青岛胶州湾海底隧道突涌水风险控制措施

青岛胶州湾海底隧道突涌水风险控制措施摘要青岛胶州湾海底隧道是继厦门翔安海底隧道之后的第二条在建的海底隧道。海底隧道一旦发生大的突涌水，可能带来灾难性的后果。因此，需要通过一系列的措施，把发生突涌水的可能性降到最低。做好超前地质预报、加强探孔、加强监控量测、优化施工方法都是预防突涌水的有效措施。一旦发生突涌水，要有序快速的展开救援并采取措施进行掌子面的相关处理。关键词海底隧道；突涌水；风险0引言从20世纪开始，日本、挪威、丹麦等国家修建了许多跨越海峡的海底隧道。海底断层、风化槽、裂隙等地质构造可能与海水联通，隧道一旦开挖使其形成通道，海水就成为突水的水源，容易引发突涌水事故。假若海底隧道发生突水施工，其施救环境和施救难度大，一旦发生，可能就是灾难性的后果。在海底隧道的施工工程中，对突水风险的预测以及防治显得尤为重要。预防突水，规避风险，安全施工，使得隧道早日贯通，早日服务于青岛人民。1工程概况青岛胶州湾海底隧道工程是连接青岛主城与辅城的重要通道，是中国大陆在建的第二条海底隧道。隧道全长7800m，青岛接线隧道长1630m，胶州湾隧道长6170m，其中海域段长3950m。胶州湾海底隧道所处胶州湾湾口最大水深42m，据地质报告提供，海底大部分无覆盖层，地形起伏较大，隧址无大断裂构造，以压扭性为主，其宽度在数米到数十米不等，部分断裂具有张性，断层两侧有数米宽的影响带。胶州湾海底隧道采用钻爆法进行施工。2胶州湾海底隧道突涌水分析隧道突涌水是由于隧道的掘进破坏了含水层结构，使水动力条件和围岩力学平衡状态发生急剧改变，以致地下水体所储存的能量以流体（有时有固体物质伴随）高速运移形式瞬间释放而产生的一种动力破坏现象。对于穿越风化深槽和破碎带等不良地质地段的海底隧道而言，其上是高水压和无限的海水。隧道在海域穿越软弱破碎带、断层/断裂带地段、富水层等不良地质时，由于地下水具有一定的承压性，开挖扰动后，极易发生突水、涌泥的现象，威胁施工的安全。突水涌泥事故的发生是由爆破震动、揭露地质构造、开挖方法不当、初期支护不及时等造成的。由于水压力较高，水源补给无限，且施工中不具有自然坡排水的条件，一旦发生大的突水、涌泥，就可能引起严重的后果。胶州湾海底隧道通过区的构造主要是高角度的断层，断层内多为压碎石、角砾碎石，是地下水径流的通道。此外，断层附近因岩体破碎，风化也相对严重，部分地段弱风化岩层底面在海底20m以下，已进入隧道内部，岩体自稳能力差，极易产生大量突水涌泥。3海底隧道突涌水预防措施3.1超前探孔海域段施工超前探孔是唯一的最直观的了解前方围岩和地下水情况的钻探手段，应充分利用其得到有效信息。在海域段全程设置系统超前探孔，不良地质地段探孔数目相应增多，以便准确探明地下水量、范围和围岩情况。钻孔应有一定的深度。钻机过程中应记录钻孔的时间、速度、压力、卡钻、跳钻和岩性、地下水情况，判断前方围岩的地质情况。同时根据物探预报成果并结合地质详勘资料和掌子面附近的地质情况综合分析，在断层破碎带等需要围岩性质条件更多信息地段设置地质取芯钻孔。海域地段主线隧道和服务隧道开挖前必须施作超前探孔，一般地段至少钻3个孔，分别在左拱肩、拱顶及右拱肩上处，特殊地段依节理裂隙发育程度加密。探孔直径990，孔深约30m，两循环搭接长度不小于8m，服务隧道不小于6m。III标及W标均采用Atlas353E施作超前探孔，探孔一般在30m〜40m之间，钻杆直径89mm，两循环搭接不小于8m。部分地段采用地质钻机取芯。除了系统探孔，还应该在每炮之前利用炮眼作为短探孔，探孔长短结合，确保安全。通过这些措施，有效地对前方的围岩情况进行判断，从而决定后续的施工方案。青岛胶州湾海底隧道是三孔隧道，中间服务隧道超前开挖，也起到判明地质情况的作用。3.2超前地质预报在隧道施工中，为了进一步查明前期没有探明的、隐伏的重大地质问题，降低隧道施工地质灾害发生的机率，提供隧道动态设计和信息化施工的基础资料等目的，采用了超前地质预报的手段，进而指导隧道施工的顺利进行。超前地质预报由有经验的工程师进行。主要方式有地质素描法、TSP、地质雷达及红外探水等。其中TSP作为主要的超前地质预报方式。胶州湾海底隧道由山东大学超前地质预报课题组采用TSP203plus进行超前地质预报，预报结果和开挖揭示情况不断对比修正，提高了超前地质预报的准确率。另外多种手段综合运用，也降低了海底隧道的施工风险。3.3超前预注浆隧道结构防水等级为一级，遵循“以堵为主，限量排放，刚柔结合，多道防线，因地制宜，综合治理”的原则。海底隧道对防水要求很高，胶州湾海底隧道规定当超前探水孔单孔出水量大于5L/min，或每循环所有超前探孔总出水量大于10L/min时需要对围岩进行超前预注浆。隧道围岩注浆后的改良目标值为渗透系数小于1.5x10-5cm/s，检查孔的涌水量在0.15L/min・m以下。根据超前地质预报结果判定、围岩级别超前探水孔单孔出水量、探水孔水压等分别采用全断面帷幕注浆、周边帷幕注浆和局部注浆三种方案。注浆主要根据探孔以及前方围岩条件来确定，分为全断面帷幕注浆、周边帷幕注浆和局部注浆三种形式。截止目前，四个标段都完成了数次注浆，从注浆完成之后检查孔的出水量以及开挖之后揭示的岩层以来看，注浆达到了设计的要求。胶州湾海底隧道前期通过对超细水泥、普通水泥、硫铝酸盐水泥进行对比，最终选用超细水泥进行预注浆。W标采用三臂凿岩台车阿特拉斯353E钻设注浆孔，钻杆直径89mm，孔口采用孔口管，并安装防突装置。帷幕注浆止水加固厚度应满足注浆堵水和施工安全要求。过断层破碎带施工时，主隧道加固区范围为5m，每循环注浆段长30m，开挖22m，预留8m为下一循环止浆岩盘；服务隧道加固区范围为3m，每循环注浆段长度为20m，开挖14m，预留6m为下一循环止浆岩盘。注浆方案根据交固圈理论进行设计，孔底间距不大于3.5m。注浆终止压力宜在3MPa〜4MPa。注浆结束标准分为单孔注浆结束标准好全段结束标准。单孔注浆结束标准单孔注浆以定量定压相结合。定量标准：当注浆量达到单孔设计注浆量的1.5〜2倍，压力仍然不上升，可采取双液注浆等措施缩短凝胶时间，使压力达到设计终压，结束该孔注浆；定压标准：各孔段达到设计终压后，若进浆速度为开始进浆速度的1/4或注浆量达到设计注浆量的80%，或注浆泵吐出速度小于20L/min并持续5min〜10min，即可结束注浆。全段结束标准设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象；按总注浆孔的5%〜10%设计检查孔，检查孔满足设计要求。经过四个标段多次注浆后开挖揭示，效果均比较好，证明了注浆方案的有