高壓富水大斷面隧道防排水施工技術(shù)

唐智華

摘要：依托新建仁新高速青云山隧道重難點工程，針對高壓富水隧道進行防排水施工技術(shù)研究，采取鉆孔限量排放、雙層交錯超前小導(dǎo)管、徑向注漿鋼花管、隧底鋼花管高壓壓注雙液漿、初噴混凝土表面加密環(huán)＼橫向排水盲管等措施，達到釋放水壓、堵水加固、增加排水通道的目的，降低施工期間安全風險。同時采用噴霧臺車養(yǎng)護襯砌混凝土、全斷面全包防排水、仰拱底設(shè)盲管、邊溝底部鉆豎向泄水孔泄壓等防排水技術(shù)，提高混凝土抗壓強度、降低襯砌水壓，填充面設(shè)縱橫向貫通盲溝與隧道邊溝相連排水，以降低隧道運營期間路面滲漏水風險。

Abstract： Relying on the important and difficult projects of the newly-built Renxin Expressway Qingyunshan Tunnel， the waterproofing construction technology research for high-pressure water-rich tunnels is carried out， and the drilling limited discharge， double-layer staggered advance small conduit， radial grouting steel tube， tunnel bottom steel tube high-pressure injection double-liquid slurry， initial spray concrete surface encryption ring ＼ lateral drainage blind pipe and other measures are taken to achieve the purpose of releasing water pressure， water blocking reinforcement， increasing drainage channels， and reducing safety risks during construction. At the same time， the spray lining is used to maintain the lining concrete， the full-section all-inclusive waterproofing and drainage， the blind pipe at the bottom of the arch， and the vertical drainage hole pressure relief at the bottom of the side ditch to improve the concrete compressive strength and reduce the lining water pressure. The filling surface is provided with vertical and horizontal through blind ditch and drainage connected to the tunnel side ditch to reduce the risk of road seepage during tunnel operation.

關(guān)鍵詞：高壓富水區(qū)隧道;釋放水壓;堵水加固;噴霧臺車;全包防排水

Key words： high pressure water-rich zone tunnel;release water pressure;water blocking reinforcement;spray trolley;all-inclusive drainage

中圖分類號：U451;U453.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）34-0160-03

1? 工程概況

青云山隧道進口位于廣東韶關(guān)翁源縣，出口位于連平縣，設(shè)計為雙向六車道分離式隧道，左線長5910m，右線長6010m，隧道最大埋深約808m，屬特長深埋隧道，隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是全線控制性工程，也是目前廣東省在建最長雙向六車道隧道。隧道斷面寬17.21m，高11.31m。

由于隧道穿越地層年代較多，巖性差異風化明顯，且隧址區(qū)褶皺發(fā)育，圍巖具有較強的透水性，地表水滲入地下，成為豐富的地下水水源，使得隧道區(qū)地下水較為發(fā)育，水壓較高。

2? 施工重難點

青云山隧道YK345+603～YK345+623段圍巖主要為全～強風化泥質(zhì)砂巖，遇水極易軟化，幾乎無自穩(wěn)能力，圍巖呈散體至小碎塊狀結(jié)構(gòu)，且拱頂偏右側(cè)發(fā)生高壓涌水，伴有大量的泥沙、碎石涌出，流量約450m3/h。該處涌水持續(xù)時間長、水量大，前期涌水夾泥，后逐步變清。施工中存在涌水量大，且高壓造成開挖、支護難度大，仰拱易起拱、襯砌結(jié)構(gòu)易開裂、施工縫易滲漏水等難題，現(xiàn)場涌水突泥情況詳見圖1。

3? 施工技術(shù)

3.1 鉆孔排水降壓

當圍巖較破碎且穩(wěn)定性較差時，利用潛孔鉆進行鉆探排水，對地下水進行限量排放，釋放水壓，避免大量的地下水將各種填充物沖出，導(dǎo)致圍巖間摩阻力降低發(fā)生塌方;當圍巖穩(wěn)定性較好時，掌子面采用潛孔鉆進行水平鉆孔排水減壓以及探明前方水量。在YK345+603處上臺階掌子面采用潛孔鉆打設(shè)直徑￠133mm水平鉆孔排水減壓，排水降壓孔布置圖見圖2。

