肖载兴，郑彦飞(中铁十四局集团第五工程有限公司，重庆400700)

重庆歇马隧道ZK7+292涌水处治施工技术

肖载兴，郑彦飞
(中铁十四局集团第五工程有限公司，重庆400700)

随着高速公路、铁路等大规模基础设施的建设，在复杂地质条件下修建的隧道工程也越来越多。在施工过程中，注浆法是一项必备的辅助工法，常用于处理隧道内突泥、涌水、软弱岩层等复杂地质，为隧道安全、顺利地掘进提供有力保障，同时，也保护了地下（表）水生态环境。论文结合重庆市歇马隧道工程实例，介绍了山岭隧道超前帷幕注浆施工中的关键技术，为同类工程施工提供技术参考。

歇马隧道；涌水处治技术；注浆启动标准

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.164

1 工程概况

歇马隧道为重庆市“五横、六纵、一环、七联络”快速路系统中“一横线”的控制性工程。隧道西起北碚区歇马镇，穿越中梁山脉，东至北碚区蔡家岗镇，左洞长4187m，右洞长4150m，隧道最大埋深392m，属深埋特长隧道，设计为分离式双洞双向6车道。

歇马隧道穿越中梁山脉以观音峡背斜轴部隆起为主的“背斜脊状山”构造，因中梁山顶部受碳酸盐岩溶蚀作用的影响，形成了刘家槽和窑湾两条岩溶槽谷，呈“一山两槽三岭”形态，如图1所示。

隧址区主要分布白庙子断层及其区域褶皱观音峡背斜，地层主要为一套海相与浅海相碳酸盐岩、碎屑岩和内陆相碎屑岩沉积；揭露的地层为下沙溪庙组、新田沟组、自流井组、珍珠冲组；三叠系次之，其地层为须家河组、雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组；第四系零星分布，厚度不大，主要为崩坡积、残坡积物；岩性主要有灰岩、白云岩、岩溶角砾岩、泥质岩、砂岩。地下水主要以基岩裂隙水及岩溶水为主，可溶岩地段地下水埋藏丰富。隧道存在岩溶、地下突水、涌水、突泥、穿小煤窑采空区、低瓦斯及地下水腐蚀性等地质问题，其中白庙子断层在桩号K7+640处通过。

图1 工程地质示意图

2 ZK7+292段突发性涌水段的处治

2015年11月7日，歇马隧道左线进口在隧道掘进过程中揭露多处股状出水点，9日掌子面施工至桩号ZK7+292时，掌子面围岩为构造角砾岩破碎带，杂泥沙充填裂隙，在拱顶位置采用地质钻机实施超前水平探孔，探孔至12m时出现大量涌水，单孔涌水量约为900m3/d，水压为0.6MPa，随着涌水的冲刷，探孔出现塌孔堵塞，整个掌子面大面积开裂，渗水严重，危及施工安全。现场立即启动应急预案，采用钢筋人工疏通探水孔防水泄压，同时调集渣车在掌子面反压回填洞渣，并对反压回填渣体表面及出露掌子面采用C25喷射混凝土进行封闭，以防止涌水对掌子面及已施作的初支继续产生破坏作用[1]。

在洞顶上方隧道直径约800m处的大烂池水库水，水库面积28 000m2，出水量10～15万m3，从11月8日开始，水库水位以18～29cm/d的速度下降，至17日水库干枯，水库底部出现直径约2m的陷坑，同时在水库南侧50m和200m的位置，地表出现2处直径约5～6m的陷坑，深度约2～3m。

2.1 地质灾害原因分析

险情发生后，建设单位组织歇马隧道各个参建单位，就本段隧道涌水原因进行讨论分析，分析认为：

1）隧址区水文地质结构比较特殊，三山两槽，三山为隔水层，两槽为嘉陵江灰岩含水层，地下水位比较高，隧道穿过含水层，涌水是必然的；

2）隧址区岩溶产生的年代并不长远，容易破裂，且附近已建有多条隧道，经过几轮排除地下水的工程行为，造成地下水水位下降，施工已对地层造成了多次扰动，导致隧址岩溶区水环境生态脆弱；

3）歇马隧道内排出的水为山体含水层内的水，含水层的水排除后必须补充，由此对地表的水体产生倒吸作用，大烂池水库存在岩溶与槽谷的斜坡地段，补给主要为地表水，水库底主要为厚层黏土和淤泥隔水层，受倒吸作用的影响，导致水库底隔水层遭到破坏，水库内的水被吸入含水层；

4）隧址区域岩溶地表浅层发育，由于岩溶管道封闭性较好，地下水位下降比较快的时候产生真空负压，造成了地表土体的吸蚀下陷。

2.2 处治措施

2.2.1 处治原则

依据隧道现场地质情况、涌水的特点及地表影响的范围，本段涌水处治采用超前预注浆堵水、径向注浆加固的方法对涌水实施封堵，继续坚持新奥法的施工原则，同时加强对地表建构筑物的监测力度，确保地表人民生命财产安全。

