大坪地隧道涌水原因分析及处治措施

摘要：大坪地隧道施工期间发生了较严重的涌水，通过对隧址地层、构造、水文地质特征及涌水特点的综合分析，对该隧道涌水的原因和机制进行了探讨。通过超前帷幕注浆及径向注浆相结合的堵水加固技术，对涌水段进行有效处治，值得借鉴。

关键词：隧道；涌水；原因分析；处治措施

1 工程概况

大坪地隧道是沪昆客运专线云南段的高风险隧道之一，为Ⅰ级风险隧道。该隧道为单洞双线隧道，全长7629m，起讫里程DK1099+908至DK1107+537。其中Ⅳ、Ⅴ级围岩比例94%；隧道穿越7处断层；隧道最大埋深约290m，洞身多处浅埋段，地表多有河流和自然冲沟，最小埋深拱顶以上约1.2m。

受地质构造和地形、地貌及地下水特征的影响，大坪地隧道施工初期出现数次较大规模涌水，不仅造成施工严重受阻，同时造成洞顶水源部分枯竭，对当地居民生产生活带来较大影响。因此，结合隧道具体地质水文条件，准确分析涌水原因，从而制定适宜的防治措施是隧道施工过程中必须解决的问题[1-6]。

2 地质水文条件

隧道缓坡及低洼地带上覆第四系坡残积（Q4dl+el）粉质黏土；下伏基岩为泥盆系下西山村组（D1x）、志留系上统玉龙寺组（S3y）、中统马龙群（S2m）、寒武系下统沧浪铺组（∈1c）灰岩、白云岩、泥质白云岩、泥岩、砂岩、页岩等。隧区南北向控制性断裂即著名的小江断裂，并分为东西两支。断裂构造发育，活动频繁，沿斷裂带两侧地层产状紊乱，小型褶曲比较发育，部分地带岩层直立或倒转，对隧道施工影响严重。

隧址区属亚热带湿润季风气候，年平均气温14～16℃，极端最高气温一般为34～37℃，极端最低气温一般为-7℃至-10℃。年平均降雨量1200～1500mm，5～10月份为雨季，占年降雨量的80%。年平均蒸发量约1100mm，年平均相对湿度78-83%。地表水以山间沟水为主，水量较小，雨季时沟内水量增加明显2～3L/S，故隧道穿越区地表水不发育。地下水有孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水三类。其中，孔隙水主要赋存于坡面及槽谷中的第四系坡洪积、残坡积层中，分布面积小且厚度小，水量贫乏，受大气降雨补给。基岩孔裂隙水赋存于砂岩、页岩的孔隙和裂隙网络中，主要接受降雨渗入式补给，因含水层规模有限并受相对隔水层夹持，地下水露头及涌水量有限。岩溶水主要分布于隧道洞身，含水岩组主要为志留系中统马龙群（S2m）灰岩，岩溶化程度较高，富水性属富水，对隧道的影响极大。

3 涌水分析及处治方法

3.1隧道涌水情况及影响

依据设计，大坪地隧道预计涌水量如表1所示。实际比原设计里程提前38m出现涌水。2013年2月15日隧道2号斜井施工至D1K1104+598里程处，掌子面爆破开挖后，隧道拱顶偏线路右侧1m处突然涌水，水量约6500m3/d。洞内出水一是掌子面D1K1104+598线路右侧上台阶拱脚处股状水；二是线路左侧超前水平钻孔内流水；三是D1K1104+609～D1K1104+670段初支渗水。拱顶呈股状水流出的位置有四处：D1K1104+614、D1K1104+631、D1K1104+635及D1K1104+648，其余地段初支严重渗水。从2月25日至3月16日帷幕注浆开始，水量平均约为5200m3/d，水量较刚开始涌水时有所减小。另外，自涌水发生以来，线路右侧股状水颜色一直为黄色有浑浊物，但线路左侧水平钻孔内流水为清水。

隧道涌水造成洞顶林家村小象沟水源点基本干涸，春雷矿泉水厂停产，15个村小组及学校生活、生产用水较以前严重匮乏，约1500人生活、生产受到影响。隧道施工立即停止，启动涌水应急措施。

3.2 涌水原因及机制分析

综合隧址自然条件、地质水文条件、施工情况等因素，大坪地隧道涌水原因主要有以下几个方面。

3.2.1地质构造对隧道涌水的影响

在涌水最为严重地段，隧道分别穿越高地3号断层及普家屯-哈螃沟大断层。前者断层走向N15 度W，倾向NE，断层上下盘均为上统玉龙寺组（S3y）页岩，断层破碎带宽约175m。后者为一区域性断裂，活动断裂带，总长大于95km。线路附近地表断层破碎带宽约200m，以断层角砾为主，部分为碎裂岩，两者都可能产生突水突泥灾害。掌子面D1K1104+598附近岩性以砂岩为主，根据现场隧道开挖揭示情况，在D1K1104+770附近有一层2m厚的软弱夹层，结合区域地质资料分析，在普家屯-哈螃沟断层形成过程中，由于砂岩岩质较硬，不易压缩，因此被挤压破裂形成一宽约2m、与断层近平行的软弱挤压带，在软弱挤压带和断层之间形成一富水构造，地下水较丰富，由于受断层影响，局部贯通裂隙发育或者存在小的次生断层，导致隧道开挖至D1K1104+598后，将小象沟水源点及春雷矿泉水厂的取水泉点疏干。

