中铁十五局集团第五工程有限公司渭武试验第一合同段项目部 甘肃定西 478301
摘要：隧道在开挖过程中时常会途径较大段落的岩溶富水区域，这种环境对施工所造成的影响不容忽视，特别是对于隧道内部地下水的补给和处治问题等等，由于隧道施工过程中对温度场、应力场和地下水流场都有了不同程度的改变，因此采用传统的施工技术很难克服富水环境的阻力。本文首先对隧道掌子面突发涌水模式进行分析，并提出行之有效的突发涌水治理方案。
关键词：隧道掌子面；突发涌水；治理方案
一般而言，隧道开挖所途径地区的水文地质情况均较十分复杂，在施工过程中，较大的涌水量和涌水压力对隧道内部地下水的补给和处治产生极大的阻力，可见，隧道掌子面突发涌水问题是隧道开挖过程中亟待解决的一大难题。
1 隧道掌子面突发涌水模式分析
通常来讲，隧道内的地下水类型多为基岩裂隙水和岩溶裂隙水。在隧道施工过程中为遇到多出溶腔，一般为静态储水的形式，在较短时期内保持较大的水量，并且在其释放完全后不会对整个工程造成太大的影响。产生阻力的地段主要表现在一些斜井岩体质量较好的灰岩地层中，这里的突发涌水主要表现为以下两种形式。第一，涌水口一般处于拱部及边墙处，多以股状或淋雨状的形式沿着裂隙涌出，其出水口较多，单个出水口的涌水量比较小，但总体的涌水量却很大。第二表现为集中的股状涌水形式，水压可达1.3——4.5MPa，涌水量较大。
掌子面突发涌水的模式也分为两种，即裂隙-溶隙、构造带。从机理分析来看，两种模式的差异较大。其中，裂隙-溶隙型突发涌水模式主要表现为隧道内地下水的涌出口为掌子面的局部节理和裂隙，以股状或雨淋状涌出。主要是因为这类中的含水介质的过水和蓄水功能存在极大的局限性，导致其水压和水量均比较小。而构造带突发涌水模式则不然，这是因为掌子面前方的构造带中富集了大量的地下水，其储水的时间很长，形成了强大的水压。一旦出现完整形态的隔水层难以承受便会受到破坏，这时候，大量的地下水便突然涌出来。
2 隧道掌子面突发涌水处的防治
针对隧道掌子面突发涌水处的防治主要采取以堵为主地段的洞内外综合处治技术。具体而言，洞内需要实施注浆堵水，依据掌子面突发涌水的具体情况和地层揭露情况来决定。而洞外则一般实行地表导流，通过这种方式来分离地表压力，减少其对洞内水源的补给，在此基础上还应当利用反坡抽排水技术把一部分深入隧道内部的地下水及时排出，尽可能降低地下水对工程施工的影响。
2.1 技术分析
2.1.1 裂隙-溶隙掌子面突发涌水注浆技术
依据上述对掌子面裂隙-溶隙模式的突发涌水情况相关机理的分析可知，当涌水口较为分散且水量较小时一般采取排水措施，以排为主，在后续的工程施工过程中带水作业，为确保掘进为主一般会选择强行通过。而当涌水口较为集中且水压较高、水量较大时则需要采用“以堵为主、超前封堵”的原则，当未开挖路段的掌子面单孔涌水量高于40m³/h的时候需要对涌水口采取顶水注浆为主要方式来治理。
考虑到基岩裂隙水体的空间分布情况，在涌水口较为分散且水量较大的情况下需要采取分区注浆的办法来实施。具体而言，应当先将注浆区域分为四个部分，即左上、右上、左下及右下等4个区域。区分之后需要依据探孔的出水量情况来判别强水区及弱水区，其区分以5m³/h为界限，高于此即为强水区，反之则为弱水区。针对弱水区只需要实施一般的注浆即可，尽量少开孔甚至不开孔。而对强水区的开孔则需要实行重点性注浆。
2.1.2 构造带掌子面突发涌水模式注浆技术
掌子面构造带突涌水模式的力学机理是，当构造裂隙和隧道之间的岩柱不足以抵抗构造裂隙中的水压时，构造裂隙中的水就可能向着临空面及隧道方向突出，形成灾害。因此，为有效预防掌子面突涌水现象的发生，需要预留足够厚度的岩盘抵抗水压力。
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2.2 处治方案
