关角隧道涌水问题的应对措施设计

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1、关角隧道涌水问题的应对措施设计杨健（陕西铁路工程职业技术学院渭南714000）摘要：关角隧道地层岩性复杂，地下水发育，岩体节理、裂隙发育，并且灰岩中有古岩溶发育，富水性好，在隧道施工中可能产生涌水。本文针对关角隧道可能出现的涌水问题，本着“以堵为主，堵排结合，限量排放”的原则，对其的应对措施进行设计。关键词隧道涌水注浆封堵1前言关角隧道位于既有青藏铁路西格段天棚车站与察汗诺车站之间，全长32.645km，为两座平行的单线隧道。通过勘察，关角隧道区内地下水发育，特别是三叠系、二叠系砂岩、灰岩及石炭系变质砂岩，灰岩中有古岩溶发育，富水性好，并且岩体节理、裂隙

2、发育，为地下水的运移、富集提供了条件，在隧道施工中可能会产生突、涌水。隧道涌水是由于隧道的掘进破坏了含水层结构，使水动力条件和围岩力学平衡状态发生急剧改变，以至地下水体所储存的能量以流体（有时有固体物质伴随）高速运移形式瞬间释放而产生的一种动力破坏现象。[1]能否很好的解决涌水问题对保证施工安全、确保工期及建成使用的安全运营具有重要意义。2应对措施设计目前隧道涌水的处理方法主要有注浆法，降(排)水法、冻结法和压气法。[2]其中注浆封堵是处理隧道施工中涌水问题最常用的手段，它通常适用于水量较大、水压中等、涌水对环境破坏较为严重的情况下。关角隧道的涌水问题应

3、对措施本着“以堵为主，堵排结合，限量排放”的原则进行设计，采用隧道帷幕注浆和径向注浆对涌水进行封堵，并配合超前管棚支护、排水等其他辅助措施进行涌水的处理。2.1帷幕注浆设计帷幕注浆处理涌水的关键是将涌水归流后设立止浆墙并进行顶水注浆，然后根据顶水注浆效果，采用注浆的方式将隧道开挖轮廓面一定范围固结，形成一个隔水体，来保证隧道的正常开挖和安全通过。2.1.1注浆材料注浆材料的选择本着安全可靠、经济实用的目标，根据涌出物及地层情况进行选用，本隧道的堵水注浆材料设计采用普通水泥浆和普通水泥——水玻璃双液浆。普通水泥浆凝胶时间长，具有较长的可注期和较长的固结体强

4、度，来源丰富，价格低廉，但浆液初、终凝时间相对较长，不能准确控制，容易流失，结石率低，一般适用于宽度不大于0.2mm的裂隙岩体注浆及断层破碎带注浆；普通水泥——水玻璃双液浆胶凝时间短，注浆体结石率高，并具有一定的强度，对于堵水特别是水压较高，水流速度较快，以及当填充宽度较大的岩溶裂隙时经常采用。2.1.2止浆墙止浆墙主要是指在进行超前预注浆时，为满足抵抗注浆施工过程中注浆压力的要求而采取的止浆模式。[3]主要根据涌水点的状况、涌水量的大小、注浆终压及涌水点的位置，结合采用的材料和工程经验来确定止浆墙的形式和厚度。本设计中止浆墙的厚度根据经验法取4m。2.

5、1.3帷幕厚度有效的帷幕厚度是保证注浆质量，确保施工安全的必要措施。注浆帷幕固结体主要承受外部静水压力，其厚度按厚壁筒公式，并按第四强度理论计算:式中：B1为帷幕厚度（m）；σ为围岩固结体允许抗压强度（MPa）；Pw为最大静水压力（Mpa）；D为隧道开挖等效直径（m）。帷幕厚度主要取决于最大静水压力，现场施工根据静水压力对厚度进行适当调整。2.1.4注浆段落长度及注浆孔的布置注浆段落长度指注浆加固的纵向范围。根据目前的施工机械水平现状，结合圆梁山隧道、齐岳山隧道施工经验，注浆段落长度一般宜选择20～30m。本设计中，每一循环注浆长度采用27m。在注浆过程

6、中，应遵从“注浆一段、开挖一段、余留一段，段段推进、稳扎稳打”的施工理念。注浆加固完成后，为确保掌子面的稳定，以及下一循环的止浆，应余留一段作为下一循环注浆时的止浆岩盘。止浆岩盘一般取0.2～0.3倍的注浆长度。帷幕注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，据此以隧道中线为中心呈伞形分布，隧道周边帷幕注浆和全断面帷幕注浆示意图分别如图1、图2所示。注浆孔布置图注浆纵断面图图1正洞周边帷幕注浆示意图注浆孔布置图注浆纵断面图图2正洞全断面帷幕注浆示意图2.1.5浆液注入量的计算帷幕注浆单孔注入量，按假

7、设浆液在地层中均匀扩散公式为:式中:Q为单孔注浆量（m3）；R为浆液扩散半径（m）；L为注浆孔长（m）；n为地层的裂隙（%）;α为浆液在岩石裂隙中的有效充填系数，视岩石情况取0.6～0.9；η为浆液消耗率（取10％～30％）。2.1.6注浆参数设计根据地质勘察资料，针对关角隧道的可能涌水情况，并综合以往隧道帷幕注浆设计经验，本隧道的帷幕注浆参数设计如表1所示。现场注浆施工中，注浆参数应根据情况进行动态调整优化。正洞帷幕注浆参数设计表表1序号参数名称周边帷幕注浆全断面帷幕注浆1帷幕厚度开挖轮廓线外6m开挖轮廓线外4m2扩散半径2.5m2.5m3注浆管直径1

8、10mm110mm4孔底间距3m3m5水泥浆水泥标号425~525普通硅酸盐水泥