3.2.2围岩裂隙发育，为下渗的层间水提供了排泄通道

D1K1104+598涌水处围岩以页岩夹砂岩，粉砂质结构为主，是基岩裂隙水赋存岩层。由于岩质软，节理裂隙发育，隧道埋深较浅，推断为爆破震动加剧涌水沿构造通道涌入隧道内区域，从而造成洞顶处林家村小象沟水源点基本干涸，矿泉水厂停产。

3.3 涌水处理措施

由于实际比原设计里程提前38m出现涌水，且造成了地下水环境的改变，因此处治时采用“以堵为主，限量排放”的处理原则，在第一循环帷幕注浆段（D1K 1104+609～D1K +574），采用超前帷幕注浆及径向注浆相结合对隧道进行堵水、加固处理。同时在洞顶深井竣工以解决居民的生活用水后，将设计处理原则调整为“限量排放，兼顾安全和工期”，即在确保安全的前提下，通过设计优化，确保周圈注浆，减少内圈注浆，减少隧底注浆，止水辅以径向注浆，缩短帷幕注浆的施工循环时间，最终确保隧道施工的顺利进行。

3.3.1帷幕注浆堵水措施

㈠超前帷幕注浆范围为开挖轮廓线外5m。本循环注浆长度35m，开挖30m，保留5m长止浆岩盘。注浆按浆液扩散半径为1.8m，孔底间距2.2m布设，每循环设10环注浆孔，共246孔，孔长6925m。注浆纵断面布置见图2所示，孔口布置见图3所示。

㈡注浆参数

⑴单孔有效扩散半径1.8m，终孔间距2.2m。钻孔孔径φ108mm；⑵注漿范围为隧道开挖轮廓线外5m；⑶注浆终压为2～3倍实测水压。注浆前应进行压水实验，据此修正注浆参数。⑷注浆开孔直径不小于φ108mm，终孔直径不小于φ90mm。

㈢注浆控制标准

⑴单孔水量10L/min或超前钻孔中水量超过0.4L/min.m时应进行注浆；

⑵注浆结束标准

单孔结束标准：a、注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；b、注浆结束时的进浆量小于20L/min；c、检查孔涌水量小于0.2L/m.min；D、检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。

全段结束标准：a、所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；b、注浆后预测涌水量小于1m（3）/m.d；c、浆液有效注入范围大于设计值。

㈣注浆材料

⑴注浆材料主要为水泥浆液，水泥水玻璃双液浆主要在封孔或涌突水时用。

⑵水泥：42.5号普通硅酸盐水泥；水玻璃：波美度Be'=40；水泥浆水灰比=0.8～1：1；水泥浆：水玻璃浆液=1：0.8。

㈤注浆顺序为先内圈后外圈，同一圈孔间隔施工，此段岩层较破碎，6、7、8、9、10环各孔均采取后退式注浆，其注浆范围为孔底至开孔方向5m；1、2、3、4、5各孔环采用前进式注浆。

3.3.2径向注浆堵水措施

㈠径向注浆孔浆液扩散半径为2.0m，注浆范围为开挖轮廓线外5m。注浆孔按梅花形交错布置，错开初期支护的系统锚杆（管）和钢架。每一环设50个孔，纵、环向间距120cm。径向注浆横断面布置见图4，平面布置示意见图5。

㈡注浆参数

注浆孔采用风机钻开孔，开孔直径φ75mm，终孔不得小于φ42mm，再埋入孔口管。孔口管采用φ42mm，壁厚3.5mm的钢花管，管长1m，孔口管应埋设牢固，并应有良好的止浆措施。正常注浆压力为静水压力+0.5MPa，注浆终压不大于2.5倍的静水压力，施工中根据现场注浆试验进行调整。

㈢注浆控制标准

⑴注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；⑵注浆结束时的进浆量小于20L/min；⑶注浆后每延米洞壁渗水量不大于1m（3）/d。

㈣注浆材料

均采用水泥浆单液浆，安设孔口管及注浆封孔时可采用水泥～水玻璃双液浆，浆液配合比应根据注浆的不同时段试验后确定。

4 结束语

（1）实践证明，采用以堵为主，限量排放，超前帷幕注浆及径向注浆相结合，确保周圈注浆，减少内圈注浆，减少隧底注浆，止水辅以径向注浆等措施，对控制软弱围岩隧道富水地带和断层破碎带涌水是科学、合理的，不仅安全、质量、进度均能有效保证，而且能有效控制地表失水，使洞顶水源不再枯竭，当地居民生产生活不再受到影响。

（2）施工中通过加强超前地质预报及围岩量测工作，对地下水、地表水进行长期监测，确保了隧道的安全施工，也为日后隧道安全运营提供了数据和技术支持。

参考文献：

[1]牟忠霞，潘海泽，黄涛. 石太客运专线特长隧道岩溶水对隧道影响研究标题[J].地下空间与工程学报，2009，5（3）：568-672.

[2]林传年.齐岳山隧道岩溶裂隙水超前预报与治理研究[J].地下空间与工程学报，2008，4（4）：789-792.

[3]梅志荣，张君伟，李传富.铁路长大隧道建设中地下水防治有关问题研究进展[J].铁道工程学报，2009，（9）：78-82.

[4]孙谋，刘维宁.隧道涌水对围岩特性影响分析[J].探矿工程，2008，28（2）：143-147.

[5]罗玉虎，李丹，刘亮，胡礼忠.摩天岭隧道涌水原因分析及处治措施[J].地下空间与工程学报，2011，7（2）：408-412.

[6]林传年.齐岳山隧道岩溶裂隙水超前预报与治理研究[J].地下空间与工程学报，2008，4（4）：789-792.

作者简介：

王启胜（1973-），男，山西大同人，工程师，主要从事施工管理等方面的工作。