论隧道开挖对地下水的处理方法

摘要：本文结合公路施工实践，通过隧道施工实例，介绍了隧道开挖在遇到地下水的情况下如何安全地进行隧道的设计和施工，并对地下水的控制措施进行了论述，重点论述了止水法中的压注法。

关键词：隧道；开挖；地下水；处理；压注法

Abstract: based on highway construction practice, through the tunnel construction practice, the paper introduces the tunnel excavation in groundwater meet how to safely tunnel design and construction, and the ground water control measures are discussed, and focuses on the check of the water injection method.

Keywords: tunnel; Excavation; Groundwater; Processing; Injection method

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

近几年来，随着我国高速公路的大力发展，在山岭隧道修建过程中，我们发现一个重要的问题就是遇到高水压、富水地段时，如何在不影响生态环境的条件下，也能够安全地进行隧道的设计和施工，这个问题也是当前我国隧道建设中必须研究的课题。本文结合近几年的施工实践，现就对地下水的控制措施论述如下。

一、地下水的控制措施

所谓控制地下水的措施它指两方面的含义，一是结构物的防水与排水，二是施工中的止水和排水，二者之间既有区别又有联系，这里我们主要讨论施工中的止水和排水。另外，施工中的止水常常与围岩加固联系在一起。常用的措施是在围岩中实施围岩的压注止水，而目前在岩质围岩的压注止水方面的经验非常缺乏，在以前的隧道施工中一旦遇到这个问题，不得不采取围岩压浆止水技术。在选择该方法施工前，首先要进行详细的涌水调查，经过调查后，明确掌握了地下水的运动状态和水量的大小及动向。同时考虑围岩的地质条件和涌水量、埋深、以及周边环境条件等综合因素来确定止水方法。

根据以往取得的经验，在以下条件时，可以考虑采用止水方法：

1、仅用降低地下水位方法，而不能获得降水效果时；

2、为保护环境不能降低水位时；

3、水底隧道等涌水的供水无限时；

二、控制方法

目前止水方法有压注法、压气法和冻结法等，以下仅介绍以压注法，以止水为目的的压注法，根据围岩的性质不同，其效果是不同的。无论遇到那种情况，就目前的施工技术水平来看，仅采用止水法是不能达到完全止水的效果的。必须根据围岩的地质条件和周围的环境条件，同时配合采用压注工法和降低水位法，才能取得较好的效果，而且既经济又合理。也可以根据实际情况采用压缩空气法和隔断墙法。

2.1压注法

2.1.1 压注法的原理

压注法是向地层中压注浆液，造成土的固结，这样可以降低地层的透水性，同时也强化地层的方法，从压注目的和压注机理上看，可分为充填岩层裂隙的岩层压注和固化土质地层为目的的地层压注。需要说明的是用压注止水方法目前不可能达到完全止水的目的，只能是使周边岩层中形成一个难于透水带，在一定范围内可以提高围岩的止水性能，把围岩层的透水系数提高到一个基准则。

2.1.2 压注方法一般有：①从地表面压注； ②从隧道洞内压注；③利用超前导坑进行压注；

药液压注的材料，一般都具有在一定时间内起到胶凝的作用，大多数情况下都采用水玻璃（NaO.nSiO2）为主体材料的药液。压注材料的选择应根据压注对象、压注目的及压注方法来确定。

2.1.3 沙质土的压注

在这种土质中目的是加强缺乏连续性的砂粒子。故应选用能均匀浸透到粒子间的材料，可以选择用溶液型的水玻璃，效果比较可靠。

2.1.4 粘性土的压注

其目的是能劈裂压注，应选用强度较大的悬浮型水玻璃系列，压注范围内的改良围岩强度，压注材料的强度和劈裂时间会影响周围压密效果。其中注浆溶液的胶凝时间对压注效果影响最大

2.1.5 填充裂隙和孔隙

以填充围岩内的裂隙和孔隙水为目的，通常采用悬浮性非药液系的压注材料，在有涌水的情况下，要采用胶凝时间短的压注材料。

三、施工实例

3.1 例如：据资料介绍岐岭隧道长2536米，地质复杂，对施工最不利的是进口段280米，该段花岗岩严重分化，隧道通过最深分化层深达50米，表层为后厚2―9米为第四季残坡崩积层，在已经分化的岩体内含有多种亲水性矿物质，岩体内裂隙水较发育，岩体的组织结构完全遭到破坏，仅仅在外观上保持了岩体状态，矿物晶体已经失去胶结联系，大部分矿物变异，石英岩和长石已经分化成砂砾和高岭土，设计为四级围岩。

