齐岳山隧道岩溶涌水治理关键技术.pdf

・隧道／地下工程・齐岳山隧道岩溶涌水治理关键技术苏国举（中铁十四局集团有限公司山东泰安２７１４００）摘要岩溶隧道涌水灾害严重威胁工程施工安全，注浆技术是治理涌水灾害的最有效的方式之一。通过对齐岳山隧道岩溶管道连通情况分析，结合对现场施工勘察，首次提出了控制凝胶注浆方案，结合滤排水式注浆模袋孔口封堵技术和分段注浆技术，通过使用专用注浆设备，实现注浆渗透范围、注浆压力和注浆量的可控性，并采取围堵、截流降压、顶水注浆等方式，成功实现了大流量岩溶涌水的封堵，取得了良好的施工效果，为类似工程施工提供技术参考。关键词岩溶隧道涌水控制凝胶注浆堵水中图分类号Ｕ４５５．４９文献标识码Ｂ———文章编号１００９４５３９（２０１６）０８００５００５ＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒＷａｔｅｒＧｕｓｈｉｎｇＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＱｉｙｕｅｓｈａｎＫａｒｓｔＴｕｎｎｅｌＳｕＧｕｏｊｕ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１４ｍＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ’Ｃｏ．Ｌｔｄ．。Ｔａｉ¨Ｓｈａｎｄｏｎｇ２７１４００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＫａｒｓｔｔｕｎｎｅｌｇｕｓｈｉｎｇｄｉｓａｓｔｅｒｉｓａｓｅｒｉｏｕｓｔｈｒｅａｔｔｏｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓａｆｅｔｙ．Ｇｒｏｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｄｉｓａｓｔｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｋａｒｓｔｐｉｐｅ－ｌｉｎｅｉｎｔｈｅｍｏｕｎｔａｉｎｔｕｎｎｅｌ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｉｔｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｕｒｖｅｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｆｏｒｔｈｅｆｉｒｓｔｔｉｍｅ，ｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｇｅｌｃａｓｔｉｎｇｓｃｈｅｍｅ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｉｌｔｅｒｂａｇｇｒｏｕｔｉｎｇｄｒａｉｎａｇｅｏｒｉｆｉｃｅｐｌｕｇｇｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｓｅｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｓｐｅｃｉａｌｇｒｏｕｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｓｃｏｐｅｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｖｏｌｕｍｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅｎｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ，ｂｕｃｋｃｌｏｓｕｒｅａｎｄｔｏｐｗａｔｅｒｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｉｔｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｔｈｅｃｌｏｓｕｒｅｏｆｌａｒｇｅｆｌｏｗｋａｒｓｔｗａｔｅｒｇｕｓｈｉｎｇ，ａｎｄｇｏｏｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔＷａｓｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅａｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｅｎｇｉ－ｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｋａｒｓｔｔｕｎｎｅｌ；ｗａｔｅｒｇｕｓｈｉｎｇ；ｃｏｎｔｒｏｌｇｅｌｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｗａｔｅｒｐｌｕｇｇｉｎｇ１引言隧道施工过程中，突水涌泥、岩溶涌水等灾害屡见不鲜，通过注浆技术进行围岩固结和涌水的封堵，已经成为隧道涌水灾害治理的最有效的工程措‘施之一¨１。国内很多研究学者对隧道注浆技术进行了研究，也取得了一些具有建设性的成果；梁文育Ｈ１基于宜万铁路马鹿菁隧道工程，建立了隧道帷幕注浆数值模型，并结合模型对注浆材料、注浆参数和评∞价标准做了研究分析；梦君祥１结合兰新线乌鞘岭隧道注浆施工，讨论了注浆堵水材料的分类和工艺∞流程；徐京海１通过对不同水灰比下注浆土力学的室内试验，对软土地基处理的注浆加固进行数值模拟，分析了不同浆液含量及水灰比下的加固效果。朱小藻。叫基于广东地铁项目工程，研究分析了岩溶地区溶土洞条件下注浆施工技术要点。本文基于齐岳山隧道工程，提出了采用控制凝胶注浆方案，成功治理了流量大、流速快、破坏性大的岩溶涌水点，解决了岩溶涌水封堵的技术难题。２工程概况——齐岳山隧道位于湖北省利川市境内，属上下行——收稿日期：２０１６０５３０…………。。．分离式双车道特长公路隧道。长３３００ｍ，最大埋深谋颢基（１金３－项Ｃ１只：中国铁建股份有限公司２０１３年度科技研究开发计划；６０１３Ｃ１１一ｍｏ。课题））５０铁道建镝技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６ｆＤ８Ｊ万方数据・隧道／地下工程・隧址区属亚热带季风气候，雨量充沛；降雨集中且强度大，最大Ｅｔ降雨量１６６．９ｍｍ，局部可达３２４ｍｍ。隧道在川鄂湘黔隆褶皱带内穿行，岩质以灰岩为主，间夹有页岩及煤层，背斜核部附近发育齐岳山断裂和德胜场断层，系岩溶极发育地段。地下水主要为岩溶水。齐岳山隧道岩溶水文地质如图１昕示图１齐岳山隧道岩溶水文地质德胜场一响水洞地下暗河是本区规模最大的岩溶地下暗河系统，南北长约３０ｋｍ、东西宽约４ｋｍ，系统汇水面积９６ｋｍ２。其流量动态特征与降雨关系密切，动态变化大，反映该地下暗河的连通性极好，管道系统发育比较完善，规模较大。响水洞暗河出口流量动态如图２所示。寸寸ｏｏｏｏｏｏ蓦苫苫ｏｏｏｏｏｏ日期（年・月・日）ｏｏｏ星星ｇｏｏｏ图２响水洞出口流量动态特征图３隧道岩溶系统及涌水的特点（１）与地表连通性强，且地表岩溶漏斗、天坑发育。（２）具有季节性的特点。施工中几次涌水均发生在４一１０月份。（３）涌水量大，严重影响施工。施工过程中最大一次岩溶涌水８７００ｍ３／ｄ，淹井长度达８１０ｍ，中断施工长达１１７ｄ。（４）安全隐患突出。隧道底板被掏空、塌陷、击穿的情况时有发生，严重威胁隧道结构耐久性和安全陛。４涌水治理思路及控制凝胶注浆技术介绍４．１治理思路“总体思路为因地制宜，先探后堵，堵排结合，”限量排放的原则进行综合治理¨。９Ｊ。