水库段隧道工程安全性对策建议

由于隧道临近下穿水库段埋深浅、围岩差，水库水与洞周地下水间易形成水力联系通道，导致隧道临近下穿水库段施工条件十分复杂，风险较大。隧道施工与水库间相互作用影响复杂呈现明显的“二元”关系，“一元”体现在水库对隧道施工安全性影响，另“一元”体现在隧道施工对水库水环境影响，施工中需对相关影响进行深度分析和控制，才能有效保障相关项目的顺利进行。本文以东海隧道为例，探讨隧道工程施工对水库工程的“二元”相互影响关系并提出有针对性措施，其成果可为其他城市隧道建设提供参考。

一、工程概况及难点分析

东海隧道工程属典型的城市隧道工程，线路起点位于泉州云山村北侧，下穿国公爷山，从黎明大学北侧操场、宝珊花园下穿过，通过宝秀小区，终点止于既有东海大街。项目全长约4.2km，其中隧道全长约2.2km，设计采用双洞方案，按双向四车道城市I级主干道标准进行建设，设计行车速度为60km/h。隧道在ZK1+870-ZK2+020（YK1+820-YK1+980）地段，左侧约20~70m处为既有赤山水库，水库水深5~6m，隧道最小埋深仅为6m，围岩经判定属IV~V级，自稳性较差。在该地段施工，上部既有水库与隧道间相互作用影响复杂，一方面表现在隧道在动水压力作用下，易发生渗漏水施工风险；另一方面表现在隧道施工可能会对既有水库环境造成破坏，为确保顺利施工，必须对上述两种影响均进行控制，因此，施工难度较大。

二、模型建立

三维数值模拟模型取在隧道穿越水库段，长度80m，宽度144.2m，高度71.95m，隧道开挖跨度12.2m。模型主要分为四部分，下层为岩体，上面覆盖2m厚的覆土层，大坝高度为30m，采取自然放坡的形式，大坝后面的高地与大坝顶高度一致，长度为10m，宽度为模型宽度。

三、计算和监测结果分析

1.水库水压力对隧道施工安全性影响及评价

计算中，为了掌握各种水压条件下对隧道施工安全性影响差异，分别计算了三种工况：工况1为无水条件，工况2为有水但不考虑渗流（即静水压力），工况3为有水且考虑渗流（即动水压力）。本文在计算中以5米距离为例，分析隧道工程施工对水库工程的相互影响关系，具体情况如下。最大竖向位移发生在隧道开挖区域的拱顶处，且在隧道未支护末端处发生的位移最大，工况3（动水压）的拱顶位移值稍大于工况1（无水），而工况2（静水压）的拱顶沉降值与工况1大致相等，说明此时地下水对位移场影响很小。隧道的位移收敛值均很小，且最大收敛位移发生在侧墙处。结果显示：隧道开挖后，在不同工况下，隧道位移矢量场是一致的，主要表现为竖向位移较大，而水平位移较小，具体表现为拱顶以及仰拱位移较大，而侧墙的收敛位移较小，这与前面的位移场是一致的。结果显示：随着开挖长度的不断增加，该监测断面各工况下拱顶位移均有不断增加的趋势，其中工况1与工况2拱顶位移结果比较接近，而工况3则较之前两者位移量略有增幅，但增幅量不大，说明地下水活动对拱顶位移影响较轻微。从表1可以看出：随着开挖长度的不断增加，该监测断面各工况下左侧边墙位移具有增加的趋势，而右侧边墙位移增加趋势不明显。此外，左侧边墙位移要普遍大于右侧边墙位移，这可能是由于地表地形不对称所导致。对于左侧边墙位移而言，工况2、工况3结果基本相同，均比工况1略有增幅，但增幅量不大；对于右侧边墙位移而言，三种工况基本相同，说明地下水活动对边墙位移影响较轻微。综上分析可知，对于5m位置处监测断面而言，地下水活动对隧道周边位移影响总体轻微，其差异主要表现在地表地形不对称方面。

2.水库水压力对隧道施工安全性影响及评价

隧道位移实测结果分别为：拱顶下沉3.45mm，洞周收敛1.36mm；隧道内力实测结果分别为：钢支撑内力8.73MPa，混凝土应力3.64MPa。上述数值均未超出相关规范要求，因此，隧道施工是安全的。

四、对策建议

根据以上分析，现提出以下具体建议：临近水库段隧道宜采用“地质超前钻孔为主，TSP、红外探水为辅，掌子面观察为补充”的综合超前地质预报技术及模式。东海隧道地下水处理宜采用围岩注浆堵水技术进行，其具体方案及参数如下：①注浆方案：应依据探孔出水量、水压力、或泥砂含量指标确定；②注浆材料：宜选用普通水泥浆液材料；③注浆参数：注浆加固范围5m；注浆压力1.0-1.5MPa；单孔单段注浆量约为0.42m3；④注浆效果评价标准：宜采用探孔涌水量、堵水率、取芯率三指标综合评价标准。通过东海隧道临近水库段现场施工期间综合超前地质预报成果分析可知，临近水库段围岩节理较为发育，主要呈碎裂-镶嵌碎裂结构，地下水则主要以渗水、滴水状出水为主，水压及水量不是很大，故此推荐现场采用“超前小导管周边预注浆+初期支护局部径向注浆”的注浆方案，以提高围岩自稳性及降低地下水长期渗流对周边环境的影响。综上，本文以东海隧道为例，通过模型预测、现场实测等综合研究手段，确定了隧道施工与水库间相互作用影响复杂呈现明显的“二元”关系，即“一元”体现在水库对隧道施工安全性影响，另“一元”体现在隧道施工对水库水环境影响，在分析二元相互关系的基础上提出了相应的技术措施，其成果可用于指导施工作业，有效确保隧道施工安全，为其他城市隧道建设提供参考。

作者：李春林 单位：福建泉州勘测设计院有限公司