关于隧道施工过程中涌水治理初步研究

摘要：云南省属于多山地区，高等级公路建设中隧道较多，本项目所在地维西县位于云南省西北部，境内地势起伏很大，最高海拔4868m，最低海拔 1460m，山势以高山峡谷为主 ，呈北高南低状 ，地形险峻，山势陡峭 ，沟壑纵横地形地貌、地质条件复杂多样 ，山高坡陡，森林覆盖率低，水土流失严重，地质环境十分复杂。特别是澜沧江和永春河、腊普河两岸斜坡岩土体处于超荷载或重荷载状态，两岸山体的开挖以及沿江、沿河地带洪水的淹没与冲刷作用，承压水和裂隙水在隧道施工过程中显现尤为严重。

关键词：隧道涌水;治理;超前小导管;注浆

Abstract: Yunnan province is a mountainous area, tunnel of highway construction, the project is located in Weixi County is located in the northwest of Yunnan Province, the territory is very rugged, the highest elevation of 4868m, the minimum altitude of 1460m, the mountain to mountain canyon, a North South High low, steep terrain, steep mountains, topography, geology vertical and horizontal gully complex conditions, high mountains and steep slopes, low forest coverage, serious soil erosion, geological environment is very complex. Especially in the Lancang River and Yongchun River, La Pu River Slope in excess load or heavy load state, inundation and erosion of mountain and river, on both sides of the excavation area along a river flood, confined water and fissure water appear in the tunnel construction process is particularly serious.

Key words: tunnel gushing; governance; advanced small pipe grouting;

中图分类号：U45文献标识码A 文章编号：

一、工程概况

燕子崖隧道位于维西县巴迪乡，隧道穿越舌状山脊，位于澜沧江左岸邻江陡坡地带，隧址区海拨高度为1846～2073m。起讫里程为K178+160～K179+290，全长1130m。 燕子崖隧道地处澜沧江中上游段位，澜沧江左岸岸坡。地处横断山脉，属滇西北纵谷山原地貌单元，山脉总体呈北北西走向，河流亦呈北北西或近南北向展布，与地质构造线近乎一致。区内由一系列南北走向的高山与河流相间组成，峰峦重叠，山高谷深，地势总体北高南低，西高东低。隧址区位于澜沧江左岸坡地，坡地地形陡峭自然坡度约为30~80°，局部呈绝壁状，进口段自然坡度约为40~60°，近山顶至出口段地形陡峭，自然坡度约为45~65°，最陡处近直立。隧址为澜沧江水系，位于澜沧江边，澜沧江是我国较大江河水系之一，测段属澜沧江流域,为澜沧江中上游流域，呈南北走向，为高山峡谷区。线路所经地区，沿江有多条河流注入。

燕子崖隧道处于陡坡地带，整个斜坡沟谷较发育，勘察期间地表有常见水流和泉水。隧址区位于区域地质构造发育区域，地质构造密集发育，有多条区域地质构造在隧址区附近通过。第四系含水层直接地表，除受大气降水补给外，还有少量的基岩裂隙水补给。因其含水层透水性极差，基本为滞水带，地下水以垂直运动为主，蒸发是其主要的排泄方式。 基岩裂隙水由大气降水直接沿构造裂隙和风化裂隙渗透补给，降雨是其主要补给来源，降雨沿基岩裂隙渗透，大部分就地排泄。地下水动态变化受季节性控制。隧址发现多条断裂构造或破碎带，有一定导水作用，雨季施工时可能发生涌水、漏水现象，旱季施工水量较小。

该隧道施工过程中采用两端向中间掘进，隧道出口K179+140位置（掘进150米），施工过程中，突然涌出大量水，原已经施工的喷射混凝土出现部分开裂、工字钢部分变形，掌子面破碎围岩出现松动，位置位于掌子面上及拱顶，出水量较大，有一定压力。

