郭 佳，陸朗天，劉 剛

(1.廣西交通投資集團(tuán)河池高速公路運(yùn)營有限公司，廣西 河池 547000；2.福建路橋建設(shè)有限公司，福建 福州 350000；3.廣西南天高速公路有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

隨著我國“十四五”規(guī)劃和交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施，廣西交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正持續(xù)開展，但廣西地處西南巖溶發(fā)育區(qū)域，道路工程建設(shè)時(shí)常因經(jīng)過巖溶發(fā)育區(qū)而引發(fā)一系列工程地質(zhì)災(zāi)害[1-2]。在隧道工程建設(shè)中，突水涌水是隧道經(jīng)過巖溶區(qū)時(shí)易引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害之一，不僅嚴(yán)重影響工程質(zhì)量和施工進(jìn)度，增加了生產(chǎn)成本，更重要的是會(huì)危及施工作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，給安全生產(chǎn)帶來了極大的挑戰(zhàn)。

針對(duì)隧道巖溶區(qū)的突水涌水災(zāi)害，常見的處理方法是機(jī)械排水、注漿堵水、鉆孔泄水等，其中注漿堵水是較為有效的技術(shù)手段[3-4]。但注漿堵水的方法受地質(zhì)條件和溶洞發(fā)育程度等的影響比較大，且難以應(yīng)用于大孔徑突水涌水災(zāi)害，往往需要多種手段共同處治[5]。本文以河百高速公路某隧道為例，介紹在隧道巖溶區(qū)富水狀態(tài)下，隧道采用機(jī)械排水、鉆孔泄水后進(jìn)行注漿加固，突水涌水孔洞經(jīng)擴(kuò)孔清孔后利用防水混凝土進(jìn)行巖溶區(qū)的填埋，設(shè)置防水層，并實(shí)時(shí)檢測(cè)水壓等一系列手段形成的隧道涌水堵水處治方案，可為相似工程提供參考。

1 工程概況

某隧道位于廣西河池市金城江區(qū)，左線全長2 854 m，右線全長2 760 m，是河百(河池—百色)高速公路上的分離式長隧道。該隧道地處巖溶發(fā)育區(qū)，并與地表消水洞相通，受金城江地區(qū)連續(xù)降雨影響，進(jìn)口端先后發(fā)生5次較大涌水，最大涌水量達(dá)7 000 m3/h，并帶有大量泥沙。經(jīng)踏勘，在隧道Z3K8+683.7段地表處左側(cè)266 m有一個(gè)約570 m2消水洞。此消水洞與隧道相通，標(biāo)高為437.2 m，比隧道左線出水點(diǎn)處路面設(shè)計(jì)線高54.89 m，且多條沖溝流水匯聚于此，積水量受降雨影響較大，常年積水不干。隧道左右線分別有一個(gè)涌水孔洞，左線涌水點(diǎn)位于Z3K8+518處仰拱左側(cè)，右線涌水點(diǎn)位于K8+575處仰拱左側(cè)，且一直延續(xù)至左洞。見圖1。

圖1 隧道地表消水洞與洞內(nèi)涌水點(diǎn)示意圖

2 工程地質(zhì)條件

該隧道地處巖溶發(fā)育區(qū)，該區(qū)域山體起伏大，巖溶發(fā)育復(fù)雜，有較多大小不一、發(fā)育不同的溶洞，有些溶洞內(nèi)還含有大量巖溶水和泥沙，對(duì)隧道工程的建設(shè)帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，在工程建設(shè)前，必須先進(jìn)行工程地質(zhì)的勘察，并預(yù)防可能發(fā)生的安全生產(chǎn)問題，保證工程施工過程中的生命財(cái)產(chǎn)安全。采用地質(zhì)雷達(dá)及鉆探相結(jié)合的方式，探明隧道洞身周圍水文地質(zhì)情況，為涌水處治及隧道結(jié)構(gòu)施工提供相關(guān)資料。在抗水壓襯砌加強(qiáng)段采用物探及探孔探明拱圈周邊及仰拱底部的隱伏溶洞。

2.1 雷達(dá)探測(cè)

該隧道地處巖溶發(fā)育區(qū)，由于在勘察前不確定溶洞大小和是否存在巖溶水及其水量，于是采用雷達(dá)探測(cè)的方式，通過對(duì)左線出水口處邊墻(測(cè)線位于出水口左側(cè)約5 m至出水口右側(cè)約4 m范圍內(nèi))前方28 m區(qū)域進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)與分析。雷達(dá)探測(cè)結(jié)果顯示，左線出水口處左側(cè)2.5 m至右側(cè)1 m寬約3.5 m范圍內(nèi)，探測(cè)區(qū)域內(nèi)前方4～12 m溶洞、巖溶水發(fā)育，13～16 m段溶洞發(fā)育。對(duì)右線出水口處邊墻(測(cè)線位于出水口左側(cè)約3 m至出水口右側(cè)約5 m范圍內(nèi))前方28 m區(qū)域雷達(dá)探測(cè)與分析。雷達(dá)探測(cè)結(jié)果顯示右線出水口處至右側(cè)寬約2 m范圍內(nèi)，前方6～8 m、11～15 m和17～19 m處發(fā)現(xiàn)有發(fā)育的溶槽、小溶洞，探測(cè)區(qū)域內(nèi)前方6～15 m巖溶水較發(fā)育。圖2為各截面溶洞斷面圖。

