土木施工中高水壓富水隧道地下水控制技術(shù)要點(diǎn)

聶記良 （同濟(jì)大學(xué)，上海 200092）

高水壓富水隧道的地下水控制技術(shù)目前在我國(guó)仍然不夠成熟，一旦工程技術(shù)設(shè)計(jì)、土木施工體系運(yùn)營(yíng)不合理就會(huì)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的漏水現(xiàn)象，地下水一般會(huì)出現(xiàn)涌水、地表塌陷等嚴(yán)重的工程事故，不僅給周圍的環(huán)境帶來(lái)了污染，而且給土木施工團(tuán)隊(duì)的人身安全造成了極大的威脅，也為今后的土木施工埋下了安全隱患。本文以地下水中泥沙的含量、隧道中涌水和地下水的水壓作為研究的出發(fā)點(diǎn)，以地下水控制的土木施工技術(shù)為落腳點(diǎn)，提高高水壓富水隧道地下水控制的土木施工技術(shù)，從而促進(jìn)我國(guó)技術(shù)的發(fā)展。

1 高水壓富水隧道地下水控制技術(shù)的概況

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展促進(jìn)了隧道建設(shè)行業(yè)的繁榮，并出現(xiàn)了不同種類的隧道類型，常見(jiàn)的有公路隧道、鐵路隧道、地下廠房隧道等。相比公路和地鐵隧道，地下廠房、地下停車場(chǎng)、地下飯店成為新的建造趨勢(shì)，但是地下建造難度較高、技術(shù)復(fù)雜。因此，為了滿足人們的生活需求，應(yīng)優(yōu)化整個(gè)地下水控制的公共結(jié)構(gòu)，使其安全又合理。

地下水受降雨量、氣候特征的影響，一旦出現(xiàn)工程事故，在治理過(guò)程中將會(huì)花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力?？傮w來(lái)說(shuō)，地下水位是一個(gè)分界點(diǎn)，可以把其分為兩類：一類是地下水位以上的隧道，這類隧道的地下水一般只受降雨量的影響，分別采用防水、排水、堵水、截水等4個(gè)步驟即可控制，相關(guān)部門(mén)需要嚴(yán)格控制土木施工，時(shí)刻測(cè)量地下水位的變化，通過(guò)上述步驟保證地下水的排水體系有序穩(wěn)定地進(jìn)行；第二類是地下水位以下的隧道，類似于深埋于大山隧道，高水壓、強(qiáng)富水，在地下水土木施工中會(huì)受到參差不齊的水位影響，容易產(chǎn)生側(cè)漏現(xiàn)象，影響整個(gè)工程的進(jìn)度。

2 高水壓、強(qiáng)富水隧道地下水漏水問(wèn)題的難點(diǎn)

2.1 地下水控制土木施工問(wèn)題

一個(gè)完整的地下水控制土木施工體系需要工程師的設(shè)計(jì)和項(xiàng)目部的組織安排、配置人員，如果安置的人員沒(méi)有按照排水體系土木施工，過(guò)度節(jié)省材料而忽略了工程本身所必需的，就會(huì)降低排水體系的標(biāo)準(zhǔn)，為漏水留下隱患。

土木施工工藝不符合要求，例如防水板破損或者止水夾安裝不到位，使防水環(huán)節(jié)無(wú)法起到作用，引起防水體系的破壞。

土木施工材料劣質(zhì)，對(duì)一個(gè)工程來(lái)說(shuō)，土木施工質(zhì)量是首要保證，是企業(yè)在業(yè)界內(nèi)樹(shù)立良好形象的標(biāo)準(zhǔn)，地下水控制體系一旦使用不達(dá)國(guó)家要求的材料，那么就會(huì)降低防水工程的耐久性，后續(xù)如再通過(guò)反復(fù)建造，便浪費(fèi)了大量的材料資源和資金[1]。

