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学术前沿

复杂岩溶隧道涌水突泥处理技术

发布日期:2013-02-06 18:54

复杂岩溶隧道涌水突泥处理技术
 
摘  要:通过分析重庆轨道交通 6 号线二期中梁山隧道施工涌水突泥形成原因,并针对高压岩溶涌水突泥段采取某种技术手段进行治理,实现了在高压富水复杂岩溶涌水突泥情况下安全开挖作业的目的,为地铁施工中的涌水突泥病害处理
提供了技术指导。
关键词:轨道交通;隧道;复杂岩溶;涌水突泥;前进式注浆
 
1 工程概况
      重庆轨道交通 6 号线二期中梁山隧道为单洞双线地铁专用隧道,全长 4 332 m;隧道平面线形为直线,设计纵坡呈“人”字坡,进口坡度 3 ‰,出洞口端坡度为20 ‰。隧道跨度大,最大开挖宽度 12 m,最大开挖高度10.9 m,最大埋深约 410 m,除洞口段均为深埋隧道。中梁山隧道穿越地层主要为灰岩、砂岩、泥质岩类,围岩级别主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级;地层富含水,地下水主要为岩溶及裂隙水,地表降水对其有补给作用,隧道施工期涌水量为 11 463 m3/d,雨洪期为 19 105 m3/d。 隧道施工中可能出现高压地下水、腐蚀性地下水、瓦斯、煤层、溶洞、暗河、石膏岩、煤层采空区、断层等不良地质现象。
 
2 涌水突泥过程及原因
      中梁山 2 号隧道 YDK48+917.3 处为 V 级围岩,工作面整体性较好,主要以灰岩为主,在打设锁脚锚杆并清理淤泥时开始出水、出泥,初期大约为 8 000 t/d,处理中期为 30 000 t/d,水压 1.5 MPa,含泥量 30 %。 由于是上坡施工,坡度为 3 ‰,故及时组织人员在洞门堆砂进行引排,并派挖机在洞外施做临时排水沟,避免了对在建及已建的铁路边坡和路基的冲刷。
      据地勘资料显示,里程 YDK48+890—YDK49+032段为灰岩与泥岩交界面,附近发育有规模较小的岩溶,为了较好地掌握涌水点前后地层及含水体情况,先后施做了红外探测及 TSP 探测。由探测得知:工作面前方30 m 范围内有较大的破碎带或者裂隙溶洞的存在,主要分布在工作面前方及周边,地下水主要以裂隙水和岩溶水为主,含水量较大,水压力较大;工作面后方 60 m隧道周边含有明显的含水体。
 
3 施工中涌水突泥处理技术
      根据前期的钻探情况及洞内涌水与地表降雨存在明显联系的情况可知:水源补给充足;工作面前方存在溶洞;粉细砂填充规模较大,沿隧道纵向 12 m 长,左侧及下部钻深至 20 m 仍不见边界,右下侧也存在岩溶与左侧及地表连通。 由于水压较大,进一步探孔的难度很大,故在逐步处治过程中再探测,并结合设计资料及专家意见,坚持“超前注浆、加强支护、合理开挖”的原则初步编制如下方案。
首先依据释能降压原理[1],释放溶腔所储存的能量,降低水土压力对隧道的稳定性影响,用 覫600 mm带阀门涵管引水,涌水集中引出后在工作面施做混凝土止浆墙[2],同时对工作面后方(已开挖段 )实施径向注浆加固,并对工作面前方进行物探及超前钻探,在此基础上对工作面前方 25 m 采用全断面帷幕前进式注浆堵水、加固。
3. 1 工作面后方径向注浆
      考虑到工作面后方有较大含水体,并存在一软弱夹层,一旦工作面前方进行全断面注浆对涌水封堵后,可能存在水压增大而导致水体与后方含水体贯通,对后方初支造成危害,故对工作面后方 25 m 范围初支进行径向注浆加强支护处理。
3. 1. 1 径向注浆施工工序
      钻孔→埋设孔口管→连接管路进行注浆。
3. 1. 2 注浆顺序
      采取先下后上、由小里程到大里程方向、间隔跳孔的施工方式进行,施工中根据具体情况可进行调整。
3. 2 超前全断面预加固注浆
3. 2. 1 总体施工工序
涵管排水→施做止浆墙→按注浆方案实施。
3. 2. 2 注浆施工
      全断面帷幕超前预加固注浆堵水,注浆范围为隧道开挖线以外 8 m,扩散半径为 1.5~2.5 m,注浆段长度为 25 m,开挖 20 m,保留 5 m 止浆岩盘,为后续注浆起到安全屏障和止水作用。 采用分体式水平地质钻机按照预先设定好的角度在钻孔位置钻孔,钻头采用冲击钻头。 终孔环间距 2.2~3.5 m,共设 6 环 3 排 154 个注浆孔,注浆开孔直径 130 mm,终孔直径 90 mm,孔口管用Ф108 mm、壁厚 5 mm 的热轧无缝钢管,管长 3 m。注浆材料采用普通水泥浆、普通水泥-水玻璃浆,硫铝酸盐水泥浆,三种浆液根据实际情况局部调整,浆液水灰比为 0.8∶1~1.2∶1,水泥-水玻璃配比(体积比)为1∶1~1∶0.3,并根据现场情况调整。 水泥强度不低于R32.5, 水玻璃质量浓度 300~400 Be’, 注浆压力2~2.5 MPa,注浆终压为实测静水压力的 2~3 倍。 单孔注浆量超过设计注浆量的 2 倍注浆压力无明显上升时应停止注浆,并调整浆液参数或者更换注浆材料。注浆方式为前进式注浆,分段长度为 5~10 m,可根据现场情况调整。注浆完成后打设检查孔,检查孔涌水量应小于 0.2 L/(m·min),或者进行压水试验,在 0.75 MPa 压力下,吸水量应小于 2 L/min,未达标准应补注浆。
3. 2. 3 注浆工艺流程(见图 1

