李 崇

（廣東省南粵交通大豐華高速公路管理處，廣東 梅州 514300）

在復(fù)雜的水文地質(zhì)條件下，特別是在巖溶發(fā)育的地區(qū)，長公路隧道在施工過程中會有突發(fā)性涌水事故，該現(xiàn)象不但會影響隧道工程項(xiàng)目的工期，還會對項(xiàng)目所在區(qū)域的地下水和生態(tài)環(huán)境等造成嚴(yán)重破壞，如果未能及時采取措施，就會引起法律方面的糾紛與社會問題[1]。在巖溶水可溶性物質(zhì)含量較高的情況下，流動水會對隧道結(jié)構(gòu)造成很大侵蝕，從而影響隧道的使用壽命[2]。在地下水流作用下，溶質(zhì)堆積體崩塌沉降，改變了洞室周圍的應(yīng)力場，對洞室的穩(wěn)定性有一定影響。另外，在隧道內(nèi)，損失地下水可能會導(dǎo)致隧道頂面的巖溶塌陷，對周圍的環(huán)境地質(zhì)產(chǎn)生影響，也會造成隧道失穩(wěn)[3]。目前，我國巖溶發(fā)育地區(qū)建造隧道大多采用“以排為主，排堵結(jié)合”的方式。在隧道工程中，當(dāng)遇到降水或地下水時，通常采用暗溝、涵洞、泄水洞和增設(shè)輔助引水溝等方式排出工程中的地下水[4]，并采取加強(qiáng)襯砌等措施解決工程中的多數(shù)地下水問題，處理工藝大多以加強(qiáng)圍巖為主。

1 隧道巖溶富水區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)

1.1 注漿堵水材料

為取得較好的堵水效果，根據(jù)隧道內(nèi)巖溶富水區(qū)域的特點(diǎn)，選擇不同種類的灌漿堵水劑。第一種灌漿堵水劑是以水泥為主原料，加入定量的速凝劑和水溶性配制而成的單液型灌漿堵水劑[5]。根據(jù)灌漿對漿液凝膠時間的要求，在隧道中，可以在不同漿液配比條件下進(jìn)行凝膠試驗(yàn)，從而確定不同配比條件下的凝膠時間，見表1。

表1 不同配比條件下單液水泥漿凝膠時間記錄表

表1 中水與水泥的比為質(zhì)量比。

第二種灌漿材料是以水泥—水玻璃為主體，按一定的配比而成的水泥—水玻璃型灌漿，以雙液體的形式進(jìn)行灌漿。在灌漿過程中，要適當(dāng)?shù)靥砑泳從齽6]。與注漿堵水施工對漿液凝膠時間的要求相結(jié)合，對不同漿液配比下的注漿材料凝膠效果進(jìn)行試驗(yàn)，并記錄不同配比條件下的水泥—水玻璃類漿液凝膠時間，見表2。

表2 不同配比條件下的水泥—水玻璃類漿液凝膠時間記錄表

第三種注漿材料是以特制高性能水泥配適量外加劑的TGRM 水泥基特種灌漿材料。該注漿材料的比表面積＞700m2/kg；凝膠時間＞8min；流動度＞240mm；初凝時間＞15min；終凝時間＜45min；抗壓強(qiáng)度＞50MPa。結(jié)合注漿防水對漿液凝膠時間的要求，對該注漿材料的凝膠進(jìn)行試驗(yàn)，記錄結(jié)果見表3。

表3 不同配比條件下的TGRM 水泥基特種灌漿材料液凝膠時間記錄表

按照表1～表3 中記錄的數(shù)據(jù)，根據(jù)隧道巖溶富水區(qū)帷幕實(shí)際注漿堵水需要，合理選擇注漿材料，并按照合理的凝膠時間選擇水和水泥的配比。在具體施工中，3 種注漿材料各有所長，可以相互配合使用。

1.2 計算注漿堵水參數(shù)

