深埋隧道断层破碎带涌水涌泥处理技术措施

深埋隧道断层破碎带涌水涌泥处理技术措施

胡启明,齐骥,张秉鑫,李伟

中国建筑第八工程局有限公司东北分公司 辽宁大连   116021

摘要：本文重点阐述了隧道在发生涌水涌泥事故概况，介绍了事故处理方法，在处理过程中采用超前预报，排水减压，全断面帷幕注浆，超前管棚支护、加强支护及二衬、增设排水支洞的方法，安全、顺利的通过了涌水、涌泥地段。本工程经验可供同类工程参考。

关键词：深埋隧道 断层破碎带 涌水涌泥 全断面帷幕注浆 排水支洞

一、隧道工程概况

本隧道起讫里程：DK212+534～DK215C+034，全长5500m，隧区最大埋深350m。隧道洞身为燕山晚期花岗岩，粗粒花岗结构，块状构造，成份为长石、石英及黑云母，岩质坚硬。地下水主要为基岩裂隙水，补给来源主要是大气降水的入渗补给，隧道最大涌水量14935m³/d，正常涌水量1575.3m³/d。

二、涌水涌泥情况

隧道进口作业面掘进至DK214+560，掌子面开挖揭示右侧1/4围岩为强风化花岗岩，其余部位为弱风化花岗岩；当日17时开挖完成后，掌子面右侧出现掉块现象，粒径小于50cm，掉块处出现深约1.5m、呈倒漏斗状空洞，无水流出；21时掉块频繁，有水流出，开挖仰拱部位已积满水。

次日7时，掉落碴块已将塌方口堵住，有碴块掉落声音，并且有水从碴体中流出，坍塌量约150m³；10时出现涌水涌泥，涌泥涌石至DK214+408里程处，上台阶84m淤积物平均深约3m，下台阶68m淤积物平均深约0.5m，涌泥涌石总方量约3500m³。实测涌水量8800m³/d，其后5日实测涌水量分别为6600m³/d、5100m³/d、4600m³/d、3600m³/d、2950m³/d，涌水量呈减少趋势。

三、隧道涌水涌泥处理方案

根据物探探查的断层破碎带规模、与隧道空间关系、充填性质、补给量大小，综合考虑隧道施工安全及施工组织，遵照“排水减压、注浆加固、超前支护、加强结构、综合治理”的原则，进行断层破碎带方案施工。

3.1超前地质预报

1、地震波和EH-4勘探

在DK214+500处左、右侧各30m布置2条地震折射测线和2条EH-4测线，综合分析推测：DK214+540~+580存在明显的低速和低阻异常，推测为断层，走向约北西52°，向大里程方向倾，倾角约为85°。

2、TSP地质超前预报

在隧道进口DK214+560处进行TSP探测，有效探测长度各150m。根据二维视图以及岩石力学参数分析，隧道掌子面前方40m地段地段，强度较低，岩体节理、裂隙较发育，裂隙水较发育。岩体破碎～极破碎，节理、裂隙发育，裂隙水稍发育～较发育，局部存在软弱夹层。

3、超前水平钻探

为探明坍塌体及空腔形态，本次在隧道进口DK214+560掌子面布置三个水平钻孔。

4、综合分析结果

根据地表物探成果资料和超前地质预报资料，DK214+560～DK214+700段围岩节理裂隙发育，地下水较发育，地震波波速约3550～3950m/s，隧道附近已开挖段围岩大多由Ⅱ级已变更为Ⅲ～Ⅴ级，综合以上因素，DK214+560～DK214+700段工程水文地质条件如下：

3.2排水降压

在DK214+550附近设置不小于10个φ110排水降压孔，确保排水孔在注浆加固圈外、终孔位置钻至断层破碎带部位或宽张裂隙等富水地段，确保有效排水。

3.3清淤

在低水压、洞内排水畅通、淤积物稳定的情况下，首先清淤至DK214+480处设置3m厚砂袋挡墙，确保淤积物稳定。

3.4工作平台处理

洞内修筑3.5m宽片石施工便道至DK214+550处；平整DK214+550~+560段淤积物，采用30cm厚C25喷混凝土封闭该段淤积物表面及掌子面；为保证淤积物及掌子面稳定，采用5m长φ42mm小导管注浆加固DK214+550~+560段淤积物，间距1m×1m，小导管伸入下台阶基岩长度不小于1m，首先注水泥砂浆回填较大空洞，后采用水泥单液浆回填细小空隙。为保证掌子面排水畅通，在掌子面预留10个φ110排水孔，并在淤积物表面修筑排水沟，将掌子面地下水引排至洞内侧沟排放。

3.5全断面帷幕注浆预加固

根据断层破碎带的规模、充填物性质、地下水补给、与隧道空间关系等情况，在排水降压孔、工作平台等前期工程施工完成后，从小里程向大里程逐段清淤、逐段开挖下台阶，并及时封闭初期支护、施作二次衬砌，逐步逼近DK214+560涌水涌泥掌子面，施工至DK214+555处，设置混凝土封堵墙封闭，对断层破碎带实施全断面超前帷幕注浆预加固。

3.6超前预支护

在超前帷幕注浆在隧道周边形成加固圈的基础上，为开挖支护过程提供安全作业时间、纵向提供一个刚度相对较强的支撑、防止开挖施工过程中沿薄弱界面的滑动，断层破碎带段拱、墙设置双层φ108mm超前长管棚注浆预支护，环向间距0.4m，层间距0.3m，管棚长50m，管棚穿越断层破碎带、进入完整岩体不小于5m。

3.7结构设计

涌水涌泥段结构采用双层初期支护与二衬衬砌结构形式，，第一层初期支护为26cm（嵌I22b工字钢，间距0.5m/榀），第二层初期支护为24cm（嵌I20b工字钢，间距0.5m/榀），二衬为80cmC35钢筋混凝土。

3.8开挖施工

完成超前帷幕注浆、超前长管棚施工后，由小里程向大里程分部开挖、强力支护、分层衬砌、快速施工通过断层破碎带段。根据断层破碎带段的情况及拟采用的衬砌结构，采用CD法分部开挖施工。

3.9防排水施工

隧道防水：二次衬砌砼抗渗等级不低于P12，初期支护与二次衬砌间拱墙铺设防水板加土工布防水；

隧道排水：采用双侧沟加中心水沟的方式排水，侧沟与中心沟之间设置φ100PVC横向引水管；防水板背后设置φ100环向盲沟，防水板下端墙脚处设置φ110纵向盲沟。

增设排水支洞排水：为防止隧道内排水系统失效，抬高地下水位，造成安全隐患，在线路前进方向右侧、距隧道中线20m处增设长约80m的排水支洞。起点为DK214+480处，终点尽量接近断层破碎带部位，坑底标高高于隧道拱顶5m。掌子面施作混凝土封堵墙，向正洞断层破碎带注浆加固圈外设置泄水孔，直接将地下水引入正洞侧沟。

四、结语：

断层破碎带发育的深埋隧道，易发生大规模的涌水涌泥等地质灾害，施工中要采取综合地质勘探手段，结合洞内超前地质预测预报工作，相互验证。

涌水涌泥事故发生后，必须采取堵、排结合的处理措施。由于隧道开挖引起的涌水涌泥，将改变地下水原有的排泄通道，同时由于泥沙的排出，会形成新的地下水排放通道、加剧地表水的下渗，因此应采取综合处理措施。深埋隧道断层破碎带发生涌水涌泥后，其治理过程将十分复杂，本工程安全、顺利的通过了涌水、涌泥地段。对类似工程有借鉴作用。

参考文献：

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