岩溶隧道施工止水技术应用探讨

陈章林

(中铁隧道集团二处有限公司)

1 工程概况

某隧道最大埋深 420m,最浅埋深 119m。隧道中间部位约 130m区域穿越 1820m的向斜核部富水段,向斜为储水构造、富水地段,地下水很发育,地质条件比较复杂。在该洞段隧道施工中极易形成突水、突泥和大面积的塌方,围岩级别以Ⅳ、Ⅴ级为主,隧道在可溶岩与非可溶岩交界因岩溶发育,易产生突水涌泥,正常涌水量 5200m3/d,最大涌水量为37002m3/d。

2 涌水段施工技术

2.1 超前小导管注浆

隧道拱部 120°范围内采取Φ42超前小导管加固后再进行开挖,加固桩号为K26+096～K26+150;小导管分两层,上层(L=5m)外插角45°,环向间距50cm;下层(L=3m)外插角为 5°,环向间距 30cm。注浆方式采取全孔一次注浆,注浆材料采用单液注浆,如果注浆孔水较大,且围岩裂隙发育,需要采取双液注浆时,采取水泥水玻璃浆液。

2.2 开挖方式

(1)爆破严格按照多打眼、少装药、短进尺、弱爆破的原则进行,控制开挖进尺不少于0.6m,最大不超过 1.2m。(2)在开挖面未完全处辅以机械、人工开挖,保证对围岩最低限量的扰动。(3)开挖断面根据围岩条件情况而定,围岩破碎、稳定性差、围岩压力大处,采取多台阶开挖,中心预留核心土,以防掌子面压强过大,造成坍塌;围岩条件较好处,采取不留核心土或采取半断面开挖方式进行隧道开挖。

2.3 涌水段开挖排水

(1)开挖后根据断面水量情况,采取钻孔的形式进行排水,从现场情况来看,排水效果好。(2)当开挖后水量较小时,挂设橡塑排水板和弹簧盲管,把水引至隧道底排出。(3)当水量较大且为散水时,会造成喷混凝土与围岩不能粘贴,此时采用先立拱接连接筋后,挂模板,采用浇筑高标号吊板混凝土。(4)当水量较大且成集中股状时,用铁皮做成的槽扣在出水口,下端焊接排水软管引至临时排水沟。

3 涌水段支护结构

3.1 涌水段初期支护结构

(1)开挖完成后,先对开挖的围岩初喷一层 3cm厚的C25混凝土,以封闭围岩,防止因露时间过长影响开挖掌子面及隧道围岩的稳定性。(2)初喷混凝土后,采用 20b工字钢环向支撑,间距 50cm/榀,钢支撑用Φ22钢筋连接,钢筋的环向间距为 1m。(3)在拱架拱腰接头处和墙脚处打设锁脚锚杆。(4)安装径向 Φ42注浆小导管代替径向锚杆,长5.0m,纵向间距60cm。(5)钢筋网采用Φ6.5的光圆钢筋全断面布置,网格间距为 20×20cm。(6)钢筋网片安装完成后,立即进行 C25喷射混凝土施工,厚度为 25cm。

3.2 涌水段二次衬砌结构

(1)对围岩条件较好的路段,将原素混凝土衬砌设置为35cm厚钢筋混凝土衬砌,提高衬砌的抵抗能力。(2)对临时出水点路段,设置 50cm厚钢筋混凝土衬砌,不包括仰拱部分。(3)对围岩条件极差、涌水量最大的路段,设置 80cm厚的钢筋混凝土衬砌,全环封闭(包括仰拱)以形成整体受力。

4 涌水段注浆止水与加固

隧道施工中的围岩加固是为了保证施工过程中围岩的稳定,保证施工安全,降低二次衬砌压力、保障隧道结构长期使用性的重要手段之一。在目前的隧道施工水平下,提高围岩的稳定性方法主要有两类,一类足以调整、约束围岩中的变形、应力以保证围岩的稳定性的一种外在方法,主要措施有加强支护,管栅法,预衬砌法等。另一种以提高围岩自身的能力的内在方法,就是加固围岩体,提高围岩体的强度,保证围岩的稳定性。提高围岩内在能力、加固围岩的方法,主要有锚杆加固、注浆加固(岩体裂隙注浆与超前注浆)、旋喷加固法、冻结法等多种方法。针对本段涌水特点,为了保障隧道结构的稳定性,必须进行围岩止水工作以降低作用在隧道结构上的水压力,主要是采用注浆加固的方法。其主要作用机理是通过水泥浆液的连接作用,使松散、破碎的围岩体能形成相对的整体,以提高围岩体的力学能力和抗渗透能力。为进行有效压注,要采用与围岩性质相适应的药液和方法。

(1)涌水段总体处置原则是先底部注浆加固,再对涌水集中整治,最后对周边实施径向注浆补强。(2)底部注浆加固。在底部岩体破碎,出现不同程度的涌水,为了防止该段注浆堵水后压力上升引起底板鼓起,开裂出水,确保仰拱的安全开挖,必须进行注浆加固。加固范围为开挖轮廓线外8m,角度为 240°,开孔间距为环向 2m,纵向 2m;在拱顶120°注浆,注浆长度 8m,开孔问距为环向 3m,纵向 3m。(3)顶水注浆。对集中出水点段进行顶水加固,同时开设集中排水孔进行排水;顶水注浆在隧道围岩稳定后进行,注浆从出水量小的排水管开始,若其他排水管发生串浆可关闭该排水管,等其他注浆结束后再对串浆排水管进行补充注浆。(4)径向注浆。在顶水注浆完成后,对破碎围岩带,水力联系明显的部位,为了提高围岩的整体承载力和抗渗性能,保证注浆效果,对未实施径向注浆段进行注浆加固。

5 结 语

高涌水量是隧道施工中极难处理的地质灾害之一,对涌水的治理结果不仅关系到隧道结构的长期稳定性,还会直接影响到区域的长期生态环境。大量的地下水排放会导致山体内的地下水流失,进而导致山顶的植被破坏、水井枯竭、地表水干涸等生态破坏;而不对地下水进行排放又将导致衬砌结构承受的水压明显增加,对隧道的长期结构稳定性将造成巨大的威胁。如何处理好排与堵的关系是隧道治水成功与否的关键,为处理好这种相互关系,长期排水措施与长期结构行为监测结合是相当有必要的;长期结构行为健康监测能为工程结构稳定提供依据,而排水措施能在工程结构处于危险状态时对水体进行及时的排泄,以确保隧道结构的稳定性。

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