青島膠州灣海底隧道突涌水風險控制措施

青島膠州灣海底隧道突涌水風險控制措施摘要青島膠州灣海底隧道是繼廈門翔安海底隧道之后的第二條在建的海底隧道。海底隧道一旦發(fā)生大的突涌水，可能帶來災難性的后果。因此，需要通過一系列的措施，把發(fā)生突涌水的可能性降到最低。做好超前地質(zhì)預報、加強探孔、加強監(jiān)控量測、優(yōu)化施工方法都是預防突涌水的有效措施。一旦發(fā)生突涌水，要有序快速的展開救援并采取措施進行掌子面的相關處理。關鍵詞海底隧道；突涌水；風險0引言從20世紀開始，日本、挪威、丹麥等國家修建了許多跨越海峽的海底隧道。海底斷層、風化槽、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造可能與海水聯(lián)通，隧道一旦開挖使其形成通道，海水就成為突水的水源，容易引發(fā)突涌水事故。假若海底隧道發(fā)生突水施工，其施救環(huán)境和施救難度大，一旦發(fā)生，可能就是災難性的后果。在海底隧道的施工工程中，對突水風險的預測以及防治顯得尤為重要。預防突水，規(guī)避風險，安全施工，使得隧道早日貫通，早日服務于青島人民。1工程概況青島膠州灣海底隧道工程是連接青島主城與輔城的重要通道，是中國大陸在建的第二條海底隧道。隧道全長7800m，青島接線隧道長1630m，膠州灣隧道長6170m，其中海域段長3950m。膠州灣海底隧道所處膠州灣灣口最大水深42m，據(jù)地質(zhì)報告提供，海底大部分無覆蓋層，地形起伏較大，隧址無大斷裂構(gòu)造，以壓扭性為主，其寬度在數(shù)米到數(shù)十米不等，部分斷裂具有張性，斷層兩側(cè)有數(shù)米寬的影響帶。膠州灣海底隧道采用鉆爆法進行施工。2膠州灣海底隧道突涌水分析隧道突涌水是由于隧道的掘進破壞了含水層結(jié)構(gòu)，使水動力條件和圍巖力學平衡狀態(tài)發(fā)生急劇改變，以致地下水體所儲存的能量以流體（有時有固體物質(zhì)伴隨）高速運移形式瞬間釋放而產(chǎn)生的一種動力破壞現(xiàn)象。對于穿越風化深槽和破碎帶等不良地質(zhì)地段的海底隧道而言，其上是高水壓和無限的海水。隧道在海域穿越軟弱破碎帶、斷層/斷裂帶地段、富水層等不良地質(zhì)時，由于地下水具有一定的承壓性，開挖擾動后，極易發(fā)生突水、涌泥的現(xiàn)象，威脅施工的安全。突水涌泥事故的發(fā)生是由爆破震動、揭露地質(zhì)構(gòu)造、開挖方法不當、初期支護不及時等造成的。由于水壓力較高，水源補給無限，且施工中不具有自然坡排水的條件，一旦發(fā)生大的突水、涌泥，就可能引起嚴重的后果。膠州灣海底隧道通過區(qū)的構(gòu)造主要是高角度的斷層，斷層內(nèi)多為壓碎石、角礫碎石，是地下水徑流的通道。此外，斷層附近因巖體破碎，風化也相對嚴重，部分地段弱風化巖層底面在海底20m以下，已進入隧道內(nèi)部，巖體自穩(wěn)能力差，極易產(chǎn)生大量突水涌泥。3海底隧道突涌水預防措施3.1超前探孔海域段施工超前探孔是唯一的最直觀的了解前方圍巖和地下水情況的鉆探手段，應充分利用其得到有效信息。在海域段全程設置系統(tǒng)超前探孔，不良地質(zhì)地段探孔數(shù)目相應增多，以便準確探明地下水量、范圍和圍巖情況。鉆孔應有一定的深度。鉆機過程中應記錄鉆孔的時間、速度、壓力、卡鉆、跳鉆和巖性、地下水情況，判斷前方圍巖的地質(zhì)情況。同時根據(jù)物探預報成果并結(jié)合地質(zhì)詳勘資料和掌子面附近的地質(zhì)情況綜合分析，在斷層破碎帶等需要圍巖性質(zhì)條件更多信息地段設置地質(zhì)取芯鉆孔。海域地段主線隧道和服務隧道開挖前必須施作超前探孔，一般地段至少鉆3個孔，分別在左拱肩、拱頂及右拱肩上處，特殊地段依節(jié)理裂隙發(fā)育程度加密。