隧道富水施工技術(shù)分析

王 毅

(甘肅省公路交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000)

地下水處理是隧道工程施工中的常見問題，受施工現(xiàn)場(chǎng)水文、地質(zhì)以及圍巖特征不同的影響，在隧道工程施工的過程中很容易出現(xiàn)地下水處理問題。從隧道工程施工實(shí)際情況來看，一旦在隧道施工過程中發(fā)現(xiàn)富水問題，會(huì)嚴(yán)重影響到隧道工程的施工進(jìn)度、工程質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生安全事故。因此，如何在隧道工程施工中做好防水、排水工作，減小富水問題對(duì)施工的影響，成為技術(shù)人員需要思考和解決的問題。文章在闡述隧道富水影響和危害的基礎(chǔ)上，就隧道工程富水施工技術(shù)的應(yīng)用問題進(jìn)行探究，旨在能夠?yàn)樗淼拦こ痰母哔|(zhì)量建設(shè)發(fā)展提供更加有力的支持。

1 隧道富水的危害

1.1 影響隧道結(jié)構(gòu)安全

隧道富水的表現(xiàn)形式多種多樣，通常根據(jù)水量大小分為涌水和滲水。涌水是指大量地下水不斷地流入隧道施工現(xiàn)場(chǎng)，而滲水的水量要遠(yuǎn)小于涌水，一般為明顯水流從裂隙中流出或者拱部滴水連成線。

隧道涌水會(huì)使掌子面穩(wěn)定性減低，尤其是在采用礦山法進(jìn)行施工的隧道中，這種問題最易發(fā)生。礦山法是以掌子面自穩(wěn)為基礎(chǔ)的，然而在存在裂縫的土砂圍巖與薄弱圍巖中，涌水會(huì)使巖體強(qiáng)度降低，減弱掌子面的穩(wěn)固性，易引發(fā)掌子面坍塌[1]。同時(shí)，隧道涌水會(huì)降低噴混凝土和圍巖之間的附著力，并使錨桿錨固材料脫落，導(dǎo)致襯砌的支護(hù)功能減弱。

如果是圍巖滲水，就會(huì)對(duì)隧道的混凝土澆筑產(chǎn)生影響，會(huì)導(dǎo)致還未凝固的混凝土含水量上升，造成混凝土吸附能力下降；另一方面，圍巖滲水還會(huì)對(duì)已經(jīng)凝固的混凝土等支撐材料造成影響，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，降低混凝土的強(qiáng)度，進(jìn)而對(duì)隧道質(zhì)量造成影響。如果是拱底發(fā)生富水現(xiàn)象，地下水有可能浸泡隧道拱底圍巖和支護(hù)工程，在地下水的侵蝕下，隧道底部圍巖強(qiáng)度降低，進(jìn)而導(dǎo)致仰拱出現(xiàn)局部下沉現(xiàn)象，造成仰拱質(zhì)量問題，嚴(yán)重者還會(huì)造成局部隧道的塌陷，對(duì)施工人員的生命安全造成重大威脅。

1.2 造成基底泥濘

隧道的施工作業(yè)過程中，遇到富水現(xiàn)象，如果不及時(shí)采取有效防排水措施，就會(huì)造成隧道積水。由于隧道施工作業(yè)環(huán)境較封閉，水分無法自然蒸發(fā)，施工過程中，挖機(jī)、出渣車等機(jī)械行走，會(huì)將渣土帶出，導(dǎo)致施工環(huán)境泥濘，這種時(shí)候，生產(chǎn)設(shè)備，如混凝土澆灌設(shè)備和隧道挖掘設(shè)備等大型機(jī)械化在進(jìn)入隧道施工時(shí)，就會(huì)因?yàn)楸旧淼闹亓⒛嗤翂簩?shí)，讓隧道底部變得凹凸不平，從而影響設(shè)備前進(jìn)的速度，導(dǎo)致隧道施工效率的降低[2，3]，并且對(duì)施工設(shè)備安全進(jìn)出隧道造成影響。

1.3 由于地下水位下降導(dǎo)致地面沉降

在隧道突發(fā)涌水后，地下水會(huì)大量的涌入隧道，為了保證施工過程的順利進(jìn)行，必須將積水抽出洞外。這個(gè)過程中，就會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)地下水被大量排出，造成水位下降。地下水位下降會(huì)導(dǎo)致地面的受力產(chǎn)生變化，地下水無法對(duì)地表起到支撐作用，導(dǎo)致地面的局部下沉。地面下沉?xí)?yán)重威脅隧道的安全建設(shè)，增加隧道塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。而且，地下水位下降的范圍非常大，不僅會(huì)影響隧道正上方的地表，甚至還會(huì)對(duì)隧道周邊的地表造成影響，使地表的建筑物產(chǎn)生水平方向上的偏移，留下安全隱患。如果隧道周邊的土壤性質(zhì)是黏性土，危害則更大，甚至?xí)?dǎo)致周邊地面和隧道一起沉降，造成嚴(yán)重的安全事故。

