隧道防突水、突泥专项技术方案

一、工程地质概况

蒙河二标共承担九座隧道的施工任务。项目地处滇南山区，属高原构造侵蚀、剥蚀，溶蚀中山区。地形起伏较大，区内谷坡陡峭、山高谷深，地质构造复杂，构造运动强烈，活动断裂及深大断裂发育；区域变质作用范围广，岩体破碎，风化作用强烈，岩土体自稳性差；区内降雨量丰富，因此地表水补给丰富，地下水发育。受区域地质构造影响，新构造运动强烈，活动断裂及深大断裂发育，项目区内断层、背斜、向斜、滑坡体众多；赋存岩溶、暗河；因此岩溶、暗河型以及断裂带的突水、突泥可能性大。    

二、突水的监测、警报与工程措施

1、突水

突水是隧道施工中公次于塌方的最常见的地质灾害之一。特别是在我国降雨量较大地区施工隧道更为常见。造成突水最为常见的不良地质是断面（断面裂隙水）、大型暗河（岩溶水）以及煤系采空和矿山积水等。

本标段地处降雨量较大的云南地区，造成突水最为常见的不良地质是断层（断层裂隙水）、溶洞和暗河（岩溶水）等。隧道突水的可能性大。

2、突水的主要地质类型

1）断面突水

断层突水是常见突水类型，但多数规模较水（多为大、中、小股涌水级，少数达到小型突水级）。造成断层突水的主要地质条件有：

①、断层上盘为脆性、厚度很大、裂隙发育的含水透水岩层，下盘为塑性、裂隙很不发育的隔水岩层； 

②、断层破碎带在地表与处于低洼地貌的地表水体沟通，或在地下与暗河、大型溶洞沟通。

2）溶洞和暗河型突水

溶洞和暗河（岩溶水）突水主要在岩溶发育区。溶洞、暗河赋存于石灰岩和白云岩等可溶性岩层，石灰岩、白云岩中的断层破碎带、较紧密背斜构造的核部和石灰岩、白云岩与泥岩、页岩、泥灰岩的接触面突水发生可能性大。这种突水造成的危害很大，是重点防范对象。

3、突水监测与警报

隧道突水的监测主要是查明地下水源体（溶洞、暗河和大型断层破碎带）的位置和地下水的性质、判断突水的可能性并及早发出警报。

1）查明地下水源体的位置

主要是通过对溶洞、暗河和断层破碎带的地表地质调查复查法、断层参数预测法和仪器探测法（如红外线探水）等。

2）查明地下水源体的性质

主要是依据各种突水水源体赋存的地质条件来判断。如溶洞、暗河赋存于石灰岩和白云岩等可溶性岩层中，断层水必须与断层共存；溶洞暗河赋存的具体构造是：石灰岩、白云岩中断层破碎带、较紧密背斜构造的核部和石灰岩、白云岩与泥岩、页岩、泥灰岩的接触面；断层水则与断层破碎带是否与其他水体沟通，是否在断层上下盘形成含水层与隔水层的有利组合有关。

3）发生突水的可能性的判断及警报

临近源断层水体前兆临：a、接近断层；b、临近断层时，下盘泥岩、页岩等隔水岩层明显湿化、软化，或出现淋水现象；c、其他水流痕迹的出现；

临近大型溶洞水体前兆：a、出现较多的铁锈染或夹泥的裂隙；b、小溶洞出现的频率增加；

临近暗河前兆：a、出现大量的铁锈染裂隙或小溶洞；b、大量出现的小溶含有河砂；c、钻孔中的涌水量剧增，且夹有泥砂或小砾石。

现场涌水量测量与预报：炮眼水喷射距离预报法。堵死掌子面其他炮眼，只留一个喷射距离最远的炮眼，量测水平喷射距离，　可以用喷射距离概略预测通水级别：喷射距离S＜5 m时，相当涌水量小于100m3/h，为涌水级别，在探放水后，可放心掘进；喷射S＝5～9 m时，相当涌水量为100～300m3/h，为小型突水级，在探放水后，可采取放小炮，试探着掘进；喷射S＝9～12 m时，相当涌水量为300～400m3/h，为中型突水级，应停止施工，待查明情况后，再试探着掘进；喷射S＞12 m时，为大型突水级，应立刻停止施工，从速待查明情况后，尽快采取应急处理措施。

