论文导读：关角隧道位于青海省天峻县境内，是青海湖盆地与柴达木盆地的分水岭,属青藏铁路西格段。斜井涌水的来源主要为三叠系灰岩含水层中蕴藏的岩溶裂隙水和基岩裂隙水，其次为克德拢沟地表水的侧向径流补给。
关键词：隧道，涌水，处治
1、工程概况
关角隧道位于青海省天峻县境内，是青海湖盆地与柴达木盆地的分水岭,属青藏铁路西格段。增建二线线路跨布哈河、鲁茫曲于青海南山山前新设天峻站后，以32．645km的隧道穿越青海南山，为两座平行的单线隧道，进口高程为3380.75m，出口高程为3324.05m，沿肯德隆沟接入察汗诺。线间距40m，均位于直线段上，隧道设计为“人”字坡，进口段为8‰的上坡，出口段为9.5‰的下坡。
4号斜井与正洞I线交于DK291+110，长1571m。洞口端上覆第四系全新统坡洪积粗角砾，洞身通过地段地层为三叠系中下统灰岩，受地质构造影响，岩体较破碎，局部有岩溶发育，Ⅲ－Ⅳ级围岩。
隧道地层岩性极其复杂，沉积岩、岩浆岩、变质岩三大岩类均有出露，出露的地层主要有第四系地层，三叠系、二叠系灰岩及砂岩，石炭系变质砂岩、片岩及大理岩，志留系砂岩夹板岩、下元古界混合岩、混合片麻岩，并伴有华力西期侵入岩。
区内地下水发育，特别是三叠系及二叠系砂岩、灰岩和石炭系变质砂岩，岩体节理、裂隙发育，并且灰岩中有古岩溶发育，富水性好。免费论文参考网。
2、4号斜井涌水简介
斜井涌水的来源主要为三叠系灰岩含水层中蕴藏的岩溶裂隙水和基岩裂隙水，其次为克德拢沟地表水的侧向径流补给。
造成4号斜井涌水增大的主要原因为2008年持续的强降雨导致地表水侧向径流补给量增大。最大涌水量为52211.7m3/d。
4号斜井涌水点主要分布在拱部及边墙，表现形式为股状涌水，涌水点较为集中，涌水量较大；淋雨状涌水沿裂隙出露，出水点散。
X9＋25，掌子面出现多股水喷出，其中一股喷射长度达13m（如图1左侧）。X13＋10～X12＋56，长度为54米，沿起拱线附近的纵向溶蚀裂缝有多达十余处喷涌水，其中段落性集中出水3段，集中出水小股2处、大股3处（如图1右侧）。
 
图1 4号斜井掌子面及边墙涌水
3、涌水段处理
3.1排水
3.1.1围岩局部散状水自由排放
对于围岩局部裂隙水,涌水量很小时,不影响正常施工和结构安全，为改善洞内环境，拱部挂设防水板，改变“淋雨”状况，通过边墙散流汇集到两侧水沟和集水井。免费论文参考网。
3.1.2洞内积水排放
根据以往工程的实践，采取注浆堵水后能够减少一定的涌水量，同时考虑施工中突然涌水后不发生淹井事故，斜井内增设双侧水沟和集水井，采取集中抽排，抽水设备按斜井及正洞最大涌水量之和的70％考虑配置，泵站的设置及水泵的配置如表1所示。
4号斜井的泵站水泵配置表 表1
| 泵站 |
移动泵 |
1号泵站 |
2号泵站 |
3号泵站 |
4号泵站 |
5号泵站 |
| 分段长度(m) |
2816 |
305 |
305 |
305 |
305 |
351 |
| 分段水量Ｑ大(m3/d) |
15572 |
7096 |
7096 |
7096 |
7096 |
8166 |
| 泵站水量Ｑ泵(m3/d) |
15572 |
22668 |
29764 |
36859 |
43955 |
52121 |
| 泵站数据计算 |
泵站正常所需总抽水能力Ｑ1=Ｑ泵/20+30(m3/h) |
1393 |
2013 |
2634 |
3255 |
3876 |
4591 |
| 泵站抽水几何高度(m) |
23 |
46 |
35 |
35 |
35 |
40 |
| 泵站抽水扬程粗值Ｈ=(L1+L2)sinα(1+K) |
22 |
47 |
47 |
47 |
47 |
54 |