1.4 地下水位下降導(dǎo)致水井干枯

隧道富水現(xiàn)象不僅會(huì)對(duì)隧道本身造成影響，還會(huì)間接地影響周邊居民的生產(chǎn)生活。隨著隧道內(nèi)的水被大量的排出，會(huì)對(duì)地下水的總量造成影響，造成地下水位的下降。被排出的地下水只有很少一部分會(huì)經(jīng)過滲透重新成為地下水，大部分會(huì)在陽光的照射下大量的蒸發(fā)，或是被周邊的植被吸收。地下水的損失缺乏補(bǔ)給，地下水位又在不斷下降，這樣一來，對(duì)周邊群眾的生產(chǎn)生活用水造成影響。

2 隧道富水施工技術(shù)

2.1 要進(jìn)行事先規(guī)劃預(yù)測(cè)

在進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)之前，要先進(jìn)行詳細(xì)的水文勘察。首先，要選擇合適的隧道地點(diǎn)，要根據(jù)隧道的功能需要，選擇降水量少，地下水不豐富的地區(qū)進(jìn)行隧道選址，盡量降低隧道發(fā)生富水的概率[4，5]。確定了隧道建設(shè)地點(diǎn)后，就要對(duì)隧道周邊情況進(jìn)行調(diào)查，要對(duì)當(dāng)?shù)氐慕邓?、降水時(shí)節(jié)、氣候特征、地下水位、地下水量、地下水流經(jīng)位置和土質(zhì)等情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，然后根據(jù)調(diào)查結(jié)果，選擇降水量少的季節(jié)進(jìn)行施工，避免在施工過程中因地下水造成隧道富水，或是因?yàn)樘鞖饨邓斐伤淼烙晁疂B漏現(xiàn)象，對(duì)隧道施工造成影響。同時(shí)，施工時(shí)要借助超前地質(zhì)月報(bào)等手段，對(duì)隧道圍巖、水文進(jìn)行專業(yè)的預(yù)報(bào)分析。

2.2 選擇合適的施工方案

在隧道的富水治理技術(shù)中，選擇合適的施工方案也是治理富水狀況的有效措施。如果隧道周圍巖石情況比較差，質(zhì)地松散，就要采用中隔壁法或CD法進(jìn)行施工，保證隧道受力的穩(wěn)定性。在周邊巖層較為脆弱的情況下，隧道的挖掘很容易就會(huì)造成巖層開裂，讓山體水滲漏到隧道中，這就需要用超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)注漿，對(duì)巖層進(jìn)行加固，防止地表水滲透到隧道中。

2.3 注漿堵水技術(shù)和開挖防水技術(shù)

注漿堵水和開挖防水技術(shù)，是有效治理隧道富水狀況的手段。注漿堵水技術(shù)，是在隧道施工作業(yè)中發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)壁或是山體巖層出現(xiàn)裂縫，并有水滲透時(shí)，利用注漿技術(shù)，將混凝土等材料注入裂縫中，在水流進(jìn)入隧道之前，將水流的滲透路徑進(jìn)行封堵，以避免隧道富水出現(xiàn)的技術(shù)。開挖防水技術(shù)，是在隧道的挖掘中，一邊進(jìn)行挖掘，一邊進(jìn)行富水防治，在高壓富水?dāng)鄬悠扑閹У耐诰蜻^程中利用軟巖施工、支護(hù)護(hù)理和臨時(shí)回填等方式進(jìn)行富水治理的手段。

2.4 施工過程中的排水技術(shù)

