌水情況下，調(diào)集備用抽排水設(shè)備投入工作，同時(shí)將原有供風(fēng)管(安裝在排水管同側(cè)，φ200鋼管)進(jìn)行改造，使其成為排水管路，以便以最快速度排出突涌水[4](見圖3)。

圖3 抽排水管路調(diào)整示意圖

3 超前帷幕注漿

隧道超前全斷面帷幕注漿的作用主要是止水和加固地層，減小地層涌水量，保證正常施工。

3.1 注漿設(shè)計(jì)

a.注漿材料。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，并綜合各類漿液特性進(jìn)行比較分析，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)條件，進(jìn)行雙液注漿。注漿材料的具體配合比在注漿試驗(yàn)以及現(xiàn)場施工中不斷優(yōu)化和完善。

b.注漿范圍。超前預(yù)注漿加固范圍：B=(3～4)D；超前注漿加固圈厚度：B1=(B-D)/2。式中：D為隧道開挖直徑(m),按照地質(zhì)情況，隧洞穿江段注漿加固區(qū)間是30m，加固圈厚度為開挖輪廓線外7.7～8.0m。

c.布孔參數(shù)及漿液擴(kuò)散半徑。輸水隧洞穿江段超前帷幕注漿采用環(huán)形布孔，在注漿終孔斷面上，最大孔間距為3.42m，按照不存在注漿盲區(qū)的原則，注漿擴(kuò)散半徑擬定為2m。

d.注漿壓力。輸水隧洞穿江段超前帷幕注漿壓力擬定為2～5MPa，局部和補(bǔ)注漿壓力為1～3MPa。

e.止?jié){墻厚度。將孔口管固定在止?jié){墻上，為兼顧降低施工成本和確保隧洞安全，該隧洞止?jié){墻厚度設(shè)置為1.5m。

f.布孔設(shè)計(jì)。按照設(shè)計(jì)要求對超前帷幕注漿孔位進(jìn)行布置(見圖4～圖5)。

圖4 穿江隧洞帷幕注漿開孔布置示意圖(單位：cm)

圖5 穿江隧洞帷幕注漿終孔布置示意圖(單位：cm)

g.設(shè)計(jì)參數(shù)。選用超前帷幕注漿設(shè)計(jì)參數(shù) (見表2)。

表2 穿江隧洞帷幕注漿設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 工藝流程

穿江隧洞全斷面超前帷幕注漿在第一次注漿前設(shè)置止?jié){墻，止?jié){墻厚1.5m；注液區(qū)域是上部及左、右兩側(cè)為7.7m，下部為8.0m。穿江隧洞全斷面超前帷幕注漿工藝流程[5]見圖6。

圖6 穿江隧洞全斷面超前帷幕注漿流程

3.3 施工工藝

3.3.1 止?jié){墻和孔口管安裝

第一循環(huán)超前帷幕注漿前設(shè)置1.5m厚C25混凝土止?jié){墻。終點(diǎn)算出鉆進(jìn)坡度和水平角(方位角)，套管外露長度保持30～40cm。超前帷幕注漿采用RPD-150C型鉆機(jī)鉆孔，開孔鉆頭直徑101mm，安裝φ89孔口管，成孔直徑約110mm；終孔鉆頭直徑63mm，成孔直徑約80mm[6]。注漿鉆孔結(jié)構(gòu)見圖7。

圖7 注漿鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.2 鉆孔

RPD-150C型鉆灌一體鉆機(jī)[7]能鉆灌取芯，并自動記錄鉆進(jìn)數(shù)據(jù)。設(shè)備能夠自動地記錄孔深、鉆速、旋轉(zhuǎn)扭矩、旋轉(zhuǎn)數(shù)、給進(jìn)力、打擊壓力等各項(xiàng)鉆孔數(shù)據(jù)，同時(shí)可以通過配套的鉆桿注漿，實(shí)現(xiàn)鉆灌一體化。最大轉(zhuǎn)速為80r/min，采用電動作為動力，發(fā)動機(jī)功率75kW。鉆速平均10m/h(0～40m)、8m/h(40～80m)、6m/h(80～110m)、5m/h(>110m)。鉆孔施工的鉆孔次序(順序)為先外后內(nèi)，先上后下。由于穿江隧洞斷層影響帶主要為由斷層泥、碎裂巖組成，漿液擴(kuò)散直徑必須超過4m。在鉆進(jìn)的同時(shí)隨作業(yè)班做好記錄。

a.漿液配合比控制。漿液配合比[8]見表3。

表3 漿液配合比

b.漿液選擇原則[9]。地下水豐富時(shí)水灰比取低值，較豐富或不豐富時(shí)水灰比取高值；洞身開挖范圍以外采用雙液漿重點(diǎn)加固，開挖范圍以內(nèi)采用單液漿進(jìn)行止水。

c.注漿方式及工藝。為確保注漿質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，實(shí)施鉆注一體，鉆機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)深度以后，采用分段鉆桿后退式注漿方式。工藝流程見圖8，后退式注漿順序見圖9。

圖8 注漿流程

圖9 注漿順序

3.4 超前帷幕注漿施工強(qiáng)度

超前帷幕注漿施工強(qiáng)度[10]見表4。

表4 超前帷幕注漿施工強(qiáng)度

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，對穿江段56+025.9～55+995 .9區(qū)間和55+986.9～55+969.9區(qū)間進(jìn)行兩次超前預(yù)帷幕注漿后，在掌子面對灌漿效果進(jìn)行質(zhì)檢，結(jié)果表明：檢查孔基本沒有出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

分水江穿江隧洞，按照“超前做好地質(zhì)預(yù)報(bào)、嚴(yán)格進(jìn)行鉆孔注漿、縮短開挖距離、加強(qiáng)支護(hù)力度、迅速封閉開挖面、提高量測頻率”要求進(jìn)行施工，依據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，制定排水方案，針對出水量較多、地質(zhì)情況較差情況，采用不同的灌漿參數(shù)進(jìn)行止水。有的放矢進(jìn)行超前預(yù)注漿后，總注漿費(fèi)和抽排水費(fèi)分別節(jié)約260萬元和90萬元。2016年12月18日，隧道提前28天安全貫通。施工過程中，沒有出現(xiàn)涌水、坍塌等情況，通過監(jiān)測，相關(guān)數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。