帷幕注漿主要是為降低圍巖的滲透性能，并進(jìn)一步起到加固的作用。根據(jù)帷幕設(shè)計需求，隧道開挖的輪廓線應(yīng)控制在6m 外。注漿壓力作為注漿的重要參數(shù)，直接影響注漿過程中的漿液擴(kuò)散、裂縫充填和灌漿效果。在施工過程中，既要保證注漿材料不受靜水壓影響，又要保證泥漿在不受地層阻力的影響，讓注漿材料進(jìn)入圍巖，使其在圍巖中形成與圍巖強(qiáng)度相當(dāng)?shù)募庸倘?，同時避免泥漿在圍巖中滲出過多，浪費(fèi)材料和施工時間。注漿壓力值取決于巖體裂縫的發(fā)育程度、突水壓力、漿液的性質(zhì)和成膠時間。注漿壓力為：（2～4）+P0。其中P0為用水壓力。

當(dāng)注漿時，若采用單孔注入的方式，則假設(shè)注漿在地層始終均勻擴(kuò)散，計算單孔的注漿量如公式（1）所示。

式中：Q為單孔的注漿量；R為注漿材料的擴(kuò)散半徑；L為注漿的長度；n為地層中的裂隙比例；α為漿液在巖石裂縫中的填充系數(shù)；η為漿液的消耗效率。

1.3 帷幕注漿

確定注漿堵水的各項(xiàng)基本參數(shù)后，進(jìn)行帷幕注漿施工，帷幕注漿的基本流程如圖1 所示。

巖盤止?jié){是否有效，對帷幕注漿的結(jié)果有很大影響。在圍巖條件下，隧洞應(yīng)該按照圍巖條件設(shè)置相應(yīng)的止?jié){底板，II 類圍巖構(gòu)造較好，設(shè)置厚3m 的止?jié){底板；IV 類圍巖中留出4m 的空隙；V 級的圍巖留出5m 的空間，以此保證灌漿的效果，同時可以省去每次灌漿周期澆灌，形成一堵漿墻，從而加快施工進(jìn)程。當(dāng)埋設(shè)孔口管時，應(yīng)保證較好的密封性，確保不漏漿。打完鉆孔后，用沖孔鉆進(jìn)3m，鉆孔露出20～30cm，用麻線堵住管壁和孔口接觸面，在雙液漿打孔后對其進(jìn)行封堵。孔口管有導(dǎo)引功能，在鉆機(jī)安裝過程中應(yīng)注意外插角大小。當(dāng)鉆孔施工時，按照設(shè)計標(biāo)出的灌漿孔位置在工作面上涂上紅漆。如果單孔排出的水量小于30L/min，就可以繼續(xù)；如果單孔涌出的水量大于30L/min，應(yīng)立即停止鉆井，重新注漿。連接注漿管路如圖2 所示，在連接的過程中，必須保證注漿管路的密封性。

圖2 注漿管路布置圖

1.4 施工中的突發(fā)涌水處理

針對突發(fā)的涌水問題，可以用?38mm 有閘門閥門的管子，并將水口插入水管中進(jìn)行引流。用麻筋填滿出水口和鋼管間的空隙，在此基礎(chǔ)上砌筑擋漿墻?？梢詫﹂]水和井眼進(jìn)行灌漿。選用長度為4m 的?38mm 帶閘閥孔口管，分別在1.1m 和1.2m 處用焊條焊接鋼筋與鋼管，在1.5m 的位置上焊接規(guī)格為?6mm 的盤條鋼筋。在孔口管的末端，用十字卡連接2 根鋼管，有利于插管推進(jìn)時加力。在孔口管末端處提前安裝閘閥。制作孔口管如圖3 所示。

安裝上述結(jié)構(gòu)可以起到導(dǎo)水效果，解決突發(fā)涌水問題。

2 帷幕注漿堵水效果分析

2.1 隧道工程概況

該工程項(xiàng)目是粵東地區(qū)高速公路控制工程項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目隧道全長超過6km，隧道的進(jìn)口位置與地區(qū)收費(fèi)站距離超過5km。

在對該項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場勘查的過程中發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目的進(jìn)口368m、出口293m 均位于隧道曲線上，洞身位于隧道的直線段上，從進(jìn)口位置開始測量，160m 內(nèi)為上坡路段，超過160m 的路段為下坡路段。經(jīng)過現(xiàn)場勘查，該項(xiàng)目的中間位置可能出現(xiàn)集中性突水現(xiàn)象，根據(jù)工程項(xiàng)目設(shè)計方與施工方的綜合商議與決策，決定采用帷幕注漿的方式進(jìn)行現(xiàn)場堵水施工。但該隧道的巖溶水發(fā)育十分不規(guī)律，導(dǎo)致隧道整體止水施工難度較大。