2.2 檢驗(yàn)監(jiān)督體系不完整

部分地下水控制體系缺少嚴(yán)格的監(jiān)督部門(mén)，未定時(shí)檢測(cè)、缺少實(shí)地勘察、現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間和條件無(wú)法進(jìn)行試驗(yàn)等情況也會(huì)造成漏水。在建造過(guò)程中使用的混凝土在抗?jié)B試驗(yàn)時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，或者因?yàn)槿藛T不專業(yè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較大，選擇的混凝土不符合防水要求，在長(zhǎng)時(shí)間的防水過(guò)程中并不能達(dá)到防水效果。如果一個(gè)土木施工體系中少了監(jiān)督體系，那么土木施工人員缺乏監(jiān)督，在工作時(shí)可能不按要求辦公，原材料的采買(mǎi)不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)工程的工期無(wú)法得到保證，地下水的土木施工技術(shù)體系自然無(wú)法進(jìn)步。

2.3 其他原因

鐵路隧道相對(duì)距離較長(zhǎng)，其中不僅隧道難建，地下水更是難以控制，在整個(gè)建造中遇到很多難題，例如結(jié)構(gòu)變形大，容易改變防水體系，并且混凝土在大氣中遇碳發(fā)生化學(xué)變化，會(huì)使防水厚度降低。因此在整個(gè)防水體系的土木施工過(guò)程中，不僅受到設(shè)計(jì)、土木施工安排、監(jiān)督體系等因素影響，其他原因也是工程師應(yīng)該考慮的問(wèn)題。

3 高水壓富水隧道地下水控制的土木施工技術(shù)

3.1 采取先進(jìn)的鉆孔機(jī)器和科學(xué)管理

隧道中一般采取國(guó)際先進(jìn)的XY-1型號(hào)的地質(zhì)鉆，其可以依照開(kāi)挖面的地質(zhì)情況進(jìn)行深度不一的挖掘，并且可以將挖掘過(guò)的地質(zhì)繪制成簡(jiǎn)圖，采取抽樣檢測(cè)的方法對(duì)整個(gè)隧道的情況進(jìn)行分析，為工程師提供一份科學(xué)的地質(zhì)報(bào)告。有些隧道屬于高原氣候類型，因此需要時(shí)刻監(jiān)管當(dāng)?shù)氐牡叵滤蛔兓ＷC水位的正常深度，采用動(dòng)態(tài)監(jiān)管體系，對(duì)周圍的巖石檢測(cè)，以保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，降低巖石的承載壓力，避免周圍巖石損壞。

隧道建設(shè)過(guò)程中，工程師要及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)科學(xué)合理的補(bǔ)救措施及時(shí)完善地下水土木施工技術(shù)，將整個(gè)工程的損失降到最低，危險(xiǎn)控制在最小范圍，從而不影響土木施工。任何高水壓富水的隧道工程均需要建立健全動(dòng)態(tài)監(jiān)管體系，以保證地下水控制的土木施工正常有序地進(jìn)行，增強(qiáng)安全保障的力度。

3.2 采取恰當(dāng)?shù)呐潘到y(tǒng)，控制外道隧道的水壓

不同的隧道地質(zhì)和環(huán)境條件均不相同，相關(guān)部門(mén)按照地下水的活動(dòng)狀態(tài)，對(duì)相應(yīng)的外水壓力折減系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，一旦水位變化，或者系數(shù)逐漸變大，那么應(yīng)該及時(shí)尋找補(bǔ)救措施，保證地下水控制技術(shù)的順利實(shí)施，通過(guò)5 個(gè)級(jí)別可以清楚看到外隧道的水壓，采取恰當(dāng)?shù)呐潘到y(tǒng)，進(jìn)而控制外道隧道的水壓，設(shè)計(jì)合理的隧道排水系統(tǒng)，見(jiàn)表1[2]。

表1 水壓力折減系數(shù)X值

3.3 設(shè)計(jì)過(guò)程注重隧道排水量的標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)前文論述地下水控制土木施工技術(shù)的難點(diǎn)問(wèn)題，其中隧道內(nèi)地下水中容易出現(xiàn)泥沙，泥沙的含量會(huì)造成地下水下降、河流污染等影響，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該注重隧道內(nèi)排水的等級(jí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的范圍采取適合的方法解決這一難題。隧道的排水類型是不相同的，需要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)使用，否則容易造成原材料的消耗。相關(guān)的工程師根據(jù)隧道的排水量合理選擇地下水控制土木施工技術(shù)，保證整個(gè)體系的科學(xué)性。排水量等級(jí)表見(jiàn)表2。