圖2 溶洞斷面圖

2.2 鉆探勘測(cè)

為了確保雷達(dá)探測(cè)的準(zhǔn)確性，本次勘探還采取了鉆探的方式，對(duì)隧道左線出水口兩邊底部進(jìn)行鉆探勘測(cè)，共設(shè)置四個(gè)探孔(見圖3)。鉆探勘測(cè)結(jié)果如表1所示。

圖3 隧道左線探孔位置示意圖

表1 鉆探勘測(cè)結(jié)果表

3 涌水堵水處治方案

3.1 初期處理

在隧道發(fā)生涌水災(zāi)害初期，必須采取一系列合理的措施，避免因其他的施工作業(yè)引起更大的涌水量。而且沒有處理好涌水問題前，在隧道內(nèi)部有限密閉空間再作業(yè)有安全風(fēng)險(xiǎn)，這是必須重視的問題。因此為解決隧道涌水問題，隧道左線出水點(diǎn)Z3K8+518前后59 m范圍內(nèi)二襯暫緩施工，右線涌水出水點(diǎn)K8+575處一模12 m二襯暫緩施工。初期采取措施對(duì)隧道左、右線涌水浸泡段部分范圍進(jìn)行注漿鋼管加固處治，對(duì)原設(shè)計(jì)無二襯鋼筋段增加全環(huán)二襯鋼筋構(gòu)造。隧道進(jìn)口左線最早出水點(diǎn)Z3K8+510上臺(tái)階左側(cè)拱腳處，下臺(tái)階及仰拱開挖后，出水點(diǎn)移至Z3K8+518仰拱左側(cè)處。發(fā)現(xiàn)出水通道為斜向下后立即對(duì)左線仰拱左側(cè)出水點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)孔，將孔洞內(nèi)的水全部排出后進(jìn)行清孔，將孔洞內(nèi)部水和泥沙清理干凈。

3.2 涌水處理

隧道內(nèi)涌水采用“機(jī)械排水”和“鉆孔泄水”兩種方式進(jìn)行排水。在隧道進(jìn)口方向，采用“機(jī)械排水”方式，將涌入隧道內(nèi)的水用抽水泵排至隧道進(jìn)口方向，中途確保有施工人員在場(chǎng)，避免在排水過程中發(fā)生泄露。在隧道出口方向，采用“鉆孔泄水”方式，將隧道內(nèi)涌水排至出口方向。泄水前確保圍巖安全和穩(wěn)定，先進(jìn)行圍巖局部加固，再通過預(yù)留的孔洞進(jìn)行排水，中途實(shí)時(shí)觀察圍巖的穩(wěn)定性和滲透情況。

3.3 擴(kuò)孔清孔

對(duì)隧道左、右線涌水點(diǎn)沿巖層走向或巖溶管道進(jìn)行擴(kuò)孔開挖，并在開挖過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)修正開挖方向。擴(kuò)孔后發(fā)現(xiàn)位于隧道進(jìn)口右線出水點(diǎn)K8+575仰拱左側(cè)的出水通道方向大致為水平方向，且向左洞延伸，內(nèi)部伴隨有大量泥沙。涌水時(shí)由渾水逐漸變?yōu)榍逅坑纱笞冃?。?duì)于隧道右線已發(fā)現(xiàn)的溶洞，在確保安全的情況下，繼續(xù)開挖，揭露溶洞相關(guān)區(qū)域并打通左、右線之間的堵水橫洞，將溶洞內(nèi)的泥沙清除干凈。對(duì)于隧道左線左側(cè)溶洞，繼續(xù)擴(kuò)挖至水平垂直向外及向下長度不小于設(shè)計(jì)長度，并將溶洞內(nèi)的泥沙清除干凈。在涌水點(diǎn)擴(kuò)孔施工過程中，遇到圍巖穩(wěn)定性差時(shí)，采用Ⅴ級(jí)鋼拱架掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，保證施工安全。擴(kuò)挖施工時(shí)沿著巖層走向或巖溶管道開挖，避免巖體發(fā)生破碎，且爆破施工過程中采用松動(dòng)弱爆破進(jìn)行，嚴(yán)格控制振動(dòng)速度，確保能及時(shí)修正方向。擴(kuò)孔施工過程中，及時(shí)清理水潭內(nèi)淤積物，發(fā)現(xiàn)水潭較淺，繼續(xù)往前方擴(kuò)挖≥10 m。

