淺談隧道施工階段地下水的處理對策

劉振陽

摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隧道建設(shè)取得了長足的進(jìn)步，隧道數(shù)量與隧道長度都出現(xiàn)了較高的增長。與之相伴隨的另一個(gè)問題是：在隧道施工中，經(jīng)常發(fā)生滲漏、突水、涌水等水害，不僅影響施工，威脅隧道穩(wěn)定，而且還會(huì)導(dǎo)致地下水位下降，對隧道周邊居民用水造成不利影響。因此，必須認(rèn)真研究隧道施工階段地下水的處理對策。本文將就此展開闡述。

關(guān)鍵詞：隧道施工;地下水處理;對策

中圖分類號：U457.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）08-0130-02

在交通運(yùn)輸業(yè)蓬勃發(fā)展的大背景下，國內(nèi)隧道建設(shè)也在不斷提速。據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)，截止二〇一七年，全國公路隧道已達(dá)16229座，長度達(dá)1528.51萬米，其中特長隧道902座（總長401.32萬米），長隧道3841座（總長659.93萬米）;全國鐵路運(yùn)營隧道超過14100座，長度超過1412萬米;其中長度超過10公里的特長隧道有102座（總長141.1萬米）。

而隧道水害的問題也顯得更加突出：許多隧道出現(xiàn)滲漏，還有一些隧道發(fā)生突水、涌水。為保障隧道施工質(zhì)量，有必要認(rèn)真研究地下水處理對策。

1 地下水

地下水指的是埋藏于地表以下各種形式的重力水。

根據(jù)地下水埋藏條件、含水裂隙特點(diǎn)，可以將地下水分為不同的種類;其中對于隧道施工影響較大的幾類地下水，分別是：

1.1 上層滯水

上層滯水在于地下包氣帶內(nèi)部。它是降雨或地表水滲透進(jìn)地下后，因包氣帶內(nèi)部隔水層的阻隔聚集而成。上層滯水埋藏較淺，具有自由水面，水量較小，受季節(jié)影響較大。若隧道施工深入包氣帶，上層滯水便會(huì)以突水形式涌入隧道，影響施工安全[1]。

1.2 潛水

潛水多埋藏于第四系沉積巖中，在裂縫、溶巖中也有潛水的分布。潛水具有自由流動(dòng)性，在地下形成徑流，常被居民用作飲用水源。在隧道施工中遇到潛水，容易發(fā)生涌水。

1.3 承壓水

承壓水位于兩個(gè)隔水層之間，受到自身重力及壓力的作用，因而得名。承壓水沒有自由水面，不受季節(jié)變化的影響，水位穩(wěn)定，常被居民用于日常生活及農(nóng)田灌溉。承壓水若涌入隧道，可破壞隧道的穩(wěn)定性。

1.4 成巖裂隙水

多分布于巖漿巖的裂隙之中，分布面積較小，但水量較大。在隧道施工中發(fā)生的巖體失穩(wěn)破壞，多與巖裂隙水活動(dòng)有關(guān)。

1.5 構(gòu)造裂隙水

頁巖、泥巖、沉積巖等巖石受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)應(yīng)力作用，形成構(gòu)造裂隙。位于其中的地下水即為構(gòu)造裂隙水。構(gòu)造裂隙水通常有導(dǎo)水通道，在隧道施工中可引發(fā)較大涌水事故。

1.6 巖溶水

巖溶水位于巖溶裂隙中，有統(tǒng)一的潛水面。巖溶水分布不均勻，可接受地表水補(bǔ)給。巖溶水水量大，流速快，若發(fā)生涌水，可直接淹沒整條施工中的隧道。

2 地下水對隧道造成的危害

地下水可導(dǎo)致巖體產(chǎn)生剪切運(yùn)動(dòng)，改變巖體內(nèi)充填物的物理性質(zhì)，將其從固態(tài)轉(zhuǎn)化成液態(tài)。地下水的酸性較強(qiáng)，具有很強(qiáng)的侵蝕作用，可溶蝕隧道巖層中的石灰?guī)r、石膏等成分，形成裂隙、空隙;還可腐蝕鋼筋混凝土。

有統(tǒng)計(jì)表明：目前，國內(nèi)大約70%的鐵路運(yùn)營隧道存在不同程度的水害，其中一千五百多座隧道因滲漏嚴(yán)重，影響鐵路運(yùn)營。在隧道開掘中，經(jīng)常出現(xiàn)涌水，不僅危害施工安全，而且會(huì)造成地下水位迅速下降，影響周邊居民正常生活用水與農(nóng)業(yè)用水。因此，在隧道施工中，必須認(rèn)真做好地下水防水、排水。

3 隧道施工中的地下水處理對策

3.1 運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)