二、原因分析

从地质纵断面来看，该段位于断裂带上，大量裂隙水通过破碎带围岩裂隙通道进入隧道，开挖时喷射混凝土强度尚未达到设计强度，大部分锚杆尚未施工，周边松动围岩尚未得到较好加固，以致爆破开挖后出现以上情况。

三、处理方案

方案1：开挖采用正台阶法，人工清碴，将涌水通过抽水机排出洞身，待水量减少时，对已经变形的工字钢重新加固、破裂的喷射混凝土采用进行重新喷射并保证强度，根据出水位置情况判断位于拱顶上方，采用超前加密超前小导管预注纯水泥浆，涌水量大的地段采用双液注浆。尽快凝结，对断裂带内的缝隙进行填灌。待无水涌出时，再行进行掘进，掘进过程中确实保证安全，不采用全断面开挖，采用试探性掘进，确保超前注浆对内部水的封堵有效。

方案2：采用声φ108大管棚作超前支护，结合采用砂浆锚杆，钻孔采用矿用地质钻机，喷混凝土、挂网及格栅钢架联合支护体系，及时施作衬砌，以保证施工安全。

方案3：采用上部预留核心土、下部中间拉槽和左右半边掘进的施工方法，采用φ22水泥砂浆系统锚杆、喷混凝土、挂网及格栅钢架联合支护体系，及时施作衬砌，以保证施工安全。对涌水不进行特别处理。

第1种方案方法简捷明快，施工人员容易掌握。在以往的施工中多用此方案：施工安全、迅速，材料、机具齐备，有利于该事故处理的施工。第2种方案地质钻机钻深可达60 m，能够胜任该断层的施工，但据以往对相似地质情况施工的情况来看，遇破碎石质，易卡钻、塌孔，跟管钻进又造成不必要的费用支出，且钻机需重远程调运，调此设备在时间、费用上都有问题。第3种方案施工安全，上半断面工作面窄小，工序多，进度慢，且下部分二次到三次开挖，对隧道围岩扰动较多，不利于该隧道工期紧迫的要求。

经多方讨论比选，确定第1种方案作为适过本断层的首选方案。

四、方案实施

4.1 确定第1种方案为首选方案后，在实际施工过程中，由于本段隧道围岩破碎，钻锚杆孔时塌孔现象严重，安设锚杆时，灌注水泥砂浆困难且不易饱满，造成水泥砂浆锚杆抗拔力达不到设计要求，对围岩的加固效果也不好。为解决这一问题，将水泥砂浆锚杆改为φ25中空注浆加固锚杆，其余施工方法不变。施工中采用加固困岩等辅助措施和钢筋网+格栅钢架+φ25中空锚杆+喷混凝土(厚20cm))组成的联合支护体系，在此支护体系下进行开挖作业，并对联合支护体系进行监控量测。

4.2 施工方法及主要技术参数

小导管超前预注浆施工工艺：用红外激光指向仪定位，并划出隧道开挖轮廓线，在隧道开挖前，于拱部轮郭线外lOcm处用YT——28钻机钻孔，人工打人超前小导管，并采用单液水泥浆注浆加固围岩。超前小导管采用长3．5m的φ42有缝钢管，壁厚3mm，环向间距0．3m(原设计为0．6 m)，倾角7。～10。，搭接1～1.5 m。

注浆技术参数：纯水泥浆水灰比为1：1；注浆压力：0．4～0．5 Mpa；注浆加固范围：隧道开挖轮廓线外1．5m；注浆段长3．5 m；浆液扩散范围：O．4～O．5m。注入量按下式计算：

