金寨頂隧洞地下水應(yīng)對(duì)措施及處理技術(shù)

肖 璇

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

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金寨頂隧洞地下水應(yīng)對(duì)措施及處理技術(shù)

肖 璇

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

在復(fù)雜的水文地質(zhì)條件下，小斷面隧洞的抽、排水一直是施工中必須解決的一大難題。本文以金寨頂隧洞為例，對(duì)隧道滲涌水的監(jiān)測進(jìn)行了簡要分析，提出如果地下水滲流主要為靜儲(chǔ)量時(shí)，應(yīng)該采取以排為主的方式，如果地下水滲流主要為動(dòng)儲(chǔ)量時(shí)，則應(yīng)該選擇以堵為主的方式。同時(shí)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)防、排水工作的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要分析，針對(duì)隧洞地下水施工所出現(xiàn)的問題提出了相應(yīng)的解決措施以及有效的輔助處理措施，希望給有關(guān)企業(yè)和部門提供可借鑒的資料。

小斷面隧洞 滲涌水 抽排水措施

1 引言

當(dāng)自然條件復(fù)雜時(shí)，深埋較大的長隧道所面臨的主要自然災(zāi)害包括高地溫、涌(突)水以及高地應(yīng)力等。并且在這些常見的自然災(zāi)害中，問題最為突出且最為普遍、危害最廣的就是地下水問題。就目前的隧洞施工而言，大部分工程項(xiàng)目在施工時(shí)出現(xiàn)了涌水問題，并且部分隧道在后期的運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)漏水、涌水問題。由于隧洞存在部分段或全段圍巖不穩(wěn)定情況，所以如果出現(xiàn)滲涌水問題，將會(huì)導(dǎo)致圍巖周邊的受力情況發(fā)生不同程度的變化，隧洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性遭受損壞，例如會(huì)出現(xiàn)拱腳基底承載力降低、錨桿錨固力減弱、圍巖強(qiáng)度降低等現(xiàn)象，嚴(yán)重地破壞隧洞結(jié)構(gòu)。地下水問題的出現(xiàn)會(huì)給整個(gè)隧道項(xiàng)目的施工帶來巨大的考驗(yàn)，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，甚至?xí){到施工人員的人身財(cái)產(chǎn)安全。與此同時(shí)，還會(huì)對(duì)隧洞周圍的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，所以加強(qiáng)對(duì)隧洞地下水應(yīng)對(duì)措施的研究是十分必要的。

2 工程概況

位于漢源縣大田支渠二標(biāo)的金寨頂隧洞K19+796.98～K22+796.98，全長3000m。

該隧洞位于宜東向斜的NE翼，隧洞穿過地層為震旦系(Z)白云巖、頁巖夾薄層白云巖、流紋巖以及覆蓋層等，白云巖及頁巖產(chǎn)狀N5°～10°E/NW∠35°～45°。巖層走向與洞軸大角度相交；地下水位高于隧洞頂板高程，巖體中裂隙不發(fā)育，強(qiáng)、弱風(fēng)化帶厚度分別為6m～10m與8m～12m。隧洞進(jìn)出口均為崩坡積(Q4dl+col)孤塊碎石土，厚度大于50m。

進(jìn)口段隧洞長度428m，該段隧洞通過段為崩坡積(Q4dl+col)孤塊碎石土，據(jù)金ZK1鉆孔揭示：孤塊碎石土厚度大于50m，其結(jié)構(gòu)松散，局部架空，成洞極困難；洞身段長度2482m，洞室最大埋深約605m。洞身通過地段無深切沖溝，不存在隧洞冒頂?shù)膯栴}，具備成洞條件。出口段長度94m，該段隧洞通過段為崩坡積(Q4dl+col)孤塊碎石土，孤塊碎石土局部厚度大于70m，其結(jié)構(gòu)松散，局部架空，成洞困難。

根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖分析，部分隧洞洞身位于冰水堆積孤(塊)卵礫石夾砂中，塊徑大小分布不均勻，結(jié)構(gòu)松散，無規(guī)律可循；成洞極困難，施工難度極大。