隧道工程施工現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜，工期往往較為緊張，因此，施工單位需組建地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)的專門班子，采集施工地段的水文、地質(zhì)、變形、應(yīng)變等方面信息，在整個(gè)施工過程中隨時(shí)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)。

工欲善其事必先利其器。開展地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，須運(yùn)用各種先進(jìn)技術(shù)設(shè)備。施工單位可運(yùn)用法國LUTZ超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)操作方便，可隨深度與時(shí)間的變化進(jìn)行測量，實(shí)時(shí)傳遞數(shù)據(jù)，在電腦屏幕上直觀呈現(xiàn)隧道開挖前方200米內(nèi)巖層的裂隙、破碎、涌水、巖層軟硬、空洞、腔體、涌泥、涌砂等情況。在LUTZ超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)后，技術(shù)人員可使用YL-GPR無線一體式探地雷達(dá)，通過逐點(diǎn)測量采集前方30米內(nèi)的地質(zhì)信息，查明巖體中是否存在巖溶、塌陷、破碎帶。技術(shù)人員還可使用HW-306便攜式紅外探水儀，探測30米范圍內(nèi)是否存在含水?dāng)鄬?、含水溶洞、地下暗河[2]。

施工單位在查明地下水埋藏、徑流、補(bǔ)給、排泄、發(fā)育情況、水位動(dòng)態(tài)及導(dǎo)水通道情況后，須向設(shè)計(jì)單位與建設(shè)單位提交超前預(yù)測預(yù)報(bào)報(bào)告。設(shè)計(jì)單位須仔細(xì)研究該報(bào)告，若無異常則允許施工單位繼續(xù)開挖掘進(jìn)，若發(fā)現(xiàn)異常則應(yīng)要求施工單位進(jìn)行超前鉆孔探測。

3.2 做好洞外防排水

在隧道左右兩端，須挖掘排水溝，并設(shè)置急流槽，對地下水進(jìn)行引流。若隧道工程是明洞襯砌，在其縱向方向上于磚墻角布置雙壁打孔波紋管與砂礫盲溝，沿隧道縱坡布置縱向排水管，爾后在明洞襯砌外部墊上土工布-防水板-土工布，最后覆蓋水泥砂漿。回填土頂面須用粘土設(shè)置隔水層，隔水層須深入邊坡、仰坡。隧道仰拱上方也須設(shè)置排水溝。

3.3 做好結(jié)構(gòu)防水及結(jié)構(gòu)排水

在明洞襯砌背后，用雙壁打孔波紋管設(shè)置環(huán)向盲溝;在明洞襯砌左右兩邊墻角外側(cè)，用雙壁打孔波紋管設(shè)置縱向盲溝;左右兩側(cè)檢修道下須設(shè)排水溝，左右兩側(cè)路緣帶須設(shè)路緣邊溝，洞口500米范圍內(nèi)用雙層蓋板設(shè)置保溫水溝，雙層蓋板中間須設(shè)置聚氨酯保溫復(fù)合板，隧道兩側(cè)側(cè)溝墻上須布置鋼筋。使用P8級別以上的防水混凝土修建襯砌，在進(jìn)行環(huán)向施工、縱向施工時(shí)須設(shè)止水帶。墻腳縱向、拱墻環(huán)向上須布置排水盲管。明洞外須覆蓋外貼式防水層，襯砌外須布置防水板，以組成一個(gè)完整的排水系統(tǒng)。

3.4 突水施工

隨著隧道不斷向前掘進(jìn)，必定會(huì)遇到一些含有較多地下水的巖段。施工單位須對這些巖段進(jìn)行超前預(yù)測，并使用鉆眼臺車開挖探水孔，驗(yàn)證這些巖段是否存在地下水異常點(diǎn)。探水孔開挖后，須詳細(xì)記錄出水點(diǎn)位置、出水量、水壓等。而后，根據(jù)探水孔出水量設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行處治。

若異常點(diǎn)周邊圍巖比較穩(wěn)定，可以通過小導(dǎo)管注入漿液進(jìn)行堵水。其具體流程為：根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，選擇漿液（可選擇水泥-水玻璃雙液漿），進(jìn)行配比試驗(yàn)，確定注漿參數(shù)，而后進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，并檢查試驗(yàn)效果。若效果達(dá)標(biāo)，則準(zhǔn)備各種設(shè)備、機(jī)具、材料、并加工管材，投入正式施工。第一步，噴混凝土封閉礃子面;第二步，鉆孔，打入超前小導(dǎo)管（小導(dǎo)管可采用φ42×4毫米無縫鋼管，每根小導(dǎo)管長3.0米，小導(dǎo)管之間環(huán)向間距200毫米，縱向間距600毫米）;第三步，安孔口止?jié){塞;第四步，連接注漿管;第五步，注漿。施工結(jié)束后，檢查堵水效果，若效果達(dá)標(biāo)，繼續(xù)向前開挖掘進(jìn)。