表2 排水量等級(jí)

3.4 重視排水土木施工質(zhì)量，嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

高水壓、強(qiáng)水富的隧道一旦建造成功，地下水的防排水控制對(duì)整個(gè)工程是否成功起著決定性作用，需要相關(guān)部門(mén)設(shè)置防水板，利用相關(guān)的機(jī)器設(shè)備鋪設(shè)，在混凝土中設(shè)置一些止水夾，對(duì)地下水中泥沙含量較大的水進(jìn)行處理，相關(guān)部門(mén)可以多利用機(jī)器設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，保證工作效率。只有工程嚴(yán)格按照國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行，才能保證排水的整體效果。

4 案例分析

以某段隧道為例。該隧道所處地段的地貌為中低山剝蝕構(gòu)造，周圍地質(zhì)情況復(fù)雜，多斷層角礫以及且附近地下水資源豐富。由于附近巖石的破碎程度大，空隙多，所以該隧道的地下水多是孔隙潛水以及基巖裂隙水，在土木施工時(shí)需要大量的工人抽水、排水，這就在無(wú)形中增加了工作人員的工作量。根據(jù)隧道的實(shí)際情況，土木施工隊(duì)在挖的階段選擇了臺(tái)階法，然后錨網(wǎng)支護(hù)，拱墻一次襯砌，整個(gè)土木施工過(guò)程堅(jiān)持“以排為主，防與堵為輔”原則，防止富水破壞周圍構(gòu)架，在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下按時(shí)交工。該段的圍巖比較差，為了避免圍巖坍塌，土木施工隊(duì)首先要做的就是加固圍巖，采取了格柵鋼架、噴射混凝土以及雙排超前小導(dǎo)管預(yù)注漿等措施。在具體實(shí)施過(guò)程中，工程應(yīng)用了XY-1 型地質(zhì)鉆，根據(jù)實(shí)際情況在開(kāi)挖面3m～5m 的大小依次開(kāi)挖，將挖掘過(guò)的地質(zhì)繪制成簡(jiǎn)圖，采取抽樣檢測(cè)的方法對(duì)整個(gè)隧道的情況進(jìn)行分析，為工程師提供一份科學(xué)的地質(zhì)報(bào)告。為了優(yōu)化隧道的排水系統(tǒng)，方便監(jiān)測(cè)隧道各項(xiàng)數(shù)據(jù)等，土木施工隊(duì)先進(jìn)行仰拱，緊跟著二次襯砌，并應(yīng)用直徑為100mm縱向盲管優(yōu)化襯砌背后的防水層，僅設(shè)置防水層是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此土木施工隊(duì)又增加了50mm 的透水盲管，每隔50m 放置一個(gè)，再配上密集度為1：1.2的防水板。曾在由于該段地質(zhì)條件復(fù)雜，充滿不可預(yù)測(cè)性，所以比較考驗(yàn)工人們的技術(shù)水平以及工人間相互配合的默契，這就意味著土木施工單位必須時(shí)刻檢測(cè)項(xiàng)目的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，向各部門(mén)的土木施工人員及時(shí)反饋?zhàn)钚碌南ⅰ?/p>

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，高水壓富水隧道地下水的控制在整個(gè)隧道土木施工過(guò)程中至關(guān)重要，土木施工隊(duì)要正確認(rèn)識(shí)它，在實(shí)際土木施工過(guò)程中不斷優(yōu)化土木施工方案以及土木施工技術(shù)，為后面開(kāi)展的隧道工程提供經(jīng)驗(yàn)。上文以高水壓、強(qiáng)富水隧道地下水漏水問(wèn)題的難點(diǎn)為基礎(chǔ)提出三個(gè)高水壓富水隧道地下水控制的土木施工技術(shù)要點(diǎn)，并通過(guò)一個(gè)工程實(shí)例，讓讀者清晰地了解了整個(gè)土木施工過(guò)程中的技術(shù)應(yīng)用，以期為我國(guó)隧道建設(shè)貢獻(xiàn)一分力量，促進(jìn)整個(gè)土木施工體系完善。