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摘要：汤村隧道是金温扩能改造工程控制性工程之一，隧道施工的质量直接影响后续工程施工质量。通过超前地质炮孔和水平钻孔等手段进行预测，通过断层的炮孔均出现不同程度的涌水。本文结合隧道涌水的病害机理，详细总结了隧道断层处涌水病害的处理措施，最后结合汤村隧道涌水实际情况，分析涌水原因后采取有效的治理措施，保证施工顺利完成。
关键词：断层地带涌水超前炮孔治理措施
研究目的：利用科学合理的方法对隧道断裂地带大涌地段进行处理，为隧道安全快速掘进提供技术保证。
中图分类号：[U25] 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
Treatment for Water Burst of Fault Zone in Large and Long
Railway Tunnel of Tang Village
Yin Yueguo
(China Railway Group Shanghai Engineering Bureau Municipal Engineering Co., Ltd. Shanghai 200331)
Abstract: As one of controlling project of Jin Hua-Wen Zhou Expansion and Reconstruction Engineering, the quality of Tang Village Tunnel construction has an immediate impact on the following engineering construction. The advanced geological blast hole and horizontal drilling predicated that varying degrees of water burst has emerged in the blast holes which go through the fault. According to the damage mechanism of tunnel water burst, this essay sums up the treatment methods for water burst in tunnel fault, analyzes the reasons of water burst in Tang Village Tunnel and finally take the effective treatment to guarantee the smooth completion of construction.
Key Word: Fault Zone,Water Burst , Advanced Blast Hole,Treatment Methods
引言
隨着我国经济的迅速腾飞，基础设施建设也随之加快，特别是高速公路和高速铁路的建设如雨后春笋。伴随施工技术的提高，高速铁路逐步向山区蔓延。在山区修建高速铁路时，因地形条件限制，桥隧比例明显增大。而长大铁路山岭隧道过程中经常遇到断层涌水等地质灾害，往往给带来较大影响。在涌水处理过程中选择合理、经济的处理方法，有着重大的技术价值和经济意义。
1 断层涌水对隧道工程的影响[1]-[3]
汤村隧道是该工程中控制性重点工程之一，隧道全长9645m。该隧道地质条件复杂，断层十分发育，直接影响隧道的断层有18条，其中F4断层影响最大，其勘察设计正常涌水量达416m3/d。隧道开挖过程中，因地质预报不准或涌水处水头高度估计不足，容易给施工人员带来巨大的伤亡和经济损失。
隧道断层涌水处初支施工质量直接决定后期衬砌所承受的水头压力大小，科学合理的涌水处理措施，能够有效降低衬砌所承受的水压力大小以及对隧道衬砌的侵蚀作用。因断层涌水处理不彻底，可能造成隧道衬砌侵蚀破坏，满足不了隧道防水要求，严重影响隧道后续工作年限。严寒地区，冻融交替变换，使侵蚀性漏水会对隧道衬砌和附属设施的破坏将更加严重。衬砌和围岩直接可能因为冻融循环而造成混凝土与初支直接产生裂缝，造成衬砌受力过大而发生开裂，甚至会出现衬砌漏水，地表积水，严重影响隧道的安全和使用。
2 隧道断层涌水的原因分析
