復(fù)合地層隧道涌突水防治施工措施

趙 毅 李小波

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)公路三分公司，四川 成都 610200）

隧道工程施工建設(shè)中容易發(fā)生涌水問(wèn)題，一旦出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，會(huì)給工程施工安全帶來(lái)直接影響，還會(huì)引發(fā)其他安全問(wèn)題。在隧道工程施工過(guò)程中，為避免涌水現(xiàn)象，需做好出現(xiàn)涌水現(xiàn)象原因的調(diào)查工作，采取相關(guān)措施進(jìn)行防范和處理。在涌突水防治過(guò)程中，要綜合思考各種因素，例如地質(zhì)環(huán)境、水文條件等，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，深入探討隧道涌突水防治措施。

1 工程概況

隧址區(qū)處于大涼山山區(qū)，隧道穿越近南北向的山嶺，從山嶺東側(cè)斜坡穿入，該坡體坡度在15～25°，隧道自 NE～SW 流向的石頭洼右側(cè)岸坡穿出，場(chǎng)地基巖局部出露，圖幅內(nèi)隧址區(qū)最高點(diǎn)位于隧道穿越山體越脊處，海拔為1 403.6m，最低點(diǎn)位于路進(jìn)口外的斜坡上，海拔為965.8m，相對(duì)高差為437.8m，場(chǎng)地為深切高山峽谷地形，屬構(gòu)造剝蝕中山地貌。

隧道進(jìn)口位于山體斜坡上溝谷右側(cè)，該斜坡坡度一般在15～25°，局部可達(dá)35°，呈折線，地表未見(jiàn)基巖出露，主要為崩坡積層，該處植被茂密，柏樹(shù)及茶林密布；進(jìn)口處地形較陡，上部相對(duì)平緩，隧道進(jìn)口處發(fā)育一條流向 338°轉(zhuǎn) 60°的季節(jié)性沖溝，溝岸溝內(nèi)未見(jiàn)基巖出露，多為崩坡積層，植被茂密，多為柏樹(shù)，有少量竹林、雜草。

隧道出口位于自 SE～NW 流向的石頭洼右側(cè)岸坡，洞口處地形平緩，斜坡坡度一般在 10～25°，該斜坡為下陡上緩，坡上植被茂密，多為柏樹(shù)及雜草，下部河流岸坡坡度可達(dá) 50～70°；斜坡底部為石頭洼，石頭洼由 NE 向 SW 流經(jīng)場(chǎng)地。

2 隧道工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

2.1 隧道地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

2.1.1 隧道進(jìn)口

（1）自然斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。對(duì)于袁家溪隧道，進(jìn)口段建立在鄉(xiāng)村公路坡腳處位置，斜坡平均坡度為20°左右，局部可以超過(guò)35°。該斜坡處地表被第四系崩坡積層覆蓋，覆蓋厚度約35m，表層土體主要以塊石為主，局部含有適量礫粘土透鏡體，巖土界面坡度為20°左右，周?chē)参锇l(fā)育較好，地表沒(méi)有出現(xiàn)滑塌等地質(zhì)問(wèn)題，自然環(huán)境下斜坡整體比較穩(wěn)定，左洞進(jìn)口軸線與地形等高線小角度斜交，出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象。根據(jù)進(jìn)口段土地結(jié)構(gòu)和地形特點(diǎn)，圍巖等級(jí)為V級(jí)，應(yīng)做好支護(hù)工作，如果支護(hù)不及時(shí)，將出現(xiàn)不同程度的塌陷問(wèn)題。其位于兩條季節(jié)性沖溝之間，地下水比較豐富。

（2）塹、仰坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。隧道左洞軸線與等高線斜交，出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象，洞口斜坡巖土結(jié)構(gòu)為二元結(jié)構(gòu)，上部分是崩坡積塊石，厚度為35m左右，表面呈現(xiàn)出松散現(xiàn)象，底部呈現(xiàn)出中密狀，隧道挖設(shè)后，塹、仰坡容易變形、滑塌，塹、仰坡開(kāi)挖需做好支護(hù)工作，尤其是隧道穿過(guò)土體段斜坡時(shí)，易發(fā)生變形等問(wèn)題，應(yīng)對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)處理。