2.2.1 隧道掌子面突发涌水处理措施的选择
为减小施工期间的排水压力，保证隧道运营期间斜井内汇水可通过正洞安全排出，根据涌水的形式，针对不同情况，采用不同的注浆堵水措施。注浆浆液类型根据实际情况确定，优先考虑水泥单液浆。如水量大则先用水玻璃、水泥双液浆堵水，待水量控制后补注水泥单液浆。
2.2.2 浆液种类及配合比选择
注浆浆液一般可分为两种。一种是普通的42.5水泥单液浆，即水泥与水的比例为1：1混合而成；另一种为普通的42.5水泥、水玻璃双液浆，即水：水泥：水玻璃=1：1：（0.6~0.7），水玻璃浓度为35B ，模数3.2。马丽散堵水材料膨胀系数为3~25倍，这种材料即树脂与催化剂1：1混合而成，在无水时其膨胀系数大于3，有水时其膨胀系数大于10。
2.2.3 施工方案、工艺及具体实施
具体施工方案及相关工艺的实施主要分为以下几个着眼点，本节中对此进行了系统的总结和探讨。
首先，预埋端部带法兰盘的孔口管
这一措施适用于涌水点较为集中且水压较大的情况，尽量减少孔口管的施工难度，有效控制封水施工。因此在止浆墙的设计过程中应当确保其设计厚度保持在3m左右，采用C25混凝土浇筑，嵌入隧道开挖周边轮廓1m。并采用架立钢模板、脚手架加固、输送泵泵送混凝土的方法施工。除长距离持续注浆段落出现特殊情况影响注浆施工及安全情况下补做止浆墙外，其余均预留5m作为下循环注浆止浆岩盘。
其次，出水部位封闭止浆墙施工
止浆墙施工完成后，在周边及拱部局部出现涌水，故在止浆墙出水部位钻孔后安装端部带法兰盘的孔口管，孔口管采用锚固剂及棉、纤维、木楔等固定于钻孔内，并安装阀门。安装完成后进行封闭止浆墙注浆施工。注浆材料采用水泥、水玻璃双液浆，水灰比1：1，水玻璃浓度35B ，模数3.2。，水泥浆与水玻璃体积比为1：0.7，保证浆液的胶凝时间在20s之内。注浆封闭效果达到孔口管阀门关闭时止浆墙整体不能出现渗水、漏水现象。
第三，钻机钻孔并埋设孔口管（导向管）
采用C6钻机根据标记的钻孔位置及设计角度在止浆墙上钻孔，钻孔深度2.5~3.0m，然后安装端部带法兰盘的 100孔口管，并对孔口管进行加固处理。考虑注浆扩散半径对注浆效果的影响，一次性钻孔长度为8m，然后进行注浆，待浆液基本凝固后，再次对原注浆孔进行钻孔注浆，直至达到设计长度。按照上述前进式注浆施工工序，依次完成3环超前帷幕注浆孔的钻孔及注浆施工，要保证浆液的扩散半径、强度及耐久性。打开原止浆墙出水部位孔口管的阀门，发现局部出水较大，再进行顶水补强注浆。一般采用水泥、水玻璃双液浆，水灰比为1：1~1：0.6，马丽散化学注浆，马丽散树脂与催化剂配比为1：1。
第四，施工注浆效果检查及补注浆
注浆浆液经24h后基本达到强度，然后施工注浆效果检查孔。检查孔根据注浆前现场的出水情况重新钻孔进行检查（不可利用既有注浆孔），施工8个检查孔，检查孔深度22m，沿斜井方向钻孔，钻孔结果显示没有出现较大的出水。如开挖施工后掌子面周边继续出现较大的涌水，则再次对掌子面进行周边补注浆；如开挖后在拱墙范围出现较大的集中出水点，则对此点进行局部顶水注浆；如开挖后在拱墙范围出现大面积出水，且水量较大时，则进行大范围的径向注浆堵水。
结 语
通过对隧道掌子面突发涌水模式及机理的分析可知，不同情况下应当采取不同的治理方案。在隧道施工过程中，应当根据裂隙-溶隙型和构造带型两种不同的掌子面突发涌水情况，采取相应的注浆处理措施，才能有效控制涌水，提高隧道施工质量，推动施工进程。
参考文献：
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论文作者:李永刚
论文发表刊物:《基层建设》2015年26期
论文发表时间:2016/3/17
标签：隧道论文; 注浆论文; 裂隙论文; 钻孔论文; 水量论文; 水玻璃论文; 水压论文; 《基层建设》2015年26期论文;