3. 2. 4 注浆顺序
      采取先外后内、由下到上、间隔跳孔的施工方式进行。 注浆孔施工过程中按照外圈孔单序孔—二圈孔双序孔—外圈孔双序孔—二圈孔单序孔—内圈孔的施工顺序进行施工。
3. 3 管棚施工及仰拱加固
3. 3. 1 管棚施工
      根据地质钻探结果显示,工作面前方左侧、下部、右下部存在岩溶发育,为了保证开挖,在工作面拱腰及边墙段、工作面右侧边墙(有岩溶发育段)施做Ф108 mm壁厚 5 mm 的热轧无缝钢管大管棚,长度与注浆段一致,注浆材料及压力等控制参数参考超前全断面预加固注浆实施,环向间距为 40 cm,外插角 6 °。
3. 3. 2 仰拱加固
      根据探孔资料,隧道通过区域仰拱下方不足 1 m就存在涌水,岩溶发育,为了保证隧道的安全运营,在钻孔进行加固的过程中逐步对此加固段进行探测,并根据探测结果施做钢管桩注浆加固。
3. 4 隧道开挖
      注浆完成后采用小孔检查,控制涌水量小于 0.2 L/(m·min),即可在隧道上台阶采用 CD 法施工。 控制单次爆破开挖面积和单循环开挖进尺不超过 0.5 m,并且在隧道施工开挖的每一步均应尽早实现全断面支护封闭成环。 针对开挖后,拱部涌、渗水点用径向注浆进行渗水集中成一点或封堵至边墙处,再进行引排处理,达到“限量排放”的设计目的。
 
4 安全及质量保障措施
      1)设置专职安全人员对现场安全进行监督。
      2)在整个施工处理过程中,首先要掌握隧道初期变化情况,时刻补充勘察隧道周边岩溶发育情况及地表补给水源情况,严格加强隧道施工监控量测,即坚持对初期支护进行变形监测。
      3)加强孔内涌水量、水压力等变化监测工作,如有异常应立即采取应急措施进行处理或停止施工撤除洞内作业人员。
      4)由于该段隧道注浆量较大,故试验人员必须全程跟踪,随时根据地层及地下水变化情况及时调整注浆参数,确保注浆效果。
      5)注浆孔段作业时应连续进行直到结束,应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断施工。 对于因实行间歇注浆,制止串浆冒浆等而有意中断施工的,则应先扫孔至原设计深度以后进行复注。
      6)严格按照设计参数进行钻孔注浆施工,加强过程控制。
 
5 结语
      对复杂岩溶隧道涌水突泥的处治,应根据地层岩性、涌水特点等因素进行调查分析,以确定堵或排的方案。当工作面前方存在高压富水区,出现大规模的涌水、突泥,且工作面围岩比较差时,可采用超前帷幕注浆堵水;当岩体较完整,岩体结构可保证开挖安全,水量不很大时,可采取开挖后对洞周进行径向注浆堵水。通过上述工程实际处治,该技术是可行、合理的。
 
参考文献:
[1] 张梅,张民庆,朱鹏飞,等. 高压富水充填溶腔释能降压技术[J]. 中国工程科学,2009(12):25-28.
[2] 高广义,陈立杰. 象山隧道岩溶段注浆技术优化研究[J]. 隧道建设,2011(1):15-17.