具体实施过“程中，体现了区别对待，分类整治，动态调整；有的放矢、注重针对性；以堵为主，限量排放；注浆堵水与基底加固相结合，施工措施与探测手段相结合；”“施工期与运营期综合考虑的特点。采取控制凝”“胶注浆技术的理念开展注浆封堵，最终实现限量”‘排放的目的【１０１２Ｊ。４．２控制凝胶注浆技术４．２．１控制凝胶注浆理念控制凝胶注浆通过使用专用速凝液和专用注浆设备，及时有效地改变浆液在岩体裂隙中的渗透路径和渗透深度，通过改变混合浆液的比例，控制灌人的水泥浆的凝胶时间，进而控制浆液的扩散范围，经过反复对一定区域内裂隙的注浆充填和挤压过程，达到固结围岩，提高围岩承载力和密实性，封堵地下水的目的。４．２．２施工工艺（１）施工步骤：钻孔一加工安装注浆管＿孔口封堵＿÷现场拌制浆液＿分序、分段控制凝胶注浆。（２）钻孔：使用潜孔钻，配套书７３钻杆，妒０冲击器和钻头；软弱塌孔区域使用跟管工艺或多次扫孑Ｌ再注浆的方式成孔。（３）加工安装注浆管：注浆管为直径啦５ｍｍ镀锌钢管，每节管长３ｍ，管端扯丝连接；分段注浆时，根据分段长度需要，在注浆管不同长度处串联分割器，以实现分段注浆目的。分割器长５０ｃｍ左右，使用与注浆管同径的钢管加工而成，管内填塞砂袋，管体外包裹滤排水式模袋，分割器的作用为：在形成孔内隔断的同时，还便于下段注浆时，能够及时打通管道。如图３所示。（４）孔口封堵：将滤排水式模袋绑扎在注浆管的孔口段，并从模袋内引出孑Ｌ外一根注浆管。模袋铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（０８ｌ５１５４４３３２●２２０Ｏ∞Ⅲ一。．ｃ）／懒曝万方数据・隧道／地下工程・万方数据・隧道／地下工程・场注浆效果施作后序孔—加密，孔深控制在８．０１０．０ｍ；最后序孔孑Ｌ深控—制在１０．０１２．０ｍ。孑Ｌ位布置见图４。５．２小型管道涌水注浆涌水量小于２Ｌ／ｓ管道型涌水，注浆前进行了详细的地质雷达和地震波探测，分析围岩的裂图４大水量涌水点注浆孔布置隙和岩溶管道发育情况，结合探测结果，确定关键位置施作钻孔，减小钻孔的盲目性。钻孔与涌水点相通时，即为关键孔位，关键孔位注浆时，浆液流动方向与岩溶水的流动方向一致，顺流向注浆，灌浆阻力小，在岩溶水的导向作用下，注浆止水效果更好。小型管道涌水治理，钻孔孔深８．０ｒｌｌ。围岩整体岩裂隙浆是将一定深度内的岩层，通过注浆固结形成低渗透性围岩加固圈止水。ａ．初期支护岩溶管道／散水径向补注浆示意图ｂ．初期支护岩溶管道／散水径向补注浆侧视图图６大面积散水注浆处理示意图注浆管采用直径书７６ｍｍ无缝钢管，目的是注弯毫堂苎警曼茔孥謦，，罂继续钻孔注浆，直到原出够达到注浆效果后，不再进行后序列注浆孔施工；多枣连型塞兰冀娄箩效果。………注浆顺辱反矗；向这名手磊』４一～’……‘≤““５一．。琶燃篓。枷。一。。一。。、，ｆ｝桑漂鑫蔷～到睹妻銎霎鎏墙苎萎登奎詈嬲恚鋈鋈查望。。（艿葛ｉ：蓄蕞名水点不再冒水或者小股出水霎冀鳘銮耋鼍嚣翼慧磬嚣嚣里薯亲为清某：盖翥莱荔美嚣；搿：蒿弱羞裹主式注浆封堵，当汇集至个别集中出水点后，单孑Ｌ顶“”“““月１一川～且删小里＿ｕ叫朋圳ｕＶ比水职万方数据・隧道／地下工程・３．０ＭＰａ，恒压持续５ｍｉｎ，观察周边注浆固结范围内有无明显出水现象。检查孔数量不少于注浆孔数量的５％。簇赫．线／＼／一．ｂ，髫板涌水点巫功／——、～√产节理裂隙，８／注浆小导管（ｍ６０或们６）／∑过间距１．０ｍｘｌ．０ｍ｛《／梅花形布王ａ．钢管横断面布置ｂ．钢管平面布置图７隧道涌水管道注浆处理６结束语（１）齐岳山隧道完成岩溶涌水治理后，经过了一个雨季的堵水效果观察，通过控制凝胶注浆方式封堵主要涌水点后，隧道内地下水水位并未升高，限量排放状态的岩溶水水量、水压与注浆堵水前基本一致，全隧道涌水量降低８０％以上。说明强岩溶发育的山体内，岩溶管道纵横交错发育，隧道洞身周围一定范围内的岩溶管道经过注浆填塞，形成低透水性的固结圈后，岩溶水绕行固结区域排放，形成了新的岩溶水排放通道。