在隧道施工过程中工作面突然出现了涌水，泥沙很快淤积了导坑，经技术人员和有关地质专家现场会诊认为这种严重分化且富水的花岗岩，是少见的特殊不良地质，要确保施工安全，要想加快施工进度，关键是如何解决注浆技术。

3.2 方案的选择

合理选择注浆方案非常关键，我们通过现场调查对该隧道注浆方案的选择主要取决于注浆的目的、围岩性质、注浆设备等因素。结合本隧道对围岩注浆目的就是为了加固围岩，根据本隧道地质段围岩的特点，要想提高注浆质量和保证加固效果，必须解决以下三个问题：

（一）找出浆液在岩层中扩散渗透的有效途径和方法；

（二）超前降排岩体中的孔隙水和残留的裂隙水，以利浆液渗透扩散；

（三）如何来提高浆液胶结体的强度；为以上三个问题来创造条件。

采用以控制浆液为主的不同注浆方法，在致密且严重分化的层状岩体中，采用分段前进式长套管挤压劈裂注浆，并辅以负压超前抽排水的施工方案。对突出涌水段采用渗透、劈裂注浆。其余采用大管棚充填、挤压注浆。

3.3 软地层的注浆

调查发现软原状地层岩体未经扰动，虽然分化较严重，但还保持原有花岗岩的结构，因地下水丰富而处于饱和状态，当失水后强度明显会增加，故可利用岩体来选择注浆方法和注浆参数。

3.3.1 注浆方法

对于这种地层采用比较适用的方法是挤压、劈裂注浆法，首先是能填满注浆管周围的空间，随着压力的增大，对孔壁周围岩体产生的挤压和局部剪切，破坏岩体的结构，当挤出水和空气后，压力继续增加，浆液继续扩散并吸收去一部分挤出来的水，同时浆液在水化作用下吸收去一部分水，能使岩体中水量减少，其强度和自稳性相应也得到相应的提高。

3.3.2 注浆压力

对于挤压、劈裂注浆，其注浆压力是注浆影响效果的关键因素，根据前进式注浆的特点，每次都要采用不同的注浆压力。一般开始注浆压力选用2―3MPa, 第二次选用3―4MPa，第三次采用4―6MPa；并应对每次的压力进行记录，并据此判断压注效果。

3.3.3 注浆数量

压注浆量对周围岩石的改良程度影响非常大，挤压劈裂注浆的浆液，除了起到填充空隙外，还要挤压地层，使其空隙减小，改变岩体结构。随着注浆压力和时间的增加，注入浆液受到压缩，并产生脱水现象密度增大，这样可能出现注入浆液的体积比加固岩体的空隙体积还大的现象，因此注浆量需计算得到。（Q=0.266V; 其中V―受注岩体的体积）.

3.3.4 布置注浆孔

注浆孔按全断面封闭注浆布孔要求进行布孔，一般情况下泄水洞与平导布孔10―12个，侧壁导坑布孔16―20个。

3.4 拱顶管棚注浆

该隧道围岩软弱，且开挖跨度比较大，因此在上弧导坑采用管棚与注浆相结合的超前支护法。由于开挖体积较大，管棚注浆时很难形成一个强大的止浆体系，使的注浆压力受到限制，所以管棚注浆主要考虑充填挤压注浆。

四、结束语

通过以上对该隧道采取注浆法处理措施，不仅能改善岩体的力学性质，从注浆施工情况来看，注浆压力一般能到达设计终值，从以上例子中通过现场调查，采取对已经加固的地层挖开来看，我们发现有大部分浆液能劈开岩层相互贯通，使围岩得到挤压，充填的比较密实，胶结的也很牢固，同时也加快了施工进度，比以前提高二倍以上；降低了岩体的含水量；有效地控制了隧道的整体下沉。

因此，采用注浆法在有地下水的隧道中进行止水效果明显，施工简便，建议同行在今后的隧道施工中大力推广应用，并不断总结经验提高改进措施。

作者简介：刘泽林，男，（1971.02.、02―），工程师，1990年8月毕业于山西省交通学校道桥专业；2005年6月毕业于长安大学交通土木工程专业本科。