地下水對山嶺隧道施工的影響及防治措施研究

秦毅

摘要：山嶺隧道為地下線性建筑物，同其余工程類型相比，不僅施工過程較為復(fù)雜，且具有著較強的隱蔽性。在隧道施工當(dāng)中，漏水可以說是較為常見、且影響十分嚴(yán)重的災(zāi)害類型，將導(dǎo)致難以預(yù)計的后果發(fā)生，對此，就需要在實際施工中做好該問題的控制與把握。在本文中，將就地下水對山嶺隧道施工的影響及防治措施進行一定的研究。

關(guān)鍵詞：地下水；山嶺隧道施工；影響；防治措施

0引言

隧道建設(shè)與地下水環(huán)境有著密切的聯(lián)系。一方面由于地下水滲流影響，隧道開挖過程中地下水將涌入隧道。少量的涌水對隧道施工影響不大，但是大量的隧道涌水和隧道突水會對隧道建設(shè)造成不良影響，嚴(yán)重的還可能將隧道內(nèi)的工程人員和機具掩埋。在隧道運營時期，地下水滲漏還可能破壞隧道的穩(wěn)定性，對行車構(gòu)成極大的安全威脅。鑒于此，為了確保隧道施工安全和工后安全運營，本文首先概述地下水對隧道施工活動的影響，進而深入探討隧道涌水、隧道突水的影響因素，最后結(jié)合山嶺隧道工程提出一套比較可行的山嶺隧道地下水防治方案，旨在進一步明確存在地下水威脅的隧道工程的安全施工策略，確保山嶺隧道順利完工。

1地下水對隧道施工的影響

在隧道施工當(dāng)中，地下水對其產(chǎn)生的影響有：第一，直接影響。在山嶺隧道施工，涌水冒泥可以說是經(jīng)常出現(xiàn)的問題類型，當(dāng)在施工中該類災(zāi)害出現(xiàn)時，則將會使工程停工，在大大影響施工效率的同時對經(jīng)濟效益產(chǎn)生了較大的影響。同時，該類災(zāi)害的出現(xiàn)也將導(dǎo)致巖體失穩(wěn)情況的發(fā)生，尤其是結(jié)構(gòu)當(dāng)中圍巖弱點。其主要具有兩種類型，第一種為圍巖易碎，另一種即因圍巖應(yīng)力重分布形成震動作用，在對失穩(wěn)過程加快的情況下對施工安全造成隱患。第二，間接影Ⅱ向。地下水的存在，將對隧道形成一定的腐蝕作用，在長時間腐蝕下，且能夠同混凝土等材料當(dāng)中的部分物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成較多具有膨化性、可溶性的鹽物質(zhì)。在高滲環(huán)境下，這部分膨化性鹽則會對混凝土材料形成一定的松弛影響，使其在形成移動變遷的情況下對隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，進而導(dǎo)致塌陷事故的發(fā)生。第三，分布規(guī)律。我國的巖性構(gòu)造、人類活動以及氣候變化等都將對地下水的質(zhì)量以及水位等產(chǎn)生影響，在現(xiàn)有地質(zhì)水文條件下，要想建設(shè)成一個具有豐富水量、完整的水帶，兩項因素十分關(guān)鍵，即補給水源以及蓄水，是否能夠形成儲水容量以及蓄水結(jié)構(gòu)，則同當(dāng)?shù)氐膸r性構(gòu)造具有直接的連接，而地勢地貌、氣候條件等將會對地下水排泄、補給徑流條件產(chǎn)生影響。這部分因素的存在，都使得地下水在隧道當(dāng)中將具有一定的規(guī)律。而在隧道開挖工程當(dāng)中，其則正是一個逐漸對集水通道形成的過程，不僅將原有的地下水環(huán)境進行改變，且在改變水流向的情況下對原有的自然狀態(tài)形成擾亂。長時間之后，就會將在通道當(dāng)中沉積的泥沙碎石等都涌進隧道當(dāng)中，并因此使水、泥沙出現(xiàn)大量涌出情況。

2隧道涌、突水影響因素

在隧道當(dāng)中，其由動靜兩部分儲量組成。其中，靜儲量為隧道圍巖當(dāng)中空隙存在的地下水，其水量大小同含水圍巖的規(guī)模、給水以及儲水能力具有著直接的影響。動儲量則以地下徑流方式存在含水圍巖當(dāng)中，同地下以及地表水體具有著直接的聯(lián)系，具體大小則同含水圍巖規(guī)模，排泄以及補給條件具有著直接的聯(lián)系。