2.1.2 隧道出口

（1）自然斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。隧道出口位于石頭洼右側(cè)坡體，斜坡平均坡度為15°左右，下伏基巖主要有灰?guī)r、泥灰?guī)r等，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，局部含有溶蝕洼地，形成地表反翹地貌，該斜坡呈現(xiàn)出下陡上緩的趨勢(shì)，坡上生長(zhǎng)大量植物，主要為柏樹(shù)，下部河流岸坡坡度約為60°，該斜坡中有部分基巖外露，以灰?guī)r為主，表面覆蓋厚度不厚，表面土地主要以礫粘土為主，厚度為1m左右，植物生長(zhǎng)較好，大部分是柏樹(shù)，表面沒(méi)有出現(xiàn)滑坡等不良地質(zhì)問(wèn)題，自然情況下斜坡整體比較穩(wěn)定。

（2）塹、仰坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。在隧道挖設(shè)以后，洞口外塹坡開(kāi)挖高度比較小，巖體以強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化灰?guī)r組成，在適宜坡比環(huán)境下，塹坡開(kāi)挖比較穩(wěn)定。

2.2 隧道水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

表1 場(chǎng)地環(huán)境水對(duì)混凝土的腐蝕性評(píng)價(jià)表

2.2.1 地下水水質(zhì)及腐蝕性評(píng)價(jià)

初勘取水質(zhì)分析2組，其中隧道進(jìn)口取溝水1組、出口斜坡取泉水1組，對(duì)這兩組水質(zhì)情況進(jìn)行分析，按照《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》要求，將場(chǎng)地環(huán)境劃分為Ⅱ類(lèi)，場(chǎng)地水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Ca 型，場(chǎng)地環(huán)境水將會(huì)對(duì)混凝土造成一定腐蝕。場(chǎng)地環(huán)境水對(duì)混凝土的腐蝕性評(píng)價(jià)見(jiàn)表1。

結(jié)合水質(zhì)分析數(shù)據(jù)得知，按照《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》相關(guān)要求，編制環(huán)境類(lèi)型水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)表，根據(jù)Ⅰ類(lèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)對(duì)場(chǎng)地環(huán)境水腐蝕情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)表中數(shù)據(jù)得知，該區(qū)域地下水對(duì)混凝土和鋼筋造成的腐蝕影響比較小。由于須家河組煤線中含有少部分的煤線，其中包含黃鐵礦等硫化物礦。在化學(xué)反應(yīng)下，可以轉(zhuǎn)變成具有腐蝕性的硫酸鹽，所以，建議采用按弱腐蝕性設(shè)計(jì)方式進(jìn)行。

2.2.2 隧道涌水量預(yù)測(cè)

通過(guò)采取地下徑流模數(shù)法、降水入滲法等方式對(duì)隧道涌水量進(jìn)行計(jì)算，隧道涌水統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 隧道涌水統(tǒng)計(jì)表（m3/d）

斷層、砂泥巖界限主要是按照地址測(cè)繪及鉆孔情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)際界面形態(tài)比較復(fù)雜，需觀察施工位置，勘察地質(zhì)變化情況，加強(qiáng)施工地質(zhì)檢查。隧道施工在斷層附近、砂泥巖界限附近都將會(huì)出現(xiàn)涌水問(wèn)題，一定要加強(qiáng)超前探水，預(yù)防突然涌水?？扇軒r與非可溶巖界線可以按照地表出露情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)際界面比較復(fù)雜，施工要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，做好施工地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。

3 復(fù)合地層隧道涌突水防治施工措施

3.1 導(dǎo)水通道探查技術(shù)

在復(fù)合地層隧道涌突水防治過(guò)程中，需要采用探測(cè)技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，完成施工區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，根據(jù)獲取的地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，掌握工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，深入了解施工范疇內(nèi)的地質(zhì)條件，采用物探法，選擇適宜的鉆孔位置進(jìn)行鉆孔施工。結(jié)合探測(cè)結(jié)果綜合分析，了解施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，尤其是巖層分布情況和周?chē)欠翊嬖诤畼?gòu)造地質(zhì)。為保證檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和精準(zhǔn)性，在實(shí)際工作中采取瞬變電磁法。該方法是在電磁之間通過(guò)相互感應(yīng)，由不接地回線發(fā)出脈沖磁場(chǎng)信號(hào)，利用接地線圈進(jìn)行觀測(cè)。地下地質(zhì)條件變化將會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)變化，使其出現(xiàn)增強(qiáng)或削減的狀況。通過(guò)比較分析，其優(yōu)勢(shì)在于占據(jù)面積小，可以在橫向或者縱向位置觀察，形成較高的分辨率。隨著技術(shù)水平提高，采用TEM 探測(cè)地質(zhì)過(guò)程中，探測(cè)深度可超過(guò)200m，對(duì)含水構(gòu)造地質(zhì)有較強(qiáng)監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)。TEM 探測(cè)出的含水構(gòu)造地質(zhì)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 TEM 探測(cè)出的含水構(gòu)造地質(zhì)示意圖