Q=πR²LNαβ

式中Q——注浆量(m3)；

R——浆液扩散半径(m)；

L——注浆段长度(m)；

N——地层孔隙率：

α——有效注浆系数(O

β——浆液损耗系数(β>1)。

采用定压为主、定量为辅的注浆标准，待水泥浆基本凝固(4～8h)后进行开挖作业。由于本项目出水量较大，尽量多注浆，保证对水的封堵效果。

4.3 通过方案一的施工后，用水量明显减小，最后掌子面及拱顶水柱消失，开挖后，浆液与破碎围岩形成的混凝土块粘结较好，效果明显。

五、补充方案

公路隧道防水板在目前占80﹪的都是用二合一新型防水板，即经济、操作简便、又能有效控制防水。

具体施工方法是：1、采用整卷，按隧道宽高增长40CM，用装载机送至施工台车上，从中向两边放下，用木板把防水板撑起至拱顶平行，让整张防水板与前一张搭缝呈平行状，为了减少搭接焊缝，选用3M宽防水板最适宜。

2、防水板铺设是按板背面设置挂线和防水板松弛来布置固定孔眼，用电锤打孔眼，孔径￠8MM，孔深40MM。3.2.3孔眼布置要求，拱部50CM－70CM，边墙80CM－100CM，底边100CM－120CM。在凸凹处适当增加固定点。固定点之间防水层不得绷紧，以保证灌注混凝土时板面与混凝土面能密贴。孔眼打好，装木楔打入孔眼，用细铁线绑紧挂线，木楔的外露不大于10MM，且基本与喷射混凝土面层相平行。

3、防水板焊缝要求，搭接宽 12 CM，双缝焊、两侧焊缝宽应不小于2.5cm，平直，焊缝采用自动爬行热焊机达到适宜温度：即BVC防水板的焊接温度130－180C°时，即可焊接，焊接速度为0.15m／min，不得有漏焊，发现漏焊，采用电烙铁补焊，补丁防水板要剪裁成圆角状，不能用方形、条形，且补时为反面，土工布在外、BVC板在内。

4、其他工序结束后，重新检查一遍防水板，把施工时的裂缝、裂口用电烙铁补丁补焊。二衬混凝土浇筑时，振动棒振捣混凝土不能靠近防水板。3.2.7BVC防水板的抗拉强度大于15MPa，伸长率大于200﹪。无变色、波纹、斑点、撕裂、刀痕等缺陷。

在二次衬砌施工前，为了防止隧道竣工后有漏水影响隧道使用情况的发生，采用以上方案可以有效弥补不足。

六、小结

从加密超前小导管预注纯水泥浆，涌水量大的地段采用双液注浆在该隧道的应用并取得成功，可以得出如下结论：

1、超前小导管加格栅钢架和钢筋网及喷混凝土的联合支护方式对不良地质的隧道掘进是一种有效措施。

2、小导管双液注浆的止水作用在涌水量大的地段是很明显的。

3、小导管注浆在该隧道的成功运用，为山岭隧道在断层破碎带设计和施工积累了宝贵的经验。

4、为了防止隧道竣工后漏水情况的发生，在二次衬砌前采用相关弥补措施极为重要。

参考文献：

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【2】章志辉，浅埋软弱围岩施工，铁道建筑，2002(6)30-32

【3】关宝树，隧道力学概论，西南交通大学出版社

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【5】叶观宝等，地基加固新技术，机械工业出版社，1999

【61地基处理手册，《地基处理手册》编写委员会，中国建筑工业出版社，1988

【7】刘成宇，土力学，中国铁道出版社，1995

【8】才，隧道工程，人民交通出版社，1985

【9】中国锚固与注浆工程实录选，科学出版社，1999

【10】中华人民共和国行业标准，JTG F60—2009公路隧道施工技术规范，中华人民共和国交通部，人民交通出版社发行,2009

【11】工程地质手册（第四版），《工程地质手册>编委会,中国建筑工业出版社

作者简介：

刘士锋（1980~ ）,男、工程师，工学硕士。2007年毕业于昆明理工大学结构工程专业，一直从事岩土、隧道的设计和研究工作

刘鹏程（1975~ ），男、工程师，国家一级注册结构工程，2007年毕业于昆明理工大学结构工程专业，一直从事房屋、建筑及岩土的设计和研究工作