4、防突水的主要工程措施：

1）隧道施工应结合设计地勘资料开展常规地质法进行超前地质预报，特别是加强水的预测、预报；根据掌子面开挖揭示的地质情况及部分加深炮眼的探测情况对掌子面前方的地质、水文条件进行预测，如有异常，则应采取综合物探手段进行预测或打超前探孔进行验证，特别是据设计地勘可能存在溶洞、暗河以及大型断层带附近，要求隧道施工前采取打超前探孔进行探水。要求采用TSP、红外线探水和地质雷达等综合物探法探测掌子面前方的地下赋水情况（水量、水压等），并用超前探孔辅以加深炮眼进行验证。做好断层水和溶洞、暗河水的超前预报，正确对其进行定位、定性，加强临近前兆、涌水量监测和警报工作；隧道开挖接近水源体时，施钻大孔径超前孔，探放地下水，切忌盲目放炮；岩溶发育区的断层破碎带承压水以排为主、排堵结合，当涌水量减小后，以打深孔进行围帷幕注浆进行超前固结，来防止地下水；岩溶发育区的暗河、大溶洞水，采取以排为主、排堵结合的方法防治突水，必要时开挖泄水洞；岩溶突水地段，采取超前小导管预注浆超前支护，短台阶开挖、工字钢拱架加强支护方案通过。

2）设计是依据超前探孔（Φ75探孔）出水量确定注浆堵水方案，在施工中应根据掌子面前方地质信息进行综合分析，当超前孔单孔出水量大于3m3/h，则应采取超前局部注浆，超前探孔有2/3孔满孔且总出水量大于15m3/h,则应采取超前帷幕注浆。

3）帷幕注浆

帷幕注浆主要用于大的断层透水带、岩溶地段等可能突水、突泥的地带。

①注浆设计参数：a、注浆孔扩散半径：2.0m；b、注浆孔的布置：超前帷幕注浆每一环为25 m，留3～8 m作为止浆岩盘，注浆孔孔底间距按2.5 m控制，周边帷幕注浆设3环，正面封堵钻孔4环，具体见后附图；c、注浆压力：正常注浆压力为静水压力+0.5MPa，注浆终压力为2.5倍静水压力，在施工时应根据注浆试验进行调整；d、注浆加固有效范围：开挖轮廓线外5 m；e、注浆材料：主要采用水泥浆，困难时辅以水泥、水玻璃双液浆，在溶洞区可采用先注纤维再注浆进行堵水。水泥采用425普通硅酸盐水泥，水灰比0.8:1～1:1；

②注浆流程图：

③注浆结束标准

单孔结束注浆：a、注浆压力逐步升至设计终压，并继续注浆10min以上；b、注浆结束时进浆量小于20L/min；c、检查孔涌水量小于0.2L/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、注浆后洞壁稳定；c、浆液注入有效范围大于设计值；d、预测岩体经注浆后可保证开挖后洞壁稳定；

④注浆工艺及要求

a、注浆前，在类似地质条件下的岩层中进行注浆试验，初步掌握浆充填率、注浆量、浆液配合比、凝胶时间、浆液扩散半径、注浆终压等指标；b、孔口位置应准确定位，与设计位置的允许偏差为+5cm，偏角应符合设计要求，每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置偏差应小于30cm；c、钻孔和注浆顺序应由外向内，同一圈孔间隔施工；d、岩层破碎易造成坍塌时应采用前进式注浆，否则采用后退式注浆；e、孔口设3m长的Φ注浆管，埋设牢固，并有良好的止浆设施；f、一个孔段的满意度浆应连续进行到结束，不宜中断，应尽量避免因机械、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断。对于因实施间歇注浆，制止串浆冒浆等等而有意中断，应先钻孔清理至原深度以后再行复注。

