富水岩溶地区隧道涌水预测与施工处置技术研究.docxVIP

1?工程概况

1.1?工程地质条件

德江隧道位于贵州省德江至习水高速公路德江至务川段第DWTJ–2标段。隧道为分离式特长隧道，主要穿越泥岩、灰岩地层，隧道主洞洞身围岩为可溶岩的总长度为1?950?m，约占隧道总长的35?%。

隧道左幅起讫桩号为ZK6+760~ZK12+265，长5?505?m，最大埋深约534?m。隧道右幅起讫桩号为YK6+755~YK12+180，长5?425?m，最大埋深约537?m。

隧址区依次近似以正交横穿文新断层、长丰背斜及石朝向斜。尤其隧道左幅ZK9+896~ZK9+968段地下水丰富，高压富水段较多，洞身存在多处高压突水出口，岩溶发育强烈，易引起突水突泥和大规模坍塌事故，施工难度大，隧道左幅纵断面如图1所示。

图1?隧道左幅纵断面示意

1.2?水文地质条件

隧道场区属长江流域之乌江水系，年降水量为1?100~1?400?mm，地属亚热带湿润季风气候区，向斜对地下水汇聚作用明显，场区水文地质条件复杂，地表径流丰富。隧址区内地下水主要靠大气降水垂直补给。大气降水向下补给第四系松散土层，并向下伏基岩节理、风化裂隙、溶蚀裂隙、地下岩溶管道运移，最后以散流、泉点、地下河等形式排泄。

场区地势较高、起伏较大，地下水补给范围大，补给源较多，加上在构造破碎带与基岩节理裂隙发育的影响，容易形成透水区，因此隧道开挖过程中易诱发突水、突泥等二次灾害。

1.3?支护设计

隧道采用复合式衬砌，初期支护采用42×4mm，长4.0?m注浆钢花管，间距50?cm×120?cm（纵×环）呈梅花形布置。布设6.5?mm钢筋网20?cm×20?cm（双层），采用I20b型钢拱架，间距为50?cm，最后喷射28?cm厚C20混凝土。

预留15?cm变形量后，二次衬砌部分先铺设350?g/m2无纺土工织物及防水板，再布设双层HRB400钢筋网，最后浇筑55?cm厚C30钢筋混凝土，隧道衬砌断面如图2所示。

图2?隧道衬砌断面示意

2?溶洞、突水发育

2.1?溶洞情况

隧道ZK9+924~ZK9+968段存在大量裂隙及小型溶洞，施工现场采用TSP203和地质雷达等隧道超前地质预报手段对掌子面前方30~200?m的开挖面变化、前方灾害体的分布及性质等地质情况作进一步的预报。资料显示该段地质裂隙较为发育，存在多个大小不一的溶洞、落水洞。其中ZK9+941处拱肩外侧存在深约10?m的大型溶腔，如图3所示。此处正上方200?m处存在闹水岩暗河，与溶洞连通，暗河现场实测流量为17120.6?m3/h，地下水发育强烈。暗河水流量大，此处附近存在多处出水口，处治难度较大。

图3?溶腔探测示意

2.2?隧道突水情况

出口端施工至ZK10+968、YK10+907时，2019年6月23日在YK9+932~935段发生大规模突水，初始突水量约2?500?m3/h，并呈持续增大，最终造成水淹长度为319?m。至6月28日凌晨3点40分，突水淹没整个德江隧道出口端左、右洞，自隧道右洞洞口涌出并携带大量泥沙。

德江隧道突水水量大、水压高，突水量峰值达到14?920?m3/h，约3.8?m3/s，现场测得最大静水压力为2.0?MPa，随后一段时间内突水量仍持续增长，几天内闹水岩地下暗河内多处出现泥沙淤积，在动水作用下，隧道内直径约为200?mm的钢管被突水压力折断。

在隧道发生突水灾害后，第一时间对隧道掌子面进行摸排处理，确定隧道主要存在6处突水口，最近突水点距离掌子面仅有24?m。突水量受汛期降雨影响较大，施工期间屡发突水突泥事故，因隧道突水导致项目进程停工半年，严重影响工期。

2.3?突水量预测

经对隧址区水文地质条件的专题调查及结合区域水文地质资料的综合分析，发现大气降水、地表水的直接入渗是隧址区突水的主要补给来源，故采用大气降水入渗法、地下水径流模数法来预测突水量对ZK6+770~ZK9+680、ZK10+560~ZK12+270进行预测。

对ZK9+680~ZK10+560进行简易抽水试验，日抽水量为408?m3，水位无明显下降，该孔内水位为971.47?m应为稳定地下水位，故采用地下水动力学法对该段880?m段隧道突水量进行计算。

经过现场压水试验与钻孔试验，结合经验数据，确定各地层现场入渗系数，并对隧道左幅两个区段岩溶水量进行预测，隧道各地层入渗系数计算结果见表1，隧道左幅全段突水量预测结果见表2。

表1?各地层入渗系数

表2?突水量预测

采用以上3种方法对隧道突水进行预测，最终结果表明，大气降雨入渗方法更符合现场实际突水情况且其计算突水量结果最大。故以106?445?m3/d设计突水值来考虑隧道最大排水措施。

2.4?隧道突水机理分析

隧道突水突泥并非由单一因素引起的，可概括为地质因素和施工因素两类。结合现场地勘资料与施工情况，对隧道突水致灾原因做