（２）岩溶管道和围岩裂隙经过注浆封堵后，会改变山体岩溶水原有的渗流通道，极有可能在隧道周边形成新的高压水，而前期未联通的围岩裂隙可能会被高压水击穿形成新的出水点，严重影响隧道二期路面的施工和后期运营的安全，同时基底为运——・＋－－４－－＋一＋－＋－－４－－＋－＋一＋一＋－＋一＋一＋＋－＋＋（上接第３５页）［７］晁凯．下穿机场跑道大断面隧道施工力学特性及沉降控制［Ｄ］．北京：北京交通大学，２０１３．［８］柴军．人行通道长管棚支护下穿浅埋公路施工技术—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１２（４）：７２７６．［９］刘亚辉．新建盾构隧道穿越铁路应用技术［Ｊ］．铁道建—筑技术，２０１５（１２）：６７７０．［１０］张凤龙．沿海地区大直径盾构施工对邻近建筑物的保护及沉降控制［Ｊ］．石家庄铁道大学学报：自然科学营期承载结构，必须保证其结构可靠性和防止底板出现较大渗水，故隧道注浆堵水要与基底及周边的围岩加固注浆同时进行。参考文献［１］郑玉辉．裂隙岩体注浆浆液与注浆控制方法的研究［Ｄ］．长春：吉林大学，２００５．［２］张民庆，张文强，孙国庆．注浆效果检查评定技术与应用实例［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００６，１２（２）：—３９０９３９１８．［３］刘人太．水泥基速凝浆液地下工程动水注浆扩散封堵机理及应用研究［Ｄ］．济南：山东大学，２０１２．［４］梁文育．高压富水岩溶隧道注浆帷幕技术应用研究—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１１（６）：４４４８．［５］孟君祥．乌鞘岭特长隧道注浆堵水施工技术研究［Ｊ］．—铁道建筑技术，２００７（３）：５２５４．［６］徐京海．淤泥质黏土地基注浆加固效果的研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１４（６）：１０９一１１３．［７］朱小藻．岩溶地区盾构隧道溶土洞充填注浆施工技术—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１３（１２）：４９５２．［８］邓仁清．高压富水隧道注浆堵水施工技术及应用［Ｊ］．—地下空间与工程学报，２００６，２（２）：２６３２６６．［９］李东．深埋引水隧洞富水段注浆堵水加固技术及工程应用研究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１４．［１０］张海波，张耀辉．高压富水条件下破碎巷道钻孔施工—及防治水技术［Ｊ］．煤矿安全，２０１５，４６（１）：６４６６．［１１］赵健．歌乐山隧道岩溶富水区帷幕注浆堵水技术的研究［Ｄ］．成都：西南交通大学，２００４．［１２］李术才，张霄，张庆松，等．地下工程涌突水注浆止水浆液扩散机制和封堵方法研究［Ｊ］．岩石力学与工—程学报，２０１ｌ，３０（１２）：２３７７２３９６．————－＋－＋一＋＋＋＋＋一十一＋－＋－－４－－－－－４－－＋－－＋－－＋－＋一＋－－４－铁道建筑技术—版，２０１３（９）：１３４１３７．［１１］熊乾．矿山法和盾构扩挖法施工地铁隧道地表建筑物—沉降监测分析［Ｊ］．铁道建筑技术，２００９（７）：１０１１０４．［１２］苏东，王德胜，幸智军，等．机场线盾构隧道下穿桥梁—接近施工沉降控制［Ｊ］．施工技术，２００８（９）：６７６８．［１３］吴应明．深圳地铁区间浅埋暗挖隧道施工与沉降控制—［Ｊ］．铁道建筑技术，２００５（２）：２６３０．［１４］冯建霖．下穿机场跑道大断面隧道施工对策及地层变—形规律研究［Ｊ］．隧道建设，２０１５（５）：４７３４７７．ＲＡｌＬＷＡＹｃｏＮＳＴＲＵＣＴｌｏＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１６（０８ｌ万方数据