水工隧洞开挖过程中断层与涌水的应对措施研究

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摘 要：在水工隧洞开挖过程中，经常会遇到地质情况很差的岩层和严重的涌水，出现这种情况极易发生隧洞掉块及坍塌，将危及工程施工及人员安全。因此，为了保证施工安全，根据以前隧洞开挖施工中所遇到的问题和采取的处理方式，对断层或涌水等不良地质条件开挖支护施工制定相关的处理措施，以便在出现问题时及时采取相应的处理方法，避免造成更大的塌方和损失。

关键字：水工隧洞开挖；断层；涌水；

一、开挖过程中遇到断层地段的处理措施

隧洞穿过断层地段的施工难度取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层活动性以及隧洞轴线和断层构造线方向的组合关系（正交、斜交或平行）。此外，在施工过程中，围岩的破坏程度、工序衔接的快慢、施工技术措施是否得当等均对断层地段的处理有较大影响。当隧洞轴线接近于垂直构造线方向、断层规模较小、破碎带不宽且含水量较小时，条件比较有利，可随挖随撑。但当隧洞轴线斜交或平行于构造方向时，隧洞穿过破碎带的长度增大并有较大的侧压力，对其应加强拱墙衬砌并及时进行封闭。

施工方法的合理选择：

（1）当断层带内充填软塑状的断层泥或特别松散的颗粒时，比照松散地层中的超前支护，可采用先拱后墙法；如断层带特别破碎，可采用马口开挖。（2）如断层地段出现大量涌水，宜采取排堵结合的治理措施。

施工中的注意事项：

（1）如果断层中的地下水是由地表水补给时，应在地表设置截排水系统引排。对于断层承压水，应在每个掘进循环中向隧洞前进方向钻凿不少于2个超前钻孔，其深度宜在4m以上，以探明地下水的情况。（2）随工作面的掘进进度挖好排水沟，准备足够的抽水设备并设置适当数量的集水坑，以满足排水要求。（3）通过断层带各施工工序之间的衔接时间应尽量缩短，并尽快实施锚喷封闭，以减少围岩的暴露时间、松动和地压增大。（4）在隧洞断层地段，应对钻爆设计做特殊的交底。严格控制各爆破孔特别是周边孔的数量、深度及装药量，原则上尽量减少爆破对围岩的扰动。（5）在断层地带开挖后应立即进行初喷混凝土，并坚持"宁强勿弱"的原则，加强支护。（6）紧跟开挖面进行现场监控量测，根据量测所反馈的信息及时调整初期支护的参数并掌握二次衬砌的最佳时间。

二、开挖隧洞出现涌水的处理措施

（1）渗水量不大时，采用堵排结合的方法，即加强拱墙衬砌结构，在拱部衬砌厚度外设透水软管与边墙盲沟接通，引水至隧洞两侧的排水沟；在后期二衬施工缝设置纵横向止水带。

（2）为防止发生涌水等异常情况，对涌水现象较为严重的地段拟采用成熟的施工工艺，即劈裂注浆固结法施工。

劈裂注浆固结法施工工艺流程为：

①施工准备。a.通过地质超前钻孔资料，分析断层地质情况。b.钻孔注浆和隧洞衬砌结构设计。c.准备注浆材料，测定性能。d.安装并调试钻孔和注浆机械设备。

②设置止浆岩盘或止浆墙。止浆岩盘或止浆墙一般设在较完整的岩层顶面约5 m的位置。若基岩节理发育、围岩破碎时应设置2-5m的止浆墙，并将墙身嵌入围岩0.3-0.5m。

③钻孔。a.埋设孔口管：开孔直径为146mm，长度为2m，用CS（水泥、水玻璃）砂浆填塞预埋的孔口管，并在管口安装球形闸阀，以封闭钻孔中可能出现的涌水。b.孔口后的钻孔直径为108mm。当钻至后半部时，钻孔直径改为89mm。钻孔机械选用地质钻机和100B导轨式独立回转凿岩机。c.扫孔钻进时，观察分析回水岩芯或弃渣状态，用以判断注浆质量并调整注浆参数。

④压水试验。a.成孔后注水数分钟，测定吸水量并清洗岩层裂隙。b.压水试验应在裂隙冲洗后进行，可采用"简易压水"、"单点法"及"五点法"进行压水试验。

⑤注浆方法。a.双液注浆系统：采用两种浆液和两套输浆系统输浆，经混合器混合后注浆。b.根据钻孔地质情况，可采用全孔一次注浆和前进式、后退式分段注浆方法。施工过程中，若遇断层发育可能发生涌水时，采用前进式分段注浆，逐步向前推进封墙。c.钻孔及注浆原则为先外后内、先疏后密、外密内疏、反复钻注、开孔诱导。d.注浆类型分为水泥浆和水泥.水玻璃双液。根据注水试验、清孔情况、泵送能力及在注浆过程中的进浆情况确定用单液还是双液。e.注浆结束需按要求达到规定的注浆压力值，并应稳压30min。f.注浆完成8h后，可继续进行隧洞开挖。

三、施工措施

（1）质量控制。①检查孔应进行取样检查。检测固结体抗压强度、浆脉渗透状况和固结质量。②进行检查孔注水试验，即进行注浆前后注水量的比较。③测定注浆渗透状态和固结状态。④对实施注浆过程中的异常情况进行分析并制定相应的处理措施。

（2）安全生产。①注浆作业人员需配备劳动保护用品，如口罩、眼镜、橡胶手套和长手套。②若眼睛、脸部或皮肤接触浆液时，应立即用清水或生理盐水彻底冲洗，严重时送医院治疗。③机电设备应设安全防护罩和漏电保护器。④抽换钻杆时，注意不要被高压泥水冲出孔口伤人。⑤钻孔中若发生涌水，应集中全力采取措施，及时注浆封堵。⑥加强统一指挥，相互协调，确保安全生产。

四、结语

在水工隧洞开挖过程中，地质情况很差的洞段或遭遇严重涌水的洞段极易发生隧洞掉块及坍塌，将危及工程施工及人员安全。因此，在工程施工准备阶段，就应针对不良情况提出防治预案，尽可能地保证人员安全及施工的正常进行。

参考文献：

[1]隋鹏程.陈宝智.安全原理与事故预测[M].北京：冶金工业出版社，1988.

[2]中国水利水电建设集团公司.中国水利水电建设集团公司重大危险因素管理办法[z].2006.

[3]DL/T5370-2007，水利水电丁程施T通用安全技术规程[s].

作者简介：赵禹（1988-），二滩国际工程咨询有限责任公司，助理工程师。