3.4 防水混凝土回填

擴(kuò)孔完成后，采用高標(biāo)號(hào)防水混凝土進(jìn)行堵塞回填，混凝土中參入適量膨脹劑，并在每批回填混凝土埋設(shè)注漿小導(dǎo)管進(jìn)行補(bǔ)注漿，保證擴(kuò)孔橫洞回填混凝土密實(shí)無空洞。對(duì)于隧道左線左側(cè)溶洞，在溶洞水潭鋪設(shè)不銹鋼板，采用泵送混凝土方式進(jìn)行回填封閉處理，減少水滲透對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。右線左側(cè)涌水點(diǎn)在擴(kuò)孔清孔完畢后直接采用泵送混凝土回填?；靥罨炷敛捎肅40防水混凝土，且抗?jié)B等級(jí)≥P10。

3.5 襯砌處理

隧道涌水點(diǎn)兩端的襯砌需加強(qiáng)處理。在隧道左線涌水點(diǎn)前后20 m范圍內(nèi)及右線涌水點(diǎn)前后18 m范圍內(nèi)改變?cè)兄ёo(hù)參數(shù)，對(duì)已完成施工的段落進(jìn)行拆除和再施工作業(yè)，擴(kuò)大斷面尺寸，加大隧道仰拱曲率及支護(hù)參數(shù)等級(jí)，保證隧道結(jié)構(gòu)安全。優(yōu)化隧道防排水措施，在抗水壓襯砌兩端抗水壓襯砌斷面的基礎(chǔ)上，再擴(kuò)大斷面，避免水竄流到隧道其他段落?？顾畨阂r砌段防水采用加密環(huán)向盲管，間距為5 m，直接引入中央溝，并保障外包土工布的施工質(zhì)量?？顾畨阂r砌段防水采用全包混凝土防水層，需注意不銹鋼鋼管穿刺處防水層的鋪設(shè)，確保該處防水層與二襯之間密貼為一體。為了防止竄水及保障抗水壓段的防水效果，本段采用HDPE反應(yīng)粘結(jié)型防水卷材。對(duì)抗水壓襯砌段及涌水浸泡段采用全環(huán)小導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)及止水，施工時(shí)設(shè)置試驗(yàn)段和檢測(cè)孔，確定注漿參數(shù)和檢測(cè)注漿效果，鋼管打入方向垂直巖層，使?jié){液充分流入裂隙中，保證注漿補(bǔ)強(qiáng)止水效果?？顾畨阂r砌段仰拱施工縫與拱墻部位二襯施工縫錯(cuò)開，相鄰兩模二襯及二襯與仰拱之間設(shè)置橡膠鋼邊止水帶，以增強(qiáng)防水效果。見圖4。

圖4 隧道出水點(diǎn)前后襯砌類型示意圖

3.6 其他措施

(1)堵水?dāng)U挖段應(yīng)對(duì)光滑的區(qū)域進(jìn)行鑿毛處理，拱部接長錨桿錨入堵水混凝土中，錨入長度≥50 cm，底部設(shè)置長150 cm、φ22 mm藥卷錨桿，其中50 cm錨入堵水混凝土中。見圖5。

圖5 堵水方案立面示意圖

(2)水壓監(jiān)測(cè)管采用100 mm×4 mm的不銹鋼鋼管，并通過止水閥門后引入中央排水溝，在出水口及抗水壓襯砌段邊緣設(shè)置3個(gè)斷面，每個(gè)洞共設(shè)置6處。初支及二襯間的不銹鋼鋼管管頭應(yīng)設(shè)濾網(wǎng)。

(3)未澆筑二襯段，除兩端外中間不設(shè)置變形縫，施工縫采用橡膠鋼邊止水帶處治。

(4)出水點(diǎn)附近應(yīng)埋設(shè)二襯監(jiān)測(cè)元件，長期監(jiān)測(cè)該斷面的凈空收斂、拱部下沉、初期支護(hù)與二襯之間的接觸壓力、二次襯砌混凝土應(yīng)力及二次襯砌鋼筋應(yīng)力。左右洞抗水壓段均應(yīng)設(shè)有監(jiān)控視頻。

(5)涌水通道采用堵塞方式處理后以蓋板涵結(jié)構(gòu)形式將涌水出水口與中心排水溝連接，并設(shè)置檢查井，以備后期運(yùn)營檢修。

(6)收集隧道洞內(nèi)溶洞及地表消水洞相關(guān)資料，為后續(xù)可能優(yōu)化涌水處治方案提供相關(guān)依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過采取一系列包括隧道出口鉆孔泄水、進(jìn)口機(jī)械排水、擴(kuò)孔回填、加強(qiáng)襯砌和水壓監(jiān)測(cè)等處治方法應(yīng)對(duì)該隧道巖溶區(qū)中的突水涌水問題，整體堵水效果顯著。本文為解決公路隧道巖溶區(qū)突水涌水問題提供了一定的參考，有較好的借鑒作用。