⑤注意事项

a、施工中应严格进行综合地质超前预报，并对地质资料仔细分析，加强突水、突泥现象征兆的监测。建立完善的施工管理制度，加强现场安全巡视，如有异常应尽快采取措施，撤离人员及机械；b、可溶岩地段每循环超前地质预报资料应向经理部报告，以更报设计及业主及时调整工程 措施；c、设计注浆数量、参数是根据地质资料、岩溶发育规律进行的预设计，注浆措施的实施应建立在充分的超前地质预报预测工作基础之上。施工现场应根据实际探测的隧道岩溶、断层的地质、地下水情况，对注浆堵水段落、注浆方式、注浆孔的布置、注浆孔数量、长度、孔口管数、注浆数量、材料等进行优化调整，以确保施工安全；d、钻进过程中遇涌水或岩层破碎造成卡钻，应立即停止钻进，进行注浆，扫孔后再行钻进；e、注浆过程中，若水压力突然升高，应停止钻进，检查后，再行注浆；f、注浆过程中，注意观察止浆盘的变形情况，准备好加固措施；g、当预测掌子面有突水、突泥征兆时应时通知该工区各个施工班组、各个施工场所。

4）超前小导管注浆

超前小导管注浆主要用于裂隙集中涌水地带、岩层松散或断层破碎富水带的堵水和预加固。

超前小导管多沿拱部布置或沿边墙涌水部位、破碎带布置，间距一般30～50cm，外插角一般取10°～15°,长度一般为3.5～5m,小导管之间的搭接长度不得小于１m；

小导管一般采用直径38～50mm的无缝钢管制作，在小导管的前端做成约10cm长的圆锥状，在尾端焊接直径6～8mm的钢筋箍。距后端100cm内不开孔，剩余部分按20～30cm梅花形布设直径6mm的溢浆孔；

钻孔应当顺直，直径应与注浆管径配套，孔深视小导管长度确定。在孔口端用沾胶的麻丝绕成不小于孔径的纺锤形柱塞，把小导管插入孔内，带好丝扣保护帽，用风钻或风镐打入设计深度，使麻丝柱塞与孔壁压紧；小导管外落长度一般为30cm，以便连接孔口阀门和管路；小导管安装后应对开挖工作面进行喷砼封闭，厚度10～15cm，封闭范围为开挖工作面及监近开挖工作3m范围的环向开挖面；

5）预注浆堵水还有周边半封闭预注浆、大管棚预注浆等，其上几种注浆方案基本同上，只是预注浆管的打的部位、封闭工作面等范围和方式不同而已；

6）岩溶区

①当隧道穿越岩溶区时，除应采取上途超前地质预报预测等方法进行探水外，还符合以下规定：a、施工前详细了解山顶地表水、出水点的情况，有条件时采取地表注浆（埋深小于20米时）进行处理；b、开挖宜采用台阶法，爆破应按“密布眼、少装药”的原则进行，遇有渗漏时应小心施爆；c、当隧道一侧遇有溶洞时，应先开挖该侧，待支护完后再开挖另一侧。d、仰拱必须超前施作，尽早形成闭合结构，同时要求二衬紧跟。

②岩溶地段的溶洞空腔、暗河的处理应首先选择疏导、连通方案，不应改变地下水总的流动趋势。处理方案按设计，大概有如下方案：如果隧道底或边墙存在小体积的溶管，且规模较小，则可在边墙及隧底设置盲沟、暗管、涵洞、倒虹吸、钢管疏导或小桥通过；如果隧顶存在溶管，且有水通过，则应在顶部设置暗管跨越或将水引入隧底跨越；溶洞空腔仅在隧底，且较大较深或填充物松散不能承载结构物时，则采用梁、桥等方式通过；当岩溶水很大或涌水量大、涌水点、多、分散、排泄通道不明显的岩溶地段，则应采用了辅助导坑进行汇排。

7）钻孔、注浆的注意事项

①钻孔顺序一般先内圈后外圈，先无水孔后有水孔；钻机安装平整稳固，其中心线与设计注浆孔中心线相吻合，钻孔过程中要经常检查校正钻杆方向，注浆孔的孔底偏差应不大于1/40孔深，检查孔的孔底偏差应小于1/80孔深；钻孔2m后应安装孔口管或注浆管，测量水压力及涌水量，并填写记录表格，主要内容有按孔号、进尽、起始时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力等；在涌水量大、压力高的地段钻孔时，应先设置带闸阀的孔口管，当出现大量涌水时拔出钻具，关闭孔口管上的闸阀，再进行注浆；当开挖工作面围岩破碎，应先设置止浆墙和孔口管，孔口管埋入止浆墙深度随最大注浆压力而定，也口管宜为直径不小于90mm无缝钢管；