金寨頂隧洞為城門洞形，無壓隧洞，其中，Ⅴ類土洞695m，Ⅳ類1100m，Ⅲ類1204m。開挖斷面：Ⅴ類土洞為2.8m(寬)×3.0m(高)；Ⅳ類斷面為2.56m×2.88m；Ⅲ類為2.1m×2.45m。二次襯砌后尺寸為1.8m×2.2m。

區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散層的孔隙潛水、基巖裂隙水及碳酸鹽巖類巖溶水。地下水主要由大氣降水補(bǔ)給及松散覆蓋層孔隙潛水補(bǔ)給，地下水徑流途徑短，就近補(bǔ)給，向溝谷排泄。工區(qū)地下水賦存于砂、泥巖地層和碳酸鹽地層中。

3 隧洞涌水的危害

在本工程金寨頂隧洞中，出現(xiàn)涌水所帶來的危害主要有下列三方面：

(1)對(duì)整個(gè)隧洞的安全帶來很多不利影響，施工難度增大、處理費(fèi)用提高，嚴(yán)重延誤工期。引水隧洞的位置都處于地面線以下，如果出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，則需要及時(shí)利用水泵等排水設(shè)備，采取一系列的施工排水措施將其排到洞外，如果涌水量過大，水泵排水量不足時(shí)，將很有可能造成隧洞的淹洞事故，嚴(yán)重的威脅施工人員的人身財(cái)產(chǎn)安全，造成不必要的損失。一旦出現(xiàn)涌水，則面臨著高難度、高代價(jià)、延誤工期甚至淹洞的嚴(yán)重后果[1]；

(2)地下水位下降。如果隧洞內(nèi)的地下水量較多并且經(jīng)過長時(shí)間的施工排水，將會(huì)導(dǎo)致隧洞沿線的地下水位出現(xiàn)大幅下降的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致地下水位下降區(qū)的形成，該區(qū)會(huì)出現(xiàn)水資源大量減小的現(xiàn)象，可能對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳钤斐蓢?yán)重的不良影響；

(3)地面沉陷。地下水涌出的水流會(huì)夾雜著大量砂石以及其他固體物質(zhì)，這會(huì)導(dǎo)致隧洞沿線地區(qū)出現(xiàn)水土流失的現(xiàn)象，甚至?xí)斐墒┕さ氐孛嫣?、沉陷等?yán)重問題。

4 防止和處理涌水的措施

針對(duì)于金寨頂隧洞洞內(nèi)施工中出現(xiàn)的地下水滲涌情況，對(duì)地下水應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行歸納和總結(jié)，分別采取“預(yù)報(bào)、疏導(dǎo)、封堵、抽排”的措施及對(duì)策[2]。

4.1 加強(qiáng)超前預(yù)報(bào)

在隧洞工程的施工過程中，地質(zhì)勘查工作只能對(duì)山體中水文和地質(zhì)條件進(jìn)行初步的判斷，很難發(fā)現(xiàn)隱藏較深的局部不良地質(zhì)，所以要在施工的過程中加強(qiáng)超前的地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，從而避免施工問題的出現(xiàn)。金寨頂隧洞采用了以下多種方式來進(jìn)行地質(zhì)的超前預(yù)報(bào)。

4.1.1 地質(zhì)法

地質(zhì)法超前預(yù)報(bào)，是充分結(jié)合隧洞內(nèi)外地質(zhì)勘察報(bào)告以及隧洞施工期已揭露巖體的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀以及其巖體破碎程度、巖石發(fā)育狀況、巖石所出現(xiàn)的變質(zhì)程度等特征，對(duì)掌子面前方可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行推測，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)的超前預(yù)報(bào)。金寨頂隧洞開挖時(shí)，每一個(gè)循環(huán)階段都采用了這種方法來進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，從而能夠?qū)τ克炊翁崆白龊脺?zhǔn)備工作，整個(gè)施工階段多次預(yù)報(bào)成功，具有較好的實(shí)際效果。

