Question

注浆堵水

Answer 1

修建海底隧道，技术上的最难点就是以海水为源头的无限的涌水存在。特别是在断层破碎带等软弱地层发生高压涌水，将会引起围岩坍塌，异常出水，甚至有可能使工程瘫痪不能恢复。但海底隧道涌水的起源是无法控制的，因此，为了安全掘进，事先进行注浆以阻止高压涌水以及改良加固软弱破碎带是必不可缺的。青函隧道注浆的基本思路如图10-1 ，设定随着隧道开挖，将要产生一定的松动范围，在松弛区外侧一定范围内进行注浆并形成一个止水地带，用该止水带与水压抗衡，这样强大的水压就不能直接作用于衬砌或支护上。但是怎样定量把握由开挖形成的松动区以及确定止水带的必要范围，还是一个有待解决的难题，因为围岩特性是千变万化的，并且施工方法、支护方法也是多样的。目前这些范围的确定都是建立在经验的基础上。当围岩松动的范围远远大于预想的范围时，将导致止水带机能劣化。因此，在开挖施工过程中就应该尽力控制围岩的松动，使围岩尽早稳定下来，这是极其重要的。

图10-1 注浆区概念图

注浆止水或地质改良的是否成功，与隧道安全掘进有着密不可分的关系，因此，追求良好的注浆效果，改良开发与注浆方式相适应的器具，以及如何提高施工效率成为人们研究的课题，经过无数次的成功与失败，现在终于确定了正确的可以统一评价的设计、施工方法。其标准的注浆设计、施工方法如图10-2所示，从隧道横洞中设置的钻探基地打水平探孔，以探测前方地质及涌水情况并进行分析，然后决定需不需要进行注浆。若需要注浆，还要打多口探孔以确定覆盖环的位置及其他详细资料，然后进行注浆设计。沿隧道纵向注浆的分步方法，标准的为两步，第一步30～45 m，第二步60～80m。另外，从洞壁开始的注浆范围，也就是覆盖环，普通区段应该是隧道半径的2～3倍，但在断层破碎带应根据情况加大覆盖环。

图10-2 青函隧道注浆设计图

青函隧道为海底隧道，因此出现高压涌水是在所难免的。为了隧道的正常掘进，除了采取合适的注浆方法加以止水外，别无他法。可想而知，如果注浆不当，将招致大量涌水，引起坑道坍塌。因此，要求在把握前方地质状况的基础上进行切实有效的注浆。为此，青函隧道作为预测前方掌子面状况的方法之一，选择了在掌子面两侧开挖超前导坑，并进行超前钻探，由此掌握前方的地质涌水情况，在此基础上制定出开挖、注浆计划，然后进行掌子面注浆，当确认注浆止水情况良好时，再进行开挖的最安全、最务实的工法。但遗憾的是即使采用了这种万全之策，还是发生了斜井1次，作业洞3次，共计4次的异常涌水。幸运的是，超前导坑安然无恙，但如稍有差错也肯定会发生类似的情况。1969年2月，龙飞调查斜井1223 m处发生的涌水，以及突破800m、900m处的破碎带的经验让人们知道了涌水的可怕程度，也教给了人们注浆的重要性。

出水处的地质，4次中有3次都是断层破碎带，另外1次是发生在火山岩岩脉的龟裂带。并且4次中的3次都是在做了认真严谨的注浆后才掘进的，但还是发生了涌水，由此可以看出出水与以下两项技术关系密切：

（1）前方预测技术（作为注浆、掘进的情报，收集数据并加以分析）。

（2）止水注浆技术（选择与地质、涌水情况相匹配的模型方法，并对该模式的止水效果加以确认）。

关于（1）包括断层部分，即使已经掌握了前方的状况，因为受钻探根数、工期等的限制，也必须对可能出现问题时注浆和掘进的最低必须资料（地质构造、涌水状况等）进行收集，并对数据进行分析，同时灵活运用，这是很重要的。

关于（2）主要是强调注浆技术，要根据（1）获得的情报，制定出掘进计划，并勘查以前的注浆状况，止水效果等，从而对本次注浆结构、模式进行有效地设计。而后通过实验性施工确认其效果，最后再将试挖孔扩大，确认其止水状况，根据孔深处的情况，最终确定掌子面的位置。

为了对海底复杂的地质结构及涌水状况采用切实有效的对应措施，在仔细研究超前钻探、注浆、掘进时的情况以及推断前方状况的同时，还要经常对已推断的状况进行确认反馈，从而提高推测水平，这是非常重要的。

海底部分的地层为新近纪以后的地层。本州一侧为火山岩，北海道一侧为训缝层，中间部分为年轻的黑松、无破碎带断层，毫不夸张地说有无数条断层存在。

（1）粘土化、涌水带并伴有膨胀压的断层：F₁₀

承载有水压的土压，粘土上面存在大量水。

（2）有岩脉贯入的断层：F₁₄，F₁₅

安山岩，火山碎屑类岩（在地质性弱线部有玄武岩、流纹岩等喷出岩贯入）的基岩部分，不仅破碎变质而且喷出岩也龟裂产生裂缝。喷出岩将较厚的弱线部分充分填实时情况要好得多。

（3）软岩伴有涌水的地层：F₁₀

地层较为不透水，破碎部分与涌水源不能直接相连，涌水就少得多。岩石强度小，能承受水压引起的蠕变土压。

（4）规模小但龟裂发达，并呈擦痕面状分布：F₅₀

断层粘土非常厚，几乎不含有别的岩类。规模很小但涌水量很大。

在这里若将以前发生涌水的断层进行分类，本州一侧斜坑1223 m处，作业洞3690m处为B型；北海道一侧，作业洞3509为A型；4588 m处为D型。