3.2 堵水、加固施工

3.2.1 圍巖加固及堵水

①根據(jù)圍巖等級及時調(diào)整支護參數(shù)，超前支護采用6m雙層超前小導(dǎo)管，并壓注水泥-水玻璃雙液漿，施工參數(shù)為如下：

1）雙層小導(dǎo)管注漿采用Φ50熱扎無縫鋼管，δ=5mm，尾部交錯設(shè)置Φ10注漿孔。小導(dǎo)管注漿壓力為0.5～1MPa，注漿過程中注漿壓力應(yīng)逐級緩慢提升;壓注水泥-水玻璃漿液，水泥漿水灰比1：1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.5，水玻璃濃度35波美度，注漿壓力不變。

2）小導(dǎo)管按以下方式布置：第一層與第二層縱向錯開一榀鋼拱架，鋼管環(huán)向間距為40cm，第一層與第二層環(huán)向錯開20cm;外插角：每層超前按縱向間距2.5m設(shè)置一次，縱向搭接3.5m，第一層20°～25°，第二層8°～12°。

3）為確保超前小導(dǎo)管打設(shè)方向，可在鋼架上打孔，使鋼管從鋼架腹部穿過，鋼管尾部與鋼架焊接，施工中必須保證注漿質(zhì)量。

②系統(tǒng)錨桿由設(shè)計Φ22藥卷錨桿調(diào)整為？準42小導(dǎo)管，并壓注水泥-水玻璃雙液漿，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊上Φ6加勁箍，管壁四周鉆10mm壓漿孔，但尾部0.5m不設(shè)壓漿孔。小導(dǎo)管施工時，鋼管徑向打入圍巖。

3.2.2 隧底加固及堵水

針對隧底冒水，施工采用在隧底冒水點進行壓注水泥-水玻璃雙液漿堵水，注漿管采用？準50×5mm鋼花管，單根長2.5m，間距1.5×1.5m布設(shè)，詳見圖3。

3.3 初期支護防排水施工

針對高壓富水區(qū)隧道襯砌受力及防排水技術(shù)國內(nèi)外學(xué)者進行過較多研究[4-10]，多集中于對富水區(qū)隧道理論及其受力部位結(jié)論，對富水區(qū)隧道施工方法研究較少。青云山隧道在圍巖初噴后，在初噴表面安裝環(huán)向排水管，按每1m設(shè)置一處，橫向排水管按每2m設(shè)置一處。

環(huán)向排水半圓管施工注意事項：

①安裝時應(yīng)使環(huán)向排水半圓管與初噴面密貼固定。

②噴混凝土?xí)r不能將環(huán)向排本管沖擊、損傷或沖掉，并盡可能將其覆蓋。

③注意一定要將環(huán)向排水半圓管通過三通管接入縱向排水管。

3.4 隧道暗洞全斷面全包防排水

即在常規(guī)暗洞防排水設(shè)計基礎(chǔ)上仰拱拱底增設(shè)Φ110半邊打孔PE管、土工布、防水板及止水帶，PE管接至至兩側(cè)水溝底，施工見圖4。

3.5 提高襯砌混凝土強度

針對高壓富水襯砌易開裂的難題，發(fā)明噴霧養(yǎng)護臺車[11]，加強養(yǎng)護，提高混凝土強度，進而提高襯砌抗水壓能力，噴霧養(yǎng)護臺車見圖5。

3.6 豎向泄壓施工

隧道兩側(cè)邊水溝施工完成后，在高壓富水段落兩側(cè)邊溝底部鉆深2m的Φ160mm豎向泄壓孔，降低高壓水對仰拱的水壓力，解決仰拱易起拱施工難題，同時在泄壓孔內(nèi)安裝Φ110mmPVC管，PVC管高出水溝底部標高10cm，防止沉淀物堵塞泄壓孔;具體施工見圖6。