在山嶺隧道隧址區(qū)，地下水在受到地質(zhì)構(gòu)造、地貌以及地層巖性等因素的影響下，在地下水形成條件方面具有著較為復(fù)雜的特點，且具有著不均一的富水性。通常來說，地層巖性是對地下水活動產(chǎn)生影響的重要基礎(chǔ)，如在砂巖當(dāng)中，其涌水通常為線狀流水，而在板巖當(dāng)中，則將在同一時間有多個位置存在滲水情況，在灰?guī)r中，則為股狀以及線裝水流。對于巖性界面來說，因其通常為富水部位，對此，巖性存在變化的位置也即為涌水發(fā)生位置。在地下水形成控制方面，地質(zhì)構(gòu)造是主要因素，地貌則是對水量補排關(guān)系產(chǎn)生影響的外部條件。

在局部范圍當(dāng)中，需要對不同力學(xué)性質(zhì)的地層接觸面、侵入接觸面以及斷裂結(jié)構(gòu)面進行充分的考慮，在做好產(chǎn)狀要素、巖性結(jié)構(gòu)、規(guī)模大小對地下水分布、運動以及形成產(chǎn)生影響進行充分考慮的基礎(chǔ)上做好地下水露頭分布以及地貌條件特征的結(jié)合，以此對地下水富集規(guī)律進行確定。根據(jù)實踐，在對斷層地下水補給條件以及兩盤巖性組合特征進行充分考慮的基礎(chǔ)上，也需要對以下構(gòu)造富水部位加強調(diào)查：壓性斷層轉(zhuǎn)折位置、張性斷裂的尖滅端、不同體系構(gòu)造的交接部位以及山字型構(gòu)造的前弧和反射弧。對于不同區(qū)域，也具有著不同的要求：第一，在碎屑巖地區(qū)，需要做好褶皺構(gòu)造地形同形態(tài)間關(guān)系的重點調(diào)查，主要包括有含水層埋藏條件、分布情況，對褶皺構(gòu)造形成的自流斜地以及自流盆地可能性進行調(diào)查，并包括有不同具有集中應(yīng)力情況區(qū)域富水性以及富水條件等。同時，需要做好巖脈侵入、斷裂構(gòu)造情況對形成脈狀富水、阻水帶條件的把握。如碎屑巖層具有平緩的產(chǎn)狀，則需要做好平面扭結(jié)情況的調(diào)查。同時，需要做好沉積間斷面以及地層巖性組合關(guān)系對地下水形成條件的影響引起重視，以及具有較大厚度硬脆地層，泥灰?guī)r融水以及薄層灰?guī)r的富集條件等。如碎屑為紅色地層，則需要做好其自身以及膠結(jié)物物質(zhì)成分的重視，包括有地下水分布、富集以及形成的關(guān)系等。做好地下水礦化度、變化規(guī)律以及化學(xué)成分的調(diào)查把握。第二，變質(zhì)與侵入巖地區(qū)。在該地區(qū)，重點即對風(fēng)化作用做好調(diào)查，以及巖漿活動、構(gòu)造斷裂等在地下水分布、形成方面的控制內(nèi)容等。風(fēng)化作用的存在，將對巖石形成產(chǎn)生風(fēng)化離析，尤其是對于混合巖以及粗粒侵入巖等，其通常處在具有較好匯水以及地貌條件區(qū)域，具有著較為豐富的風(fēng)化裂隙水，而侵入接觸帶以及構(gòu)造斷裂帶裂隙，在具有較好補給條件情況下，將形成接觸富水帶以及斷裂情況。

3山嶺隧道地下水防治方案研究

富水圍巖不宜采用以排水為主的隧道水害治理方法，而應(yīng)該較多地采用堵水措施，建立“防、排、截、堵結(jié)合的水害防治方案，結(jié)合隧道工程的建設(shè)要求和當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛蔡卣?，因地制宜，綜合治理。針對隧道涌水問題，必須根據(jù)隧道所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境承壓能力、施工單位的經(jīng)濟技術(shù)條件、隧道涌水量等各方面因素來綜合研究防治水方案，盡量維持地下水環(huán)境相對平衡。另外，斷層破碎地段巖體蓄水量較多，水源供給充足，隧道涌水往往呈噴射狀股流，攜帶著大量泥沙，面對這種情況，建議采用超前鉆孔排水、長管棚注漿堵水。endprint