在此基礎(chǔ)上，勘查隧道施工前，使用布置超前探孔的方式對該隧道所在地的地形和地貌進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隧道幾乎垂直穿過中梁山區(qū)，該區(qū)域?yàn)橐黄瑒兾g的低矮山地，最大深度為275m，該項(xiàng)目的地形十分陡峭，表面覆蓋豐富的植被，可溶巖層形成的凹地是一片平坦廣闊的稻田，還有一些侵蝕凹地和水洞等。隧道表面有大量的房屋，根據(jù)人口普查統(tǒng)計，該區(qū)域常年居住人口約為6 萬人，同時，該區(qū)域有200 多個企事業(yè)單位，還有很多中小型水庫、池塘和水井。

2.2 堵水效果觀測點(diǎn)布設(shè)

掌握該工程項(xiàng)目的基本情況后，按照該文提出的施工技術(shù)，在現(xiàn)場進(jìn)行帷幕注漿堵水施工，完成施工后，采用布置堵水效果觀測點(diǎn)的方式，對該技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行評價。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，明確監(jiān)控線路為隧道線路南側(cè)7.82km～北側(cè)6.1km 對應(yīng)的線路。隧道東西側(cè)沿著軸向2.5km 的位置為灰?guī)r區(qū)域，面積約為35km2。經(jīng)過現(xiàn)場規(guī)劃，該項(xiàng)目的監(jiān)測對象包括暗河出口、泉井、地表水庫和隧道內(nèi)敏感出水點(diǎn)等。

在確定觀測點(diǎn)所在位置的初始水位后，在對應(yīng)的觀測區(qū)域設(shè)定標(biāo)志，并在完成前期準(zhǔn)備工作后正式進(jìn)行觀測工作。從隧道施工開始對觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，并在竣工后3～5個月內(nèi)停止觀測。在隧道施工過程中，須安排技術(shù)人員每天觀測一次觀測點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)地下水的水位和水流有異常變化，就需要根據(jù)具體情況，適當(dāng)縮短觀測的周期，根據(jù)具體情況，可在必要時，對觀測點(diǎn)進(jìn)行24h 監(jiān)控。在隧道工程項(xiàng)目完工后，可以將每天1 次的監(jiān)測頻率，調(diào)整到3d監(jiān)測1 次或5d 監(jiān)測一次，但在隧道出現(xiàn)滲漏后要注意隧道監(jiān)測的周期或增加監(jiān)測頻率。

2.3 堵水效果分析

通過觀測現(xiàn)場堵水觀測點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隧道貫通后，流水幾乎都集中在出口，根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，測量隧道測點(diǎn)流量，如圖4 所示。

圖4 隧道堵水效果觀測點(diǎn)的流量測量

3 結(jié)語

通過上述研究，得到以下2 個結(jié)論：1）從圖4 可以看出，在所選的測點(diǎn)中，任意測點(diǎn)的涌水量，均滿足＜1.0m3/d·m 的限量排放標(biāo)準(zhǔn)，說明隧道注漿施工比較成功，即應(yīng)用對應(yīng)的施工技術(shù)后可以達(dá)到預(yù)期效果。綜合上述結(jié)果可以說明，該文設(shè)計的施工技術(shù)可以有效防止地下水流失，并在一定程度上可以保護(hù)隧道工程的施工和項(xiàng)目所在地的自然生態(tài)環(huán)境。2）該文研究的隧道工程項(xiàng)目具有施工工期緊張、巖溶發(fā)育顯著和所在地的地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，在施工中，如果該項(xiàng)目出現(xiàn)涌水方面的問題，不僅會對隧道工程的工期造成影響，還會影響附近居民和企事業(yè)單位的生活和日常用水。該研究提出的施工技術(shù)可以解決該問題，通過該方式，可以規(guī)范隧道工程項(xiàng)目的施工，避免隧道施工涌水造成施工現(xiàn)場安全事故。