| 上式中的Ｋ值取值 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
| |
水泵的轴功率 |
1 |
4 |
5 |
6 |
8 |
10 |
| 泵站选配设备 |
水泵 |
型 号 |
300QJ230-42/2 |
300S90B |
300S90A12Sh-6A |
350S75A |
350S75A |
350S75A |
| 计算台数 |
7 |
3 |
3 |
3 |
4 |
5 |
| 检修/备用 |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
| Q |
230 |
720 |
918 |
1170 |
1170 |
1170 |
| H |
42 |
67 |
70 |
65 |
65 |
65 |
| 电机 |
功率(KW) |
7*45 |
3*220 |
3*280 |
3*280 |
4*280 |
5*280 |
| 水管 |
排水管 |
9*180 |
5*300 |
5*300 |
5*350 |
6*350 |
7*350 |
| 吸水管 |
|
5*200 |
5*200 |
5*250 |
6*250 |
7*250 |
| 10min汇水量(包括施工用水)(m3/h) |
|
157 |
207 |
256 |
305 |
362 |
| 水仓的长度L(m） |
|
23 |
30 |
38 |
45 |
53 |
| 运行时间（月） |
47 |
19 |
22 |
24 |
26 |
28 |
3.2封堵
为减小施工期间的排水压力，保证隧道运营期间斜井内汇水可通过正洞安全排出，根据不同的涌水形式，采取不同的封堵方式。
3.2.1径向注浆
针对涌水主要为散状、雨状水的形式，采用以径向注浆为主的方案。为了避免因注浆可能导致新的出水点（段）出现，注浆范围的设计在现场调查涌水段的基础上适当扩大，因出水段围岩节理裂隙较为发育，为确保注浆后的堵水效果，采用全断面径向注浆。注浆施工按照自两侧向中部、自下而上的的次序进行。在涌水较大、比较集中的段落注浆加固范围为斜井周边5m，在可能出现涌水隐患的两侧段落注浆加固范围为斜井周边3.5m，注浆采取先双液后单液浆反复压注的方式进行堵水。注浆参数见表2，径向注浆布置示意图见图2、图3。
注浆参数表 表2
| 浆液种类 注浆参数 |
双液浆（水泥水玻璃） |
单液浆（水泥） |
| 注浆压力（MPa） |
3 |
3 |
| 扩散半径（m） |
2 |
2 |
| 水泥标号 |
525号普通硅酸盐水泥 |
525号普通硅酸盐水泥 |
| 水泥浆液水灰比（重量比） |
|
0.6:1 |
| 水玻璃浓度 |
35Be’ |
|
| 水泥浆与水玻璃浆液体积比 |
1:1~1:0.6 |
|
| 速凝剂掺量 |
|
3% |
| 缓凝剂（Na2HPO4） |
2% |
|
| 钻孔直径（mm） |
42 |
42 |
| 孔口管直径（mm） |
50 |
50 |
| 钻孔深度（m） |
3.5~5 |
3.5~5 |
| 孔底间距（m） |
2 |
2 |
| 备注 |
具体浆液配合比和注浆压力由现场试验确定 |
具体浆液配合比和注浆压力由现场试验确定 |
图2 径向注浆横断面布置示意图
图3 径向注浆加固范围平面示意图
3.2.2顶水注浆
针对集中涌水的情况，采用径向注浆和局部顶水注浆方案。径向注浆参数同上，在先进行完全断面径向注浆的基础上，再对集中出水点进行顶水注浆，注浆孔深10m,采取分段前进式注浆方法，每段前进长度2m。对于每处集中出水点注浆按先周边后中间的顺序进行，注浆材料、参数及设备要求同径向注浆，注浆布置示意图见图4。
图4 集中出水点顶水注浆示意图