在山嶺隧道當(dāng)中，目前較為常見的流向關(guān)系為圍巖-環(huán)向、縱向排水管-橫向排水盲管-中央排水管。具體來說，即在完成隧道的開挖處理后，需要每隔一定的距離以環(huán)向方式做好彈簧排水管的鋪設(shè)，其直徑在5-10cm范圍以內(nèi)，且具有一定的柔性特征。對于彈簧材料來說，其自身存在著一定的剛度，而無論管道變形情況如何，都將保持原有的管徑不變。在彈簧排水管外層，使用玻璃纖維布材料進行包裹處理，以此使其具有防堵、濾水功能。其下端位置，使其同縱向排水管保持連接，其具有軟、硬兩種類型，其中，軟管同彈簧排水管具有著相同的構(gòu)造，其管徑在10cm左右。硬管方面，所使用的即為普通PVC管道。為了使管道同時具有透水以及排水功能，則需要在其上半部位置做好小孔設(shè)置，而為了對縱向排水盲管進行充分的利用，在具體鋪設(shè)時，需要做好一定泄水坡度的控制，每隔15m位置做好出水口的設(shè)置，使用橫向盲管實現(xiàn)中央、雙邊排水管的連接，并由排水管集中實現(xiàn)地下水的排出。

3.1環(huán)向排水管

第一，圍巖滲流水引排。在該項工作中，要充分聯(lián)系圍巖的涌水情況做好記錄，做好對應(yīng)引排措施的處理。如存在較為集中的涌水情況，在進行噴錨處理前，要通過開縫摩擦錨桿的應(yīng)用統(tǒng)一做好導(dǎo)水處理，如用水面積較大，在進行噴錨處理前，則需要做好軟式透水管的設(shè)置，以此進行排水，如果經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)涌水情況較為嚴(yán)重，則需要做好匯水孔的設(shè)置。在完成噴錨工作以后，使噴射混凝土同巖石面間形成匯水孔，通過匯水孔實現(xiàn)漏水向縱向排水管的傳輸，之后將其排到中心排水溝當(dāng)中。第二，背面排水管。在進行二次襯砌處理前，需要重點做好混凝土面的檢查，在將其表面存在的鋼筋網(wǎng)斷頭以及錨桿進行處理后對不平位置進行噴補修鑿，以此使材料表面具有較好的平順性、能夠?qū)θ嵝苑浪逡笙喾?。之后，根?jù)設(shè)計要求在邊墻以及拱部位置做好軟式透水管的設(shè)置。當(dāng)表面存在滲漏水問題時，則需要根據(jù)滲漏水量使用透水管做好其引導(dǎo)處理，也可以根據(jù)情況對環(huán)向軟式排水管進行增加，通過塑料錨固螺栓做好綁牢處理。

3.2縱向排水盲管

第一，外觀檢查。要做好管道材質(zhì)規(guī)格檢查，因?qū)τ谒芰现破?，如果沒有做好日常保存，則將容易發(fā)生老化問題。具體檢查方面，可以先對管道的變形情況以及材料色澤進行觀察，對管體輕輕敲擊，看其是否發(fā)生變脆情況，使用鋼尺、卡尺的應(yīng)用做好管壁與管徑的測量，看其同設(shè)計要求是否符合。同時，要做好管體的透水孔檢查，使用直尺對鉆孔的孔間距以及孔徑進行檢查。第二，安裝檢查。首先是皮膚檢查，在具體施工中，經(jīng)常將該類管道設(shè)置在襯砌墻角位置，如在施工當(dāng)中受到條件限制，施工中則將出現(xiàn)起伏不定情況。此時，隧道在完成建設(shè)后則出現(xiàn)淤沙對縱向盲管封堵的情況，并因此對排水的通暢性產(chǎn)生影Ⅱ向。此時，即需要在具體施工中打好基礎(chǔ)，使用坡度規(guī)做好檢查，在做好盲管坡度測量的基礎(chǔ)上使其在進入到盲管后能按照設(shè)計要求流動。其次，要做好包裹的安裝檢查，在具體布設(shè)中，即需要能夠做好其細(xì)部構(gòu)造的檢查，并通過土工布材料的應(yīng)用做好排水管道的包括處理。之后，通過防水卷材對管道半裹處理，以此使上部水能夠在此處進入到管內(nèi)，避免出現(xiàn)縱橫漫流情況。最后，要做好上下管道的連接檢查，通常來說，兩者間以簡單方式搭接，避免被混凝土材料噴射割斷。同時，要做好橫向、縱向排水盲管間的連接，在三通管位置方面，要保證其準(zhǔn)確性，并做好接頭的牢固處理。