②注浆材料及浆液配比应根据工程地质、水文地质条件、注浆目的以及成本、设备等因素选择和调整，浆液应具有良好的流动性、可灌性，固结体应具有较高的强度和抗渗堵水性；注浆材料应当无毒、无污染、对人体无害，一般采用水泥基浆材，不宜采用化学浆材，在断层破碎带富水和动水条件下宜采用水泥—水玻璃双液浆；

③注浆注意事项

水泥浆液应采用拌种桶配制，配制水泥浆或稀释水玻璃浆液时，应防止杂物混入，拌制好的浆液必须过滤后使用；注浆应采用专用注浆泵注浆，为加速注浆，可安装分浆器同时注浆；配制好的浆液应在规定的时间内注完，随配随用；注浆顺序应为由上至下，浆液先稀后浓、注浆量先大后小、压力由小到大；当发生串浆时，应采用分浆器多孔注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆。当压力突然升高应停机查明原因； 

注浆压力应符合设计要求，当压力达到设计注浆终压并稳定10～15min，检查孔单孔出水量小于0.2m3/min，隧道预测涌水量小于1m3/(d.m)，可终止注浆；

采用单液水泥浆时开挖时间为注浆后8h，采用水泥—水玻璃浆液时为4h。开挖过程中应检查浆液渗透及固结状态，并根据压力—流量曲线分析判断注浆效果，及时调整预注浆方案。

④异常情况处理

钻孔过程中遇见突水、突泥情况，立即停钻，进行注浆处理；在开挖工作面有小裂隙漏浆，先用水泥浸泡过的麻丝填塞裂隙，并调整浆液配比，缩短凝胶时间，若仍跑浆，用风钻钻浅孔注浆固结；当水泥浆进浆量很大、压力长时间不升高时，则应调整浆液浓度及配比，缩短凝胶时间，采用小流量低压力注浆或间歇式注浆，但停留时间不能超过浆液凝胶时间； 

三、突泥的监测、警报与工程措施

造成突泥的主要不良地质为位于多雨岩溶发育地区的溶洞和淤泥带。岩溶发育地区形的溶洞既积水，也可以泥水混杂，后者最为常见，是溶洞突泥的主要形成机制；淤泥带大部位于我国南方岩溶发育地区，而且多数赋存断层中，只有少数淤泥带赋存在陡倾的具有层间滑移特征的石灰岩或白云岩的具有层间滑动的岩层界面中。淤泥带的规模在剖面上向下逐渐变小，到一定深度消失，所以隧道距地表越近时越易遇到，埋深较大的隧道较难遇到。

突泥的监测与预报基本与突水相似。

工程措施：做好超前地质预报的定位、定性工作和突泥前兆的监测和警报工作；隧道开挖临近突泥带时，施钻大口径超前孔探放；如果淤泥流动性小，来势不猛，则以堵为主，如来势很猛，同溶洞、暗河水防治一样，以排为主、排堵结合。工程措施基本同防突水的工程措施。

四、本标段需重点注意的隧道及防治措施

1、2012年可能存在突水、突泥的隧道及里程段

1）平寨隧道

平寨隧道全长8052米。洞身围岩主要为板岩、千枚岩夹砂岩、灰岩等可溶岩地层，且隧道穿越地层构造发育，区域性断层多见。洞身穿越多条断层、向斜以及岩溶区。此隧道为一级风险隧道。

①洞身在DK77+212左右穿越龙骨塘-吉米-南汗大断层，与线路交角为60°，该断层横贯测区，属挤压性多期复活断层，产状为N40°W，破碎带宽约100～120m,局部挤压破碎剧烈，甚至岩层有倒转，形成透镜状破碎带。断层附近岩层产状紊乱，牵引褶曲。小里程侧岩盘（北盘）为震旦系屏边群板岩夹砂岩，大里程侧岩盘（南盘）为玄武或中三叠统法朗组灰岩、灰岩夹板岩。