4.1.2 水平鉆孔法

當(dāng)所處的洞段具有較為復(fù)雜的地質(zhì)條件時(shí)，可以鉆開一定長度的勘探孔，其方向?yàn)檠刂淳€方向，通過巖芯采取率的計(jì)算、鉆進(jìn)速度以及巖芯強(qiáng)度的試驗(yàn)從而對(duì)掌子面前方的富水帶以及斷層破碎帶進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。金寨頂隧洞在上游段主要采取了這種方法。

4.1.3 長鉆孔探水法

眾所周知，埋深長的隧洞涌水處理起來非常困難，需要多方面的施工技術(shù)，在實(shí)際的施工過程中，一定要竭力避免因施工不當(dāng)而導(dǎo)致地下水被揭露，造成涌水現(xiàn)象。在具體的施工過程中，如果前方可能出現(xiàn)富水洞段，則可以采用大約6m長的長桿，來對(duì)掌子面的前方以及側(cè)方進(jìn)行探測，如果沒有相應(yīng)的地下水反應(yīng)，則可按照施工計(jì)劃進(jìn)行正常的施工，如果出現(xiàn)地下水反應(yīng)，要立即對(duì)反應(yīng)洞段進(jìn)行灌漿阻水工作。完成灌漿工作后，要對(duì)地下水反應(yīng)洞段再次進(jìn)行探水，如果探孔不再出水，則可進(jìn)行正常施工。在金寨頂隧洞的施工過程中廣泛地應(yīng)用了這種長鉆孔探水技術(shù)，并且其效果十分明顯，能夠及時(shí)地探測到富水洞段，從而能夠有效地避免涌水現(xiàn)象，保證了工程的進(jìn)度和安全。

4.2 保證隧洞排水能力

金寨頂隧洞埋深較大，整個(gè)隧洞全部處于地下，在實(shí)際的施工過程中，要及時(shí)將出現(xiàn)的涌水或者滲水通過設(shè)備及時(shí)地排到洞外。如果不具備充足的排水能力，沒有及時(shí)地將水排出，則很有可能導(dǎo)致淹洞事故的發(fā)生。在實(shí)際的施工過程中，要通過施工洞段的最大長度來進(jìn)行隧洞排水能力的控制，要對(duì)隧洞確定的排水能力留有富余量，當(dāng)進(jìn)行隧洞的排水時(shí)，要做好相關(guān)設(shè)備的準(zhǔn)備工作，一旦出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，保證相應(yīng)設(shè)備可以立即發(fā)揮作用。對(duì)于金寨頂隧洞的滲水，采用以下處理措施：

4.2.1 頂部局部滲水

首先安裝塑料薄膜將滲水匯集，然后在洞內(nèi)架設(shè)一條塑料管，最后集中排出洞外。

4.2.2 邊墻底板滲水

首先開挖集水井，然后將滲水匯集，最后集中用潛水泵抽排至洞外。

4.3 選擇適當(dāng)?shù)姆舛路椒?/p>

在金寨頂隧洞內(nèi)，往往會(huì)出現(xiàn)不同狀態(tài)的地下水病害，所以在實(shí)際施工時(shí)，要根據(jù)不同的現(xiàn)象和地下水狀態(tài)從而選取最合適的封堵方法。

4.3.1 探孔出水灌漿法

本工程灌漿機(jī)械采用三聯(lián)機(jī)配GJY-Ⅲ型灌漿機(jī)與記錄儀配套使用，灌漿材料使用Po32.5普通水泥。將孔口管和止?jié){塞裝設(shè)在出水的探孔內(nèi)，孔口管與壓力表、灌漿管、灌槳泵、閥門相連接。灌漿前，須保證閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，在壓力表讀出取水壓，灌漿壓力為0.4MPa，灌漿方式采用純壓式灌漿法。灌漿因故中斷時(shí)，應(yīng)及時(shí)清灰灌漿。中斷時(shí)間大于30min，設(shè)法清洗至頂孔深后復(fù)灌，否則重新鉆孔灌漿。在規(guī)定的施工壓力下，灌漿孔停止吸漿，再延續(xù)灌注大約10min后即可停止。