隧道断层涌水是由于隧道掘进过程中破坏了断层含水区结构，使富水区静水平衡条件以及围岩力学平衡状态发生急剧改变，造成地下水体所储存能量以流体高速运动形式瞬间释放而产生一种动力破坏现象。汤村隧道1号斜井DK17+495处于F6、F7和F8交汇处，通过TSP与加深炮孔相结合的方式进行超前地质预报，炮孔出现涌水。项目部立即停止掘进，并通知监理单位和设计人员，对现场进行勘察，同时要求现场增加超前水平钻孔对断层和围岩进行判断，增加隧道施工的安全性。项目部立即按设计要求，对掌子面进行超前水平钻孔。
3 隧道断层涌水情况
DK17+495掌子面从超前加深炮孔和超前水平钻孔涌水，对该掌子面用水量进行连续监测，10月7日涌水量最大为12500m3/d，到10月16日之后，涌水量维持在1000 m3/d。通过加深炮孔和超前水平钻孔发现，围岩岩质较坚硬，节理、裂隙发育，岩体破碎，线路左侧围岩富水，线路右侧围岩无水，根据现场实际情况，掌子面涌水区域分布。
4 隧道断层涌水处理方法
4.1 隧道断层处注浆堵水[4]-[7]
10月17日汤村隧道1#斜井经过一轮开挖后，发现DK17+497处出现断层，断层宽度约0.5ｍ，该处涌水较小，经过业主、设计和监理现场确认，针对DK17+497处断层涌水处采用注浆堵水和加强初期支护进行施工。
按照施工方案，现场采用压注M30水泥浆进行局部堵水。注浆管采用φ50无缝钢管，长度为5m，管身钻设φ10mm注浆孔，间距20～50cm，钢花管采用梅花型布置。钢管间距0.8～1.2m，单孔扩散半径1.5m，注浆孔与出水裂隙面尽量大角度相交，注浆材料采用水泥浆，水灰比1:1，注浆压力0.5～0.6MPa。孔口采用止浆塞止浆，浆塞胶圈尺寸应与注浆孔径相配。针对断裂缝隙用水量较大处，应先钻引水孔泄压，再对裂隙注浆，最后采用膨胀快硬水泥对引水孔进行封堵处理，确保能够迅速堵水成功，确保对地下水环境影响降低到最低。注浆过程中，保证注浆材料满足方案要求，确保注浆压力大小和持压时间。通过前期排水和注浆堵水，断层涌水处基本达到设计要求，能够满足现场安全生产。
4.2隧道断层涌水处初期支护及防排水
汤村隧道DK17+497段原先围等级为Ⅱ级，由于出现断层涌水，现将围岩等级变更为Ⅳ级，按照Ⅳ级围岩进行初期支护施工，断层处初期支护强度，减少对后期衬砌的压力，通过监控量测数据反映此段变形已经趋于稳定，可以进行二次衬砌施工。
根据《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设[2010]241号防排水规定：高速铁路隧道防排水施工应采取“防、堵、截、排相结合，因地制宜，综合治理”的原则，满足环境保护和设计的要求。为了达到设计防排水要求，需在稳定的初期支护上挂设厚度为1.5mm防水板加400g/m2的土工布，确保衬砌不受侵入的裂隙水侵蚀，达到更好的防水要求。对于断层涌水处，加强土工布和防水板本身质量以及焊接和挂设质量，挂设前应该严格检查土工布和防水板有无破损现象，保证防水板焊缝能够达到实验规定的压力，而土工布与防水板直接增加热熔焊贴的数量，两者直接能够密贴，减少防水板背后空隙。为了减少后期断层处出现高压裂隙水，减小对隧道衬砌的侵蚀，特在断层涌水的防水层与初期支护之间增设TR加劲型软式透水管盲沟，与纵向排水盲管相连，将该处后期可能再次产生裂隙水直接引入中心盲管中，直接排到隧道的中心管沟，通过中心管沟排到隧道外。
5 结论
汤村隧道DK17+497断层涌水段通过上述施工处理，经过后期现场观察，衬砌表面干燥无渗水现象，由此可以得出以下结论：
⑴隧道断层涌水处，首先要探明掌子面前方的地质情况和水量大小，认真研究该断层水是否与地表相连。
⑵隧道断层涌水治理，注浆是关键，注浆过程中应注重选择合适的注浆参数，满足现场施工要求，确保注浆能够达到封堵效果。
参考文献
[1] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.汤村隧道设计说明[R].武汉：2010.
[2] 铁道部第二勘察设计院.铁路工程设计技术手册.隧道[M].北京:中国铁道出版社,131—135.
[3] 黄鸿健,张民庆.宜万铁路隧道工程岩溶及岩溶水分析与应对[J].现代隧道技术,2009,46,(2)：22—23.
[4] 张民庆,黄鸿健,苗德海，田四明.宜万隧道工程岩溶治理技术与工程实例[J].铁道工程学报,2008,总第112期:26—36.
[5] 刘汝臣.宜万铁路岩溶隧道超前地质预报技术[J].隧道建设,2007,27,(2)：1—3,35
[6] 陈绍华.关角隧道斜井溶岩裂隙水处理技术探讨[J].现代隧道技术,2010,47,(1)：81—85.