探孔直徑990，孔深約30m，兩循環(huán)搭接長度不小于8m，服務隧道不小于6m。III標及W標均采用Atlas353E施作超前探孔，探孔一般在30m?40m之間，鉆桿直徑89mm，兩循環(huán)搭接不小于8m。部分地段采用地質(zhì)鉆機取芯。除了系統(tǒng)探孔，還應該在每炮之前利用炮眼作為短探孔，探孔長短結(jié)合，確保安全。通過這些措施，有效地對前方的圍巖情況進行判斷，從而決定后續(xù)的施工方案。青島膠州灣海底隧道是三孔隧道，中間服務隧道超前開挖，也起到判明地質(zhì)情況的作用。3.2超前地質(zhì)預報在隧道施工中，為了進一步查明前期沒有探明的、隱伏的重大地質(zhì)問題，降低隧道施工地質(zhì)災害發(fā)生的機率，提供隧道動態(tài)設計和信息化施工的基礎資料等目的，采用了超前地質(zhì)預報的手段，進而指導隧道施工的順利進行。超前地質(zhì)預報由有經(jīng)驗的工程師進行。主要方式有地質(zhì)素描法、TSP、地質(zhì)雷達及紅外探水等。其中TSP作為主要的超前地質(zhì)預報方式。膠州灣海底隧道由山東大學超前地質(zhì)預報課題組采用TSP203plus進行超前地質(zhì)預報，預報結(jié)果和開挖揭示情況不斷對比修正，提高了超前地質(zhì)預報的準確率。另外多種手段綜合運用，也降低了海底隧道的施工風險。3.3超前預注漿隧道結(jié)構(gòu)防水等級為一級，遵循“以堵為主，限量排放，剛?cè)峤Y(jié)合，多道防線，因地制宜，綜合治理”的原則。海底隧道對防水要求很高，膠州灣海底隧道規(guī)定當超前探水孔單孔出水量大于5L/min，或每循環(huán)所有超前探孔總出水量大于10L/min時需要對圍巖進行超前預注漿。隧道圍巖注漿后的改良目標值為滲透系數(shù)小于1.5x10-5cm/s，檢查孔的涌水量在0.15L/min?m以下。根據(jù)超前地質(zhì)預報結(jié)果判定、圍巖級別超前探水孔單孔出水量、探水孔水壓等分別采用全斷面帷幕注漿、周邊帷幕注漿和局部注漿三種方案。注漿主要根據(jù)探孔以及前方圍巖條件來確定，分為全斷面帷幕注漿、周邊帷幕注漿和局部注漿三種形式。截止目前，四個標段都完成了數(shù)次注漿，從注漿完成之后檢查孔的出水量以及開挖之后揭示的巖層以來看，注漿達到了設計的要求。膠州灣海底隧道前期通過對超細水泥、普通水泥、硫鋁酸鹽水泥進行對比，最終選用超細水泥進行預注漿。W標采用三臂鑿巖臺車阿特拉斯353E鉆設注漿孔，鉆桿直徑89mm，孔口采用孔口管，并安裝防突裝置。帷幕注漿止水加固厚度應滿足注漿堵水和施工安全要求。過斷層破碎帶施工時，主隧道加固區(qū)范圍為5m，每循環(huán)注漿段長30m，開挖22m，預留8m為下一循環(huán)止?jié){巖盤；服務隧道加固區(qū)范圍為3m，每循環(huán)注漿段長度為20m，開挖14m，預留6m為下一循環(huán)止?jié){巖盤。注漿方案根據(jù)交固圈理論進行設計，孔底間距不大于3.5m。注漿終止壓力宜在3MPa?4MPa。注漿結(jié)束標準分為單孔注漿結(jié)束標準好全段結(jié)束標準。單孔注漿結(jié)束標準單孔注漿以定量定壓相結(jié)合。定量標準：當注漿量達到單孔設計注漿量的1.5?2倍，壓力仍然不上升，可采取雙液注漿等措施縮短凝膠時間，使壓力達到設計終壓，結(jié)束該孔注漿；定壓標準：各孔段達到設計終壓后，若進漿速度為開始進漿速度的1/4或注漿量達到設計注漿量的80%，或注漿泵吐出速度小于20L/min并持續(xù)5min?10min，即可結(jié)束注漿。全段結(jié)束標準設計的所有注漿孔均達到注漿結(jié)束標準，無漏注現(xiàn)象；按總注漿孔的5%?10%設計檢查孔，檢查孔滿足設計要求。經(jīng)過四個標段多次注漿后開挖揭示，效果均比較好，證明了注漿方案的有