4.3.2 超前預(yù)注漿法

如果掌子面前方較大可能出現(xiàn)富水段，或者前方具有較差的地質(zhì)條件時(shí)，可以采用這種方法。通常情況下，30m～50m左右的預(yù)注漿孔深較為合理，選擇回旋沖擊式鑿巖機(jī)以及鉆機(jī)進(jìn)行預(yù)注孔鉆進(jìn)，如果在鉆進(jìn)過程中圍巖破碎，要停止前進(jìn)，并且設(shè)置止?jié){墻。止?jié){墻的設(shè)立要充分結(jié)合現(xiàn)場的情況，從而確定止?jié){墻的具體位置以及止?jié){墻的結(jié)構(gòu)形式。在注漿時(shí)，采用孔內(nèi)循環(huán)孔口封閉的灌漿法。

4.4 選擇適當(dāng)?shù)某榕欧椒?/p>

金寨頂隧洞出口段采用自然排水方式，進(jìn)口段采用反坡排水方式[3]。

4.4.1 隧洞出口段

采用自然排水方式，由于洞內(nèi)施工前進(jìn)方向?yàn)樯掀?，洞?nèi)的水可以靠自身重力經(jīng)排水溝槽自然流向洞外，不需要抽水機(jī)抽排。本工程在隧洞一側(cè)底板高層以下開挖約寬35cm、深25cm的排水溝槽排水，以防止洞內(nèi)的水長時(shí)間浸泡隧洞地基，破壞持力層穩(wěn)定。

4.4.2 隧洞進(jìn)口段

采用反坡排水方式，由于洞內(nèi)施工前進(jìn)方向?yàn)橄缕?，洞?nèi)水將會(huì)向施工工作面匯集，必須及時(shí)抽排，以防止施工掌子面水集聚過深，影響施工，因此需采用機(jī)械排水。本工程在隧洞一側(cè)底板高層以下開挖約寬40cm、深30cm的排水溝槽，洞內(nèi)水由排水溝匯集到集水井，再由潛水泵接力排水。

本工程設(shè)置多級(jí)泵站接力排水，采用移動(dòng)式潛水泵將工作面的積水抽至臨時(shí)集水井內(nèi)，其余已施工地段隧洞滲(涌)水經(jīng)隧洞內(nèi)溝槽自然匯集到泵站水池內(nèi)，由固定排水泵站將積水由排水管道抽排到上一級(jí)排水泵站內(nèi)，最后由固定式排水泵接力將洞內(nèi)積水抽排至洞外，經(jīng)污水處理池處理后排放。固定式排水泵站水倉容量按4min涌水量設(shè)計(jì)。若有臨時(shí)匯水，則要根據(jù)匯水段匯水量大小選取施工排水機(jī)械。本工程使用2臺(tái)潛水泵，1臺(tái)備用潛水泵，針對(duì)隧洞涌水量大時(shí)須適當(dāng)增加潛水泵；同時(shí)為防止突水，設(shè)置1套高壓風(fēng)管作為應(yīng)急排水系統(tǒng)。

5 結(jié)語

地下水問題是隧洞工程中最為常見的地質(zhì)災(zāi)害，針對(duì)涌水問題，為了最大限度地降低工程事故，保證工程質(zhì)量，可以采用加強(qiáng)超前預(yù)報(bào)、加強(qiáng)排水疏導(dǎo)、選擇合適的封堵方法、選擇適當(dāng)?shù)某榕欧椒ǖ却胧┖蛯?duì)策，從而有效地管理和控制施工階段所出現(xiàn)的地下水，確保隧洞的安全、高效施工。

〔1〕王曉曉.中國隧道的地下水處理措施[M].北京：人民交通出版社，2010，6(02)：57-58.

〔2〕何文亮.長大隧洞的地下水應(yīng)對(duì)措施[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2006，5(03)：432-433.

〔3〕楊會(huì)軍，李豐果.深埋長大隧道地下水處理技術(shù)[J].巖土工程界，2006，3(08)：56-57.■

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