3.5 主動(dòng)排水

隧道施工接近含水層時(shí)，應(yīng)主動(dòng)進(jìn)行超前探水、鉆孔排水。具體步驟為：第一步，開挖接近含水層時(shí)，在礃子面上打一個(gè)超前探孔，若該探孔未出水，則向前繼續(xù)開挖10米，繼續(xù)進(jìn)行探水。若該探孔出現(xiàn)流水，但流速緩慢，水壓較低，則在礃子面上再鉆出三個(gè)超前探孔。若這三個(gè)探孔出水狀況與第一個(gè)探孔相同，則再向前開挖10米，再次進(jìn)行探水。此時(shí)，若發(fā)現(xiàn)某一個(gè)探孔出水量加大，水壓加大，則停止開挖，檢測水壓、流量，分析水質(zhì)。詳細(xì)掌握出水情況后，在礃子面前打7個(gè)直徑108毫米的排水孔，自上而下依序排放含水層中的積水[3]。7個(gè)排水孔切不可同時(shí)排水。待含水層中的積水徹底排盡后，方可繼續(xù)進(jìn)行隧道施工。

3.6 處治溶洞

隧道施工可能遇到一些發(fā)育規(guī)模不同的溶洞，溶洞內(nèi)含有積水，并為地下水提供巖溶通道。因此，施工單位須通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)與探地雷達(dá)進(jìn)行超前探測預(yù)報(bào)，發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)，再通過鉆孔進(jìn)行超前探測，采集礃子面前方的巖溶發(fā)育、圍巖富水、巖性等信息，而后根據(jù)溶洞的發(fā)育規(guī)模、巖層穩(wěn)定性、地下水等實(shí)際情況，采取不同的處治措施。

3.6.1 處治規(guī)模較小的溶洞

若溶洞深度不足3米，由于隧道施工暴露出來，可直接進(jìn)行回填。位于起拱線上方的溶洞，須首先清理溶洞中的充填物，然后在洞中布置錨噴網(wǎng)支護(hù)架構(gòu)，再澆注二次襯砌，回填C15混凝土。位于起拱線下方，隧道邊墻上的溶洞，同樣須首先清理充填物，再填入C15混凝土，回填厚度應(yīng)達(dá)1.5米?；紫路降娜芏纯刹扇⊥瑯哟胧┨幹巍?/p>

3.6.2 處治規(guī)模較大的溶洞

若溶洞深度在3米以上，則須采取以下措施：

位于起拱線上方的溶洞，首先清理內(nèi)部充填物，在其內(nèi)部布置錨噴網(wǎng)支護(hù)，而后沿溶洞洞壁環(huán)向布置鋼筋拱，再修建二次襯砌，最后向洞入澆筑C14混凝土。

位于起拱線上方的溶洞，若內(nèi)部充填物難以清理，則采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿預(yù)支護(hù)，而后布置工字鋼，制作鎖腳錨桿，確保基礎(chǔ)穩(wěn)定，最后布置鋼筋網(wǎng)，噴射C14混凝土。

位于起拱線下方的溶洞，可綜合采用回填、嵌補(bǔ)、注漿、支頂、擴(kuò)大樁基礎(chǔ)跨越等措施處治。

3.6.3 處治溶洞水

若溶洞水未獲得地表水或其它徑流補(bǔ)充，應(yīng)盡快進(jìn)行排水作業(yè)，排盡溶洞中的地下水，再處理溶洞。若溶洞與地表相連，溶洞水源源不斷地獲得地表水補(bǔ)充，則首先須采取措施堵水，再進(jìn)行排水。

處治溶洞水時(shí)，應(yīng)盡可能保持原有巖溶管道系統(tǒng)的完整穩(wěn)定，盡量利用原有的巖溶管道，盡可能使原有的地下水補(bǔ)給、徑流保持正常。若隧道與巖溶管道相交，應(yīng)在隧道底部埋設(shè)管道，連接被截?cái)嗟膸r溶管道。

4 結(jié)語

如何處理地下水，是隧道施工中最棘手的問題之一。因此，我們需要認(rèn)真總結(jié)施工中的經(jīng)驗(yàn)，積極思考各種處理對策，應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，主動(dòng)采取排水、防水措施，把隧道地下水問題解決好。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐明飛，張國珍，張洪偉，崔圣達(dá).隧道涌水預(yù)測方法及防治對策研究[J].地下水，2018， 40（01）：6-9.

[2] 曹軍輝，李克建，劉迎松.地下水對通過含水砂層段暗挖隧道施工的影響及控制方案研究[J].西部探礦工程，2018，30（01）：184-186+190.

[3] 石磊.隧道地下水處治的設(shè)計(jì)理論及方法研究[J].江西建材，2017（18）：150-151.