3.3橫向盲管

該管道處于路面下部以及襯砌的基礎(chǔ)位置，具體布設(shè)方向同隧道軸線保持垂直，是對中央排水管、縱向排水盲管進行連接的關(guān)鍵通道。其材質(zhì)為硬質(zhì)塑料管，在具體施工中，要先在總線盲管上做好預(yù)留接頭的設(shè)置，之后對其進行接長處理、直至中央排水管。在對其進行檢查時，主要內(nèi)容即為接頭具有密實以及牢靠的特點，以此保證中央排水管同盲管間的通暢性。其次，之后在上部具有緩沖層的設(shè)置，避免路面荷載直接對盲管施壓導(dǎo)致變形、破裂問題出現(xiàn)。

3.4圍巖注漿堵水

當(dāng)前常用圍巖注漿堵水法來治理隧道涌水或隧道突水。圍巖注漿堵水，就是向富水的圍巖灌漿來修補巖體裂隙，防止地下水通過裂隙上涌，從而達到隧道施工現(xiàn)場防水治水的目的。一般情況下，只需在開挖隧道之前從地表鉆孔至裂隙，通過孔道注漿即可封堵裂隙，或者在隧道開挖后實施徑向?qū)Ч茏{或超前導(dǎo)管注漿來完成。

通過圍巖注漿封堵圍巖裂隙，對于防止隧道滲水有極好的效果。通過向裂隙注漿，漿液可在隧道周圍形成一道結(jié)實的隔水屏障，有效阻斷地下水上涌，同時能大大降低隧道結(jié)構(gòu)外壓力，使地下水位得以恢復(fù)到規(guī)定的水位線。

總之，要治理隧道工程中地下水，防止隧道水害，就必須在開工前針對隧道圍巖的結(jié)構(gòu)、巖性、隧道埋深以及隧道上方有無居民區(qū)等各方面因素進行綜合考量。如果隧道上方或附近地帶有居民區(qū)，并且其生活用水主要以地下水為主，則建議地下水治理以“堵”為主。若以排水為主，勢必會打破地下水的平衡狀態(tài)，對居民正常用水產(chǎn)生不良影響。此外，當(dāng)隧道的埋深較深時，這時地應(yīng)力很大，一般不適合堵。

4建議與結(jié)論

本文針對隧道地下水對隧道施工的影響進行分析，提出了隧道地下水的防治的基本原則，得出以下結(jié)論與建議：

①地下水是造成隧道施工過程中圍巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的重要因素之一，由于地下水分動、靜態(tài)，在施工過程中，應(yīng)做好前期超前地質(zhì)預(yù)報，尤其是通過現(xiàn)場監(jiān)測，判定地下水儲量、涌水量的動態(tài)變化規(guī)律，有針對性地做好施工對策。

②由于地下工程的復(fù)雜性和不確定性，隧道排水系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)該充分考慮隧道地下水的分布規(guī)律，考慮最不利情況下排水量，對沿線排水系統(tǒng)采取差異化設(shè)計。

③施工過程中，應(yīng)做好隧道永久排水材料、施工質(zhì)量的檢驗工作以及施工過程中的保護工作，確保排水系統(tǒng)的使用功能和耐久性。

④隧道地下水防治應(yīng)嚴(yán)格遵循“以堵為主，以排為輔”的原則，盡量減少對原有地下水系的破壞，同時，為避免由于封堵造成地下水局部匯聚，導(dǎo)致對隧道結(jié)構(gòu)侵蝕和偏壓，甚至支護結(jié)構(gòu)破壞，在隧道地下水防治施工過程中，建議對地下水進行內(nèi)引流，以保證地下水系的平衡。endprint