此断层对隧道影响极大。因断层两盘为不同岩性挤压破碎带，靠大里程侧（南盘）为灰岩、灰岩夹板岩，具有很好的富水性和通水性，而小里程侧岩盘（北盘）为透水性差的板岩，因此该断层富水且靠岩溶侧补给丰富，存在突水、突泥的可能性极大；

②平寨断层，该断层在DK77+414与隧道相交，为一推测次生断层，小里程侧岩盘（北盘）为三叠系玄武岩组玄武岩，大里程侧岩盘（南盘）为三叠统法朗组灰岩夹板岩，因断层两盘为不同岩性挤压破碎带，富水且靠岩溶侧补给丰富，具有很好的富水性和通水性，存在突水、突泥的可能性极大。该断层对隧道施工影响大；

③岩溶地段，该隧道从龙骨塘-吉米-南汗大断层南盘侧至隧道出口段岩层主要为灰岩夹板岩、灰岩夹页岩、灰岩等，特别是DK77+414～DK78+680段为赋水的灰岩，且区内断层发育，因此此段基岩裂隙水、断层裂隙水、岩溶管道（暗河）水极发育，同时设计推测在DK77+560处有一暗河横贯隧道处穿过，因此在此段施工过程中应加强探水，严防突水、突泥。

隧道赋存岩溶、暗河，因此岩溶、暗河型以及断裂带的突水、突泥可能性大。

措施：在撇枝断层前后各50米范围内，在撇枝向斜与线路交界处前后各100米范围内，在苏洒马—南汗断层前后各150米范围内，应进行综合地质超前预测、预报，并根据地质超前预报的分析结果确定是否设置Φ75超前钻孔进行验证，超前钻孔每个断面设3个孔。根据超前地质预报及超前探孔的情况确定以上地段是否采取超前局部注浆；

设计要求在龙骨塘-吉米-南汗大断层300米范围内、平寨断层190米范围内，应进行综合地质超前预测、预报，并设置Φ75超前钻孔进行验证，每个断面设3个孔。为确保施工安全，防止发生大模型涌突水，要求在以上两段内采取超前帷幕注浆的工程措施；

2）旱塘坡隧道

隧道地处“康滇缅歹字型”构造体系与“昆明山字型”构造衔接地带，是两大构造体系相互交接的地质构造复杂的地区。隧道穿越区主要围岩为片麻岩夹大理岩、混合岩、片岩，岩体受构造影响较严重，节理发育、岩体破碎，岩层差异风化大，风化带厚度变化较大，局部岩体破碎、基岩裂隙水丰富，根据设计地勘资料显示：隧道在DK100+350～DK101+600段下穿丁坪村滑坡，洞身位于富水带或富水带边缘，特别是隧道DK100+840前后（局部地区）穿越下伏地层中夹大理层，钻孔揭示大理岩夹层岩溶发育，揭示有暗河，岩体破碎，裂隙发育，富水性强； 隧道在DK103+800～DK104+435段埋深较浅，岩石风化强烈，破碎，富水性强。本隧道赋存岩溶、暗河，因此岩溶、暗河型以及断裂带的突水、突泥可能性大；

本隧道在施工以上两处应加强地质超前预测预报，并根据综合地质预测预报结果分析确定是否采取超前钻孔进行验证。根据物探和超前钻孔的情况确定相应的工程措施，如设计有泄水洞，应提前将泄水洞施工致暗河，以达到排、泄地下水目的，对于预测可能有一般性涌水、突水、突泥的地段则可采取注浆堵水抗渗等措施。

3）太阳寨隧道

太阳寨隧道在DK110+950~DK111+030、DK111+600~DK111+700段受断层影响，岩体破碎，围岩稳定性差。而工程所处地区雨量丰富，地表补给充足，可能与水体连通后富水而造成的突水，又因受构造运动强烈，可能发生突泥。

措施：根据超前地质预报及超前探孔的情况确定以上地段是否采取超前局部注浆；采取超前帷幕注浆的工程措施。

中铁五局蒙河铁路指挥部

二0一二年二月十日