采取上述探測(cè)技術(shù)，能有效識(shí)別出含水提一級(jí)導(dǎo)水通道所在位置，在含水量比較高的情況下，可以結(jié)合水文地質(zhì)情況進(jìn)行防水治理，采取堵塞導(dǎo)水通道的方法進(jìn)行處理。通過(guò)及時(shí)治理，能防止工程突發(fā)的涌水問(wèn)題，降低對(duì)施工進(jìn)度和周?chē)h(huán)境的影響。

3.2 綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)

在開(kāi)展地面探測(cè)工作過(guò)程中，容易受到山區(qū)地形等因素影響。在進(jìn)行探測(cè)時(shí)，如果發(fā)生位置偏移現(xiàn)象，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整，但依然會(huì)出現(xiàn)偏差，為保證探測(cè)結(jié)果，做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作是非常必要的。針對(duì)施工工期和性?xún)r(jià)比等因素，采取的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)有兩種：瑞利波探測(cè)和雷達(dá)探測(cè)。瑞利波探測(cè)是在錘擊震源的情況下進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)較全面，不會(huì)發(fā)生遺漏狀況，但不能利用該技術(shù)進(jìn)行含水構(gòu)造的直接探測(cè)，依然要利用綜合地質(zhì)分析。而雷達(dá)探測(cè)是在電磁波反射的情況下進(jìn)行探測(cè)，施工效率較快，能直接展現(xiàn)出含水構(gòu)造異常情況。但雷達(dá)探測(cè)信號(hào)將會(huì)受到含水?dāng)鄬悠扑榍闆r的影響，容易出現(xiàn)漏點(diǎn)，所以，在探測(cè)過(guò)程中需要靈活處理。

3.3 涌水段技術(shù)處理措施

對(duì)于工程建設(shè)中出現(xiàn)的涌水問(wèn)題，治理原則在于排水+堵水，在具體挖設(shè)操作中，如果發(fā)生地下水涌水狀況，應(yīng)利用小導(dǎo)管注漿的方式進(jìn)行處理。如果涌水路段產(chǎn)生一定水壓，則在完成支護(hù)工作后，要及時(shí)填堵水的空洞，施工技術(shù)在于安裝泄水鋼管，設(shè)有閥門(mén)，數(shù)量不小于兩根。在注漿過(guò)程中，注漿位置應(yīng)選擇在涌水孔洞處。通過(guò)灌注，能夠快速凝固混凝土，在強(qiáng)度滿(mǎn)足工程要求后關(guān)閉閥門(mén)，堵住泄水管，之后進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。前期涌水量比較大，水產(chǎn)生的壓力比較小，注漿效果明顯。注漿完成后，涌水現(xiàn)象得到明顯控制。只有從根源將發(fā)生涌水現(xiàn)象的位置進(jìn)行封堵，才能保證隧道使用期限，提高隧道施工質(zhì)量，降低隧道施工給周?chē)h(huán)境帶來(lái)的影響。

3.4 涌突水處治措施

一旦發(fā)生涌突水問(wèn)題，需第一時(shí)間進(jìn)行處理，一般采用超前鉆孔排水、井點(diǎn)降水等方法。在實(shí)際防治處理中，結(jié)合實(shí)際情況，選擇適宜的防治措施。例如，承壓水突然襲擊時(shí)，可采取超前鉆孔排水技術(shù)。在挖設(shè)面的前方位置，如果存在高壓地下水情況，采取這種防治措施，不會(huì)影響圍巖穩(wěn)定性。在開(kāi)展超前圍巖注漿堵水施工時(shí)，利用水泥漿液對(duì)地表注漿，在注漿操作中要對(duì)地質(zhì)、水文情況進(jìn)行勘測(cè)，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)制定詳細(xì)施工計(jì)劃，保證施工質(zhì)量。如果是深埋隧道，注漿時(shí)應(yīng)按照長(zhǎng)短注漿要求，使其形成隔水帷幕，根據(jù)巖層實(shí)際情況確定注漿長(zhǎng)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，在復(fù)合地層隧道施工之前，要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)中含水構(gòu)造地質(zhì)和導(dǎo)水通道情況進(jìn)行調(diào)查，防止在施工建設(shè)中發(fā)生涌水現(xiàn)象。在本工程建設(shè)中，主要采取TEM 技術(shù)等方法，根據(jù)探測(cè)結(jié)果和地質(zhì)預(yù)報(bào)分析，實(shí)現(xiàn)涌水現(xiàn)象的防治，達(dá)到理想的預(yù)防效果。