2.2.2 处治程序

1）排水孔：回填反压封闭完成后，视反压情况及涌水溃口位置预留φ150mm的排水孔，将涌水引入隧道两侧边沟，排出洞外（必要时可在渣体内插入注浆管，进入掌子面5～10m，对掌子面围岩进行注浆加固）；

2）清基：清除回填反压洞渣，对掌子面及时进行C25喷射混凝土封闭；

3）止浆墙：在保证掌子面围岩的前提下分3层浇筑止浆墙；

4）初支加固：对掌子面10m范围内已施作的初支及围岩进行注浆加固，防止注浆导致围岩变形，破坏隧道结构；

5）帷幕注浆：采用超前帷幕注浆加固前方破碎围岩，改良地层围岩条件，降低地层渗透能力；

6）二衬衬砌：及时施作二次衬砌，二次衬砌采用60cm厚C40耐腐蚀钢筋混凝土浇筑。

2.3 注浆设计

根据超前钻探及地质雷达扫描，掌子面前方0～14m地层为角砾状灰岩，岩体极其破碎，透水性能极强，掌子面右侧渗流水尤为严重，初步判定与地表浅层岩溶水系连通。并根据已探明的地质情况，及时调整和优化注浆堵水方案：

1）成立动态设计领导小组，根据出水量、地质情况及地表、地下水环境影响情况灵活处理制定方案，突出其科学性、适用性及针对性适宜；

2）优化注浆启动标准，如表1所示；

表1 优化注浆启动标准一览表

3）注浆加固范围由开挖轮廓线外7m调整为4.5m，缩小了加固范围，减少了布孔数量，以便加快施工进度，强化区域注浆效果；

4）由后退式注浆调整为分段前进式注浆，分段长度为3～5m，注浆单孔扩散半径由3m调整为2m；

5）拱部120°范围设置φ76mm×5.5mm超前中管棚刚性超前支护，一循环管棚长度7m，每循环搭接3m；

6）优化注浆材料，由普通硅酸盐水泥+水玻璃双液浆调整为快硬硫铝酸盐水泥单液浆，在保证快速扫孔的情况下增加浆液的扩散半径，如图2所示。

2.3.1 注浆材料

注浆材料采用425普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥，以普通水泥单液浆为主，在注浆过程中当长时间注浆压力不上升时，采用快硬硫铝酸盐控制浆液扩散范围。普通水泥（或快硬硫铝酸盐水泥）单液浆配合比为：W∶C（水∶水泥）=0.8∶1～1∶1，凝胶时间根据现场情况确定。

2.3.2 注浆参数

采用前进式分段注浆，分段长度为3～5m，单孔注浆加固半径为2m，注浆施工过程严格按照发散—约束型注浆原则和“由外到内、由下到上、间隔跳孔”的顺序施工，以达到控域注浆，加固堵水的目的。

2.3.3 注浆结束标准

本循环注浆通过优化注浆启动及结束标准，于2015年11月16日开始进行钻孔注浆施工，12月16日结束注浆，历时30d，较好地完成了本循环注浆任务。通过各种手段检测，并经开挖验证，本段围岩注浆固结效果较好，仅局部存在少量散淋水，开挖后通过局部径向注浆补强，达到了预期注浆封堵地下水的目标。

1）单孔注浆结束标准优化

图2 注浆设计图

单孔注浆后主要进行以下两方面的优化：（1）注浆终压由原设计的2倍水压优化为4～6MPa，保证了浆液的有效扩散半径；（2）注浆结束时的进浆量由原设计的＜20L/min优化为＜10L/min，经开挖后检查，浆液在围岩裂隙中充填饱满，在隧道轮廓线以外形成一定厚度的加固圈，并有一定的强度，确保了隧道施工及结构的安全。

2）全段结束标准

全段结束注浆的检验标准包括：（1）所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏浆；（2）检查孔涌水量＜0.1L/min；（3）注浆后检测涌水量＜0.5m3/（m·d）；（4）检查孔钻取岩芯，浆液填充饱满，并达到一定强度；（5）注浆加固圈范围大于设计值。

2.3.4 注浆效果检查及评定

1）p-q-t曲线分析法

通过注浆施工过程中记录的注浆压力p、注浆速度q进行p-t、q-t曲线绘制；结合地质特征、注浆设备及注浆参数对曲线综合分析，对注浆效果进行评判。本循环钻孔注浆施工过程，注浆量和注浆压力随注浆时间变化情况绘制p-q-t曲线，主要表现为3种形式。

图3为对出水量较大的孔注浆以封堵大的出水裂隙及过水通道为主所表现出来的p-q-t曲线。从图2a可以看出，如月8、C13出水量较大的孔，注浆初始压力略高于水压力，注浆流量一般在70L/min，注浆期相对较长，随着注浆的进行，当主要出水裂隙被封堵后，注浆流量随即下降，注浆压力快速上升，经过对已充填裂隙的快速挤压密实过程后，压力快速达到或超过注浆压力，即停止注浆。

图4为对部分出水量相对较小或无水的注浆孔注浆过程表现所出来的p-q-t曲线。因孔内水量小或岩层相对密实，地层吸浆能力较差，如A5、月20在注浆开始流量就相对较小，可注期相对较短，注浆压力和流量变化较快，在很短的时间内压力就达到或超过设计注浆压力，然后停止注浆。

图3 水量较大孔p-q-t曲线形式

图4 水量较小孔p-q-t曲线形式

图5 为个别无水孔注浆过程表现出来的p-q-t曲线。符合该曲线的孔主要集中在掌子面左侧，如月23孔，孔内无水或水量较小，但地层孔隙较大或地层相对比较软弱，注浆以填充孔隙为主，地层吸浆量大，经过相对较长的注浆期，压力和流量保持不变，当地层孔隙充填到一定密实度后，注浆流量随注浆压力上升迅速减小，达到设计结束标准。

从图6可以看出注浆初期流量为50L/min,注浆开始后，压力开始缓慢上升，随着注浆的进行注浆流量随压力上升很快下降，20min左右即可达到或超过8MPa，检查孔地层吸浆量较小。根据曲线可以看出地层有一定的吸浆能力，但吸浆液量较小，分析认为因地层密实度高或裂隙细小，浆液扩散比较困难，可注性差，地层已得到挤密性加固。

图5 个别无水孔p-q-t曲线形式

图6 检查孔p-q-t曲线形式

2）检查孔法

注浆结束后，根据该循环钻孔注浆施工过程中出现的薄弱部位，布设7个检查孔，利用管道检测仪对孔内摄像，从孔内摄像可以明显看出，前方破碎岩层以及裂隙被浆脉填充，除局部存在缩孔外，大部分区段孔壁顺滑、自稳定性强，孔内成像照片如图7所示，2～15m地层较破碎，15～23m自稳能力较强，孔壁光滑，成孔效果好。

图7 检查孔孔内摄像测试情况

3 结论与体会

1）针对中梁山复杂多样的地质特点，认真吸取以往中梁山隧道建设普遍漏水的教训，在类似工程的施工过程中，首先要选择适宜的地表、地下水文监测方案，划定监测范围，起到提前预警预报的作用；

2）孔内摄像法能直观地了解前方地质及出水情况，在类似的工程施工中有较高的推广应用价值；

3）针对高压富水破碎带超前预注浆施工中，注浆材料采用快硬硫铝酸盐水泥单液浆（配合比W∶C=0.8∶1～1∶1）的方案是成功的，解决了传统强碱性注浆材料（普通水泥+水玻璃双液浆）对地下水环境污染的问题；

4）歇马隧道ZK7+292高压富水段顺利开挖通过，说明了本段启动注浆的优化标准是可行的，同时在施工过程中采用动态设计领导小组的模式实行动态管理，既能确保特殊地质情况下施工方案的可行性、科学性以及适宜性，建设单位又能及时地控制项目施工成本；

5）富水地段采用前进式帷幕注浆，通过重复地注浆、扫孔、注浆，保证了每阶段的注浆质量，达到了“限量排放”的目标，但在对同一个孔不停重复钻孔+注浆过程中，单个注浆孔的工作效率低，时间消耗较大，施工工期影响较大。

【1】席光勇.深埋特长隧道（洞）施工涌水处理技术研究[D].成都：西南交通大学，2005.

The Water Burst Treatment Technique for ZK7+292 of Chongqing Xiema Tunnel

XIAO Zai-xing，ZHENG Yan-fei
(The5th Engineering Co.Ltd.of China Railway14th Bureau Group,Chongqing 400700,China)

With the construction of highway, railway and other large-scale infrastructure, in the complex geological conditions of the tunnelconstruction is also more and more. In the construction process, grouting is an essential auxiliary method, which is often used to deal with thecomplicated geology such as burst mud, gushing water, weak rock strata in the tunnel, provide a powerful guarantee for the safe and smoothtunneling.At the same time, also protected the underground (surface)water ecological environment.This paper combined with the example ofChongqing Xiema tunnel, introduced the key technology of advanced curtain grouting construction of mountain tunnel , and provided thetechnical reference for similar project construction.

Xiema tunnel；water burst treatment technology;grouting start standard

U456.3

A

1007-9467（2016）12-0152-05

2016-11-08

肖载兴（1984～），男，四川泸州人，工程师，从事工程施工技术研究。