[7] 冬青.长大单坡隧道涌水段综合治理施工技术[J].铁道建筑,2008, (9)：46—48.
关键词：断层地带涌水超前炮孔治理措施
研究目的：利用科学合理的方法对隧道断裂地带大涌地段进行处理，为隧道安全快速掘进提供技术保证。
中图分类号：[U25] 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
Treatment for Water Burst of Fault Zone in Large and Long
Railway Tunnel of Tang Village
Yin Yueguo
(China Railway Group Shanghai Engineering Bureau Municipal Engineering Co., Ltd. Shanghai 200331)
Abstract: As one of controlling project of Jin Hua-Wen Zhou Expansion and Reconstruction Engineering, the quality of Tang Village Tunnel construction has an immediate impact on the following engineering construction. The advanced geological blast hole and horizontal drilling predicated that varying degrees of water burst has emerged in the blast holes which go through the fault. According to the damage mechanism of tunnel water burst, this essay sums up the treatment methods for water burst in tunnel fault, analyzes the reasons of water burst in Tang Village Tunnel and finally take the effective treatment to guarantee the smooth completion of construction.
Key Word: Fault Zone,Water Burst , Advanced Blast Hole,Treatment Methods
引言
隨着我国经济的迅速腾飞，基础设施建设也随之加快，特别是高速公路和高速铁路的建设如雨后春笋。伴随施工技术的提高，高速铁路逐步向山区蔓延。在山区修建高速铁路时，因地形条件限制，桥隧比例明显增大。而长大铁路山岭隧道过程中经常遇到断层涌水等地质灾害，往往给带来较大影响。在涌水处理过程中选择合理、经济的处理方法，有着重大的技术价值和经济意义。
1 断层涌水对隧道工程的影响[1]-[3]
汤村隧道是该工程中控制性重点工程之一，隧道全长9645m。该隧道地质条件复杂，断层十分发育，直接影响隧道的断层有18条，其中F4断层影响最大，其勘察设计正常涌水量达416m3/d。隧道开挖过程中，因地质预报不准或涌水处水头高度估计不足，容易给施工人员带来巨大的伤亡和经济损失。
隧道断层涌水处初支施工质量直接决定后期衬砌所承受的水头压力大小，科学合理的涌水处理措施，能够有效降低衬砌所承受的水压力大小以及对隧道衬砌的侵蚀作用。因断层涌水处理不彻底，可能造成隧道衬砌侵蚀破坏，满足不了隧道防水要求，严重影响隧道后续工作年限。严寒地区，冻融交替变换，使侵蚀性漏水会对隧道衬砌和附属设施的破坏将更加严重。衬砌和围岩直接可能因为冻融循环而造成混凝土与初支直接产生裂缝，造成衬砌受力过大而发生开裂，甚至会出现衬砌漏水，地表积水，严重影响隧道的安全和使用。
2 隧道断层涌水的原因分析
隧道断层涌水是由于隧道掘进过程中破坏了断层含水区结构，使富水区静水平衡条件以及围岩力学平衡状态发生急剧改变，造成地下水体所储存能量以流体高速运动形式瞬间释放而产生一种动力破坏现象。汤村隧道1号斜井DK17+495处于F6、F7和F8交汇处，通过TSP与加深炮孔相结合的方式进行超前地质预报，炮孔出现涌水。项目部立即停止掘进，并通知监理单位和设计人员，对现场进行勘察，同时要求现场增加超前水平钻孔对断层和围岩进行判断，增加隧道施工的安全性。项目部立即按设计要求，对掌子面进行超前水平钻孔。