3.2.3帷幕注浆
根据超前预报资料，对掌子面涌水量较大，为防止出现与已开挖段相同的涌水状况，降低施工难度，采取周边帷幕注浆。注浆加固范围为斜井周边不小于3m，注浆采取水泥单液浆，采用分段前进式注浆，反复压注的方式进行堵水。帷幕注浆布置示意图见图5、图6。
图5 帷幕注浆注浆孔布置示意图
图6 帷幕注浆纵断面示意图
3.3.4注浆材料
对于一般涌水量较小得地段先采用水泥～水玻璃双液浆进行堵水，为了保证注浆的长久效果，采用单液浆进行反复压住。在涌水量较大的集中出水点，在水泥～水玻璃双液浆无法实现堵水的情况下，可以采用其它凝固较快的材料，实现初步堵水，然后采用水泥浆进行压注。
3.3.5注浆方式
注浆应采用由易而难，由周边向集中出水点逐步压缩的方式进行注浆。
3.3加固
重点对溶洞周边的围岩进行加固,具体措施如下在涌突出口的两侧对原有的初期支护C20喷射混凝土和型钢拱架进行加强,紧贴原初期支护,再增加一层型钢拱架,型钢拱架采用20b工字钢制作,纵向间距50cm。作为溶洞锁口段的加强措施,加强的型钢拱架紧贴原初期支护型钢拱架,并浇注于C25模注混凝土中,在型钢拱架的外缘铺设@20×20、ф8的钢筋网,喷10cm的C20喷射混凝土,覆盖钢筋网,并补作@20×20的锚杆。其施作顺序是由两侧向涌出口施作,适当缩小涌出口径。
3.4地表导流
根据连通实验表明，克德陇沟地表水与3、4号斜井具有重要的水力联系，沟内地表水经下渗向斜井内补给，是斜井洞内涌水的重要补给来源。因此，对克德陇沟及上游支沟采取截水与导流也是减少涌水的重要手段。在3、4号斜井口之间设置排洪渠，主要目的是防止3、4号斜井抽出的水向井内回流，具体布置见图7。
由于克德陇沟流域面积大，河床水或地下水补给面积大，河床地层也存在潜流，设置导流工程后，地下潜流的水仍然可以向斜井进行补给，因此，未必能够达到明显减少洞内涌水的效果，而工程投资却很高（估算为约800万）故采用如图所示方案。
图7 排洪渠方案设计
4、处理过程中的监控量测
4.1 现场观测
在加固、封堵施工过程中。指派专人全天监测涌水量、水质、掉渣等的变化,以便出现新的险情时及时采取有效措施,防止事故产生。从施工开始到施工结束,由于在现场严密观测,当发现有异常情况时,立即撤离工作人员,从而确保了施工安全。免费论文参考网。
4.2 监控量测及超前地质预报
在涌水段处理过程中,加强了洞内的监控量测,尤其是加固段隧道围岩变形与受力情况,及时掌握封堵以后围岩的稳定状态,特别对拱顶下沉和水平收敛进行了量测。从所量测的有关数据来看,在加固、封堵及初期支护完成后的第一天拱顶下沉和水平收敛变形最大,达1.6cm,但在第25天后围岩变形速率接近为零,随后的十天内围岩变形逐渐趋于稳定,当日变形速率在0.01mmPd上下波动,说明在量测的25天内,围岩受施工扰动较小,累计拱顶下沉6.70cm,累计水平收敛为7.72cm。由此可见,加固、封堵工作是成功的。
5、结论
关角隧道3、4号斜井发生特大涌水地质灾害后,业主、设计、施工、监理、监控等单位的技术人员及有关专家研究制定出的“加固、封堵、排水”治理措施与施工方法,顺利地处理了涌水地段。通过监控量测数据的分析,认为该段隧道围岩是稳定的,从而确保了施工安全和工程的顺利完成。
参考文献
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[3]张联峰.宜万铁路野三关隧道帷幕注浆施工技术[J].西部探矿工程,2006,1:143-146.
[4]朱明杰.仙人溪隧道岩溶水害原因分析及整治措施[J].资源环境与工程，2007，4：428-430.
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