高原富水灰岩隧道突涌水机理分析及施工技术研究

• 作 者: 刘帅
• 出 处: 石家庄铁道大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 富水灰岩 突涌水机理 施工技术 模型 注浆 设计参数

以新建关角隧道3#、4#斜井富水灰岩段突涌水段为工程背景,针对高原隧道穿越富水性灰岩地层高水压、大流量突涌水、与地表水体存在水力联系和可预测性差的特点,深入分析了关角隧道岭脊灰岩段突涌水机理,探索出富水段综合施工技术。调查关角隧道所处地区水文地质特征,对地层岩性和地质构造进行深入研究。依据地下水在含水介质中的存在及循环形式,建立了五种水文地质概念模型。即垂直性突涌水模型、水平性突涌水模型、深部循环带突涌水模型,季节性突涌水模型和强径流带突涌水模型。根据洞身所处的水文地质模型及突涌水发生的位置,将突涌水模式分为掌子面突涌水模式和洞身突涌水模式。裂隙-溶隙和构造带的涌水是掌子面突涌水的两种突涌水形式;洞身突涌水模式是已开挖完洞身受季节变动出现的涌水现象。经过不断的施工实践和经验总结,探索出适合高原富水灰岩隧道的综合施工技术:(1)综合超前地质预报方案;(2)构造带型掌子面突涌水模式注浆技术;(3)季节变动带洞身突涌水模式注浆技术;(4)裂隙-溶隙型掌子面突涌水模式注浆技术;(5)地表水的引排措施。(6)长大斜井反坡抽排水技术等综合处治措施。通过数值计算和经验总结,确定构造带型突涌水模式以堵为主,实施超前帷幕注浆,预留的安全岩盘厚度选取3-10 m。季节性洞身突涌水模式,为施工降低难度,采取后注浆形式,枯水期施工。为保证注浆效果,选取最佳注浆参数,围岩渗透系数与注浆圈渗透系数比值不超过4,注浆圈厚度不超过6 m。通过现场监测,发现衬砌水压变化特征,施工中应该重视墙脚处的突涌水,加强堵水和排水措施。同时,对局部高水压力作用下衬砌受力特征进行分析,为提高衬砌结构的安全系数,采用增大衬砌厚度、提高混凝土等级和增加钢筋量措施,并优化衬砌的设计参数。根据高原富水灰岩地区特有的水文地质条件及隧道内涌水机理,建立了关角隧道的突涌水模型。针对不同的突涌水模式,提出相应的治水措施和衬砌结构安全措施,形成了一套适合我国青藏高原岩溶地区特长隧道的突涌水综合施工技术。必将会对今后在高海拔地区修建的特长铁路隧道提供很好的借鉴作用。