3.7 盲溝施工

路面基層混凝土施工前在仰拱填充面施工縫處設(shè)置盲溝，盲溝尺寸為20×5cm，盲溝內(nèi)埋設(shè)6×5cm扁形透水空心管，并用級配碎石填實，路面混凝土澆筑前采用防水土工布覆蓋。盲溝分縱橫向，縱向排水盲溝在填充面緊靠隧道橫坡較低側(cè)，橫向盲溝設(shè)置在沒處填充面施工縫處。對填充面有其他部位滲漏水時，盲溝在集中出水處加密。縱橫向盲溝在橫坡較低側(cè)水溝側(cè)壁鉆泄水孔與水溝相連。為保證排水通暢，排水盲溝底高程均不能低于兩側(cè)溝壁上的泄水孔如A大樣圖所示。凡鋪設(shè)排水盲溝處，其頂部均鋪設(shè)防水板土工膜防止排水盲溝頂部混凝土灰漿下滲堵塞排水盲溝，施工時應(yīng)將土工膜位置固定，以免跑位。

4? 高壓富水隧道施工效果

①在青云山隧道高壓富水段利用鉆孔排水減壓施工，提前排放了部分掌子面圍巖內(nèi)承壓水，增加了掌子面穩(wěn)定性。

②對青云山隧道洞身及隧底進行注漿加固，增加了圍巖整體性，形成的帷幕阻擋了水頭，進一步降低了水壓。

③襯砌支護、隧道防排水及襯砌混凝土強度提高，提高了隧道運營質(zhì)量，降低了運營期間維護成本。

5? 總結(jié)

①當圍巖較破碎且穩(wěn)定性較差時，必須對地下水進行限量鉆孔排放，釋放水壓，避免大量的地下水將各種填充物沖出，導(dǎo)致圍巖間摩阻力降低發(fā)生塌方;當圍巖穩(wěn)定性較好時，掌子面采用潛孔鉆進行水平鉆孔排水減壓以及探明前方水量及地質(zhì)情況。

②拱墻部利用雙層交錯超前小導(dǎo)管、徑向鋼管及仰拱鋼花管高壓壓注雙液漿相結(jié)合的堵水加固。

③針對高壓富水襯砌易開裂的難題，加密環(huán)向、橫向排水盲管，增加排水通道，同時采用噴霧臺車養(yǎng)護二襯混凝土，增強二襯砼養(yǎng)護效果，提高襯砌抗水壓能力。

④針對高壓富水仰拱易起拱的難題，采用全斷面全包防排水，仰拱底設(shè)盲管，邊溝底部鉆豎向泄水孔。

⑤針對運營期間路面滲漏水的難題，采用縱橫向設(shè)置貫通盲溝與隧道邊溝相連排水。

參考文獻：

[1]姚俊峰.富水區(qū)山嶺隧道襯砌水壓力及結(jié)構(gòu)受力特性的分析研究[D].西南交通大學(xué)，2014.

[2]王志杰，何晟亞，袁曄，王寧，何明磊.基于等效周長法研究隧道襯砌水壓力荷載及內(nèi)力[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2015，12（03）：577-583.

[3]李志鵬.基于流固耦合的富水區(qū)隧道注漿圈優(yōu)化研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2017（3）.

[4]王建宇.對隧道襯砌水壓力荷載的討論[A].中國土木工程學(xué)會、中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程分會.中國土木工程學(xué)會第十二屆年會暨隧道及地下工程分會第十四屆年會論文集[C].中國土木工程學(xué)會、中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程分會，2006：7.

[5]王秀英，譚忠盛，王夢恕，張民慶.宜萬鐵路巖溶隧道防排水原則及技術(shù)研究[J].中國工程科學(xué)，2010，12（08）：107-112.

[6]李治國.高水壓富水隧道地下水控制技術(shù)探討[J].隧道建設(shè)，2015，35（03）：204-209.

[7]蔣忠信.隧道工程與水環(huán)境的相互作用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005（01）：121-127.

[8]李偉，楊丹，李慶.高水壓山嶺隧道襯砌結(jié)構(gòu)水壓力特征研究[J].鐵道工程學(xué)報，2013（11）：57-61，68.

[9]王旭光.承壓富水隧道結(jié)構(gòu)承載數(shù)值模擬方法研究及應(yīng)用[D].重慶交通大學(xué)，2016.

[10]方勇，徐晨，陳先國，郭建寧.外水壓下大斷面公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力特性模型試驗[J].土木工程學(xué)報，2016，49（08）：111-119.

[11]何開均.隧道混凝土養(yǎng)護噴霧臺車：中國，ZL20162054153

8.8.2016-11-09.