在隧道的建設(shè)過程中，由于地質(zhì)環(huán)境變化無常，加上水文環(huán)境復(fù)雜難以掌握，對(duì)隧道富水現(xiàn)象的提前預(yù)防帶來了很大困難，大部分隧道在施工過程中無可避免地要遭遇到富水狀況。所以，在預(yù)防起不到太大的作用下，必須在施工前就規(guī)劃好施工過程中遇到富水現(xiàn)象的處理方法，做好應(yīng)急預(yù)案。無論是地下水導(dǎo)致的隧道淹沒還是山體巖層滲透導(dǎo)致的水流沖刷，他們給隧道施工帶來的最大威脅是積水問題。隧道積水會(huì)對(duì)隧道支護(hù)工程進(jìn)行侵蝕，降低隧道支撐系統(tǒng)的功能和質(zhì)量，引發(fā)嚴(yán)重的事故。頂層結(jié)構(gòu)內(nèi)部積水，還會(huì)造成隧道頂部的坍塌。因此，在建設(shè)隧道時(shí)，可以采用多種方式結(jié)合，采取防水、堵水、排水措施，形成統(tǒng)一的防水系統(tǒng)，全方面地處理隧道富水問題。

2.5 施工后的檢查維護(hù)技術(shù)

隧道的檢查維護(hù)和普通道路不同，普通公路的破損情況很輕易就能發(fā)現(xiàn)，但隧道的問題需具有隱蔽性，需要借助專業(yè)的儀器才能檢測(cè)到，并且維修困難。在隧道完工后，由于圍巖含水量豐富，襯砌收到水流的侵蝕，會(huì)存在安全隱患，所以，必須利用雷達(dá)和聲波設(shè)備，定期對(duì)可能存在安全隱患的部位進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)可能存在的地下水滲漏和侵蝕問題，就要立即上報(bào)并進(jìn)行維修，避免隧道出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

3 某隧道富水區(qū)的施工

某隧道為分離式四車道高速公路特長(zhǎng)隧道，隧道右線全長(zhǎng)5 518m，左線全長(zhǎng)5 504m，屬于雙洞巖質(zhì)隧道，隧道最大埋深約370m。隧址區(qū)平均海拔3 000m，地處青藏高原東北緣，屬寒冷冬干型高山草原氣候區(qū)。隧道穿越粉金溝-阿木去乎斷層破碎帶及前方淺埋溝谷段、上塘乃合泥石流溝等不良地質(zhì)，最小埋深20m，不良地質(zhì)段溝谷發(fā)育，切割強(qiáng)烈，巖體呈散體碎裂結(jié)構(gòu)，為地下水儲(chǔ)存及富集運(yùn)移提供了空間和天然通道，大氣降水和融雪水大量入滲在破碎帶富集，地下水較豐富，尤其是在斷層破碎帶可能出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。

為了確保淺埋富水段的施工安全和質(zhì)量，在了解當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的基礎(chǔ)上制定出區(qū)域范圍內(nèi)的隧道施工方案。第一，綜合地質(zhì)情況超前預(yù)報(bào)分析。在出現(xiàn)水流涌動(dòng)之前，使用超前水平鉆探和TSP203等對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)報(bào)分析，了解地質(zhì)構(gòu)造情況及圍巖的富水情況。第二，注漿堵水、開挖防水和襯砌施工。針對(duì)富水區(qū)域范圍和滲水量，該隧道采用剛性、水性注漿材料、內(nèi)側(cè)面封堵復(fù)合防水技術(shù)，來修復(fù)圍巖缺陷部位涌、流水通道，達(dá)到防漏水的目的。如圖1所示。第三，隧道內(nèi)的通風(fēng)和防塵施工。為了減少粉塵對(duì)作業(yè)人員身體的危害，施工人員需要靈活采取科學(xué)的方法來降低爆破所產(chǎn)生的煙塵，做好通風(fēng)工作，確保隧道內(nèi)氧氣含量水平滿足施工要求。第四，施工過程中的防排水工作。地下水深刻影響隧道施工，為此，相關(guān)技術(shù)人員在隧道施工前需要思考如何做好防水和排水工作，需要在做好施工現(xiàn)場(chǎng)基本情況調(diào)查的基礎(chǔ)上，將防水、堵水、排水項(xiàng)目整合成一個(gè)防排水體系，借助這個(gè)體系來處理隧道施工中遇到的地下水。

4 結(jié) 語

隧道富水是制約隧道施工和效率的主要因素，富水會(huì)對(duì)隧道頂部和地基造成沖刷和侵蝕，造成隧道質(zhì)量問題，嚴(yán)重者出現(xiàn)下沉和坍塌，不僅影響隧道施工，還會(huì)對(duì)工作人員的生命安全造成威脅。所以在隧道施工中，要利用好事先規(guī)劃、注漿堵水技術(shù)、選擇適合的施工方案、排水技術(shù)和檢修技術(shù)進(jìn)行隧道富水的防治，保證隧道質(zhì)量及施工安全。

圖1 隧道穿越富水軟弱圍巖注漿施工