3 隧道断层涌水情况
DK17+495掌子面从超前加深炮孔和超前水平钻孔涌水，对该掌子面用水量进行连续监测，10月7日涌水量最大为12500m3/d，到10月16日之后，涌水量维持在1000 m3/d。通过加深炮孔和超前水平钻孔发现，围岩岩质较坚硬，节理、裂隙发育，岩体破碎，线路左侧围岩富水，线路右侧围岩无水，根据现场实际情况，掌子面涌水区域分布。
4 隧道断层涌水处理方法
4.1 隧道断层处注浆堵水[4]-[7]
10月17日汤村隧道1#斜井经过一轮开挖后，发现DK17+497处出现断层，断层宽度约0.5ｍ，该处涌水较小，经过业主、设计和监理现场确认，针对DK17+497处断层涌水处采用注浆堵水和加强初期支护进行施工。
按照施工方案，现场采用压注M30水泥浆进行局部堵水。注浆管采用φ50无缝钢管，长度为5m，管身钻设φ10mm注浆孔，间距20～50cm，钢花管采用梅花型布置。钢管间距0.8～1.2m，单孔扩散半径1.5m，注浆孔与出水裂隙面尽量大角度相交，注浆材料采用水泥浆，水灰比1:1，注浆压力0.5～0.6MPa。孔口采用止浆塞止浆，浆塞胶圈尺寸应与注浆孔径相配。针对断裂缝隙用水量较大处，应先钻引水孔泄压，再对裂隙注浆，最后采用膨胀快硬水泥对引水孔进行封堵处理，确保能够迅速堵水成功，确保对地下水环境影响降低到最低。注浆过程中，保证注浆材料满足方案要求，确保注浆压力大小和持压时间。通过前期排水和注浆堵水，断层涌水处基本达到设计要求，能够满足现场安全生产。
4.2隧道断层涌水处初期支护及防排水
汤村隧道DK17+497段原先围等级为Ⅱ级，由于出现断层涌水，现将围岩等级变更为Ⅳ级，按照Ⅳ级围岩进行初期支护施工，断层处初期支护强度，减少对后期衬砌的压力，通过监控量测数据反映此段变形已经趋于稳定，可以进行二次衬砌施工。
根据《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设[2010]241号防排水规定：高速铁路隧道防排水施工应采取“防、堵、截、排相结合，因地制宜，综合治理”的原则，满足环境保护和设计的要求。为了达到设计防排水要求，需在稳定的初期支护上挂设厚度为1.5mm防水板加400g/m2的土工布，确保衬砌不受侵入的裂隙水侵蚀，达到更好的防水要求。对于断层涌水处，加强土工布和防水板本身质量以及焊接和挂设质量，挂设前应该严格检查土工布和防水板有无破损现象，保证防水板焊缝能够达到实验规定的压力，而土工布与防水板直接增加热熔焊贴的数量，两者直接能够密贴，减少防水板背后空隙。为了减少后期断层处出现高压裂隙水，减小对隧道衬砌的侵蚀，特在断层涌水的防水层与初期支护之间增设TR加劲型软式透水管盲沟，与纵向排水盲管相连，将该处后期可能再次产生裂隙水直接引入中心盲管中，直接排到隧道的中心管沟，通过中心管沟排到隧道外。
5 结论
汤村隧道DK17+497断层涌水段通过上述施工处理，经过后期现场观察，衬砌表面干燥无渗水现象，由此可以得出以下结论：
⑴隧道断层涌水处，首先要探明掌子面前方的地质情况和水量大小，认真研究该断层水是否与地表相连。
⑵隧道断层涌水治理，注浆是关键，注浆过程中应注重选择合适的注浆参数，满足现场施工要求，确保注浆能够达到封堵效果。
参考文献
[1] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.汤村隧道设计说明[R].武汉：2010.
[2] 铁道部第二勘察设计院.铁路工程设计技术手册.隧道[M].北京:中国铁道出版社,131—135.
[3] 黄鸿健,张民庆.宜万铁路隧道工程岩溶及岩溶水分析与应对[J].现代隧道技术,2009,46,(2)：22—23.
[4] 张民庆,黄鸿健,苗德海，田四明.宜万隧道工程岩溶治理技术与工程实例[J].铁道工程学报,2008,总第112期:26—36.
[5] 刘汝臣.宜万铁路岩溶隧道超前地质预报技术[J].隧道建设,2007,27,(2)：1—3,35
[6] 陈绍华.关角隧道斜井溶岩裂隙水处理技术探讨[J].现代隧道技术,2010,47,(1)：81—85.
[7] 冬青.长大单坡隧道涌水段综合治理施工技术[J].铁道建筑,2008, (9)：46—48.