淺談隧道開挖對地下水的控制措施

范 婷

（山西遠方路橋（集團）有限責任公司，山西 大同 037006）

1 緒論

近幾年來，隨著我國高速公路的大力發展，在岐嶺隧道修建過程中，工作人員發現一個重要的問題，就是遇到高水壓、富水地段時，如何在不影響生態環境的條件下，也能夠安全地進行隧道的設計和施工，這個問題也是當前我國隧道建設中必須研究的課題。文章結合作者所學專業和近幾年的施工實踐，現就對地下水的控制措施論述如下。

2 地下水的控制措施

所謂控制地下水的措施有兩方面的含義，一是結構物的防水與排水，二是施工中的止水和排水，二者之間既有區別又有聯系，這里主要討論施工中的止水和排水。另外，施工中的止水常常與圍巖加固聯系在一起。常用的措施是在圍巖中實施圍巖的壓注止水，而目前在巖質圍巖的壓注止水方面的經驗非常缺乏，在以前的隧道施工中一旦遇到這個問題，不得不采取圍巖壓漿止水技術。在選擇該方法施工前，首先要進行詳細的涌水調查，經過調查后，明確掌握地下水的運動狀態和水量的大小及動向。同時，考慮圍巖的地質條件和涌水量、埋深以及周邊環境條件等綜合因素來確定止水方法。

根據以往取得的經驗，在以下條件時，可以考慮采用止水方法：僅用降低地下水位方法，而不能獲得降水效果時；為保護環境不能降低水位時；水底隧道等涌水的供水無限時。

3 控制方法

目前，止水方法有壓注法、壓氣法和凍結法等，以下僅介紹壓注法。以止水為目的的壓注法，根據圍巖的性質不同，其效果是不同的。無論遇到那種情況，就目前的施工技術水平來看，僅采用止水法是不能達到完全止水的效果的，必須根據圍巖的地質條件和周圍的環境條件，同時配合采用壓注工法和降低水位法，才能取得較好的效果，而且既經濟又合理。也可以根據實際情況采用壓縮空氣法和隔斷墻法。

3.1 壓注法的原理

壓注法是向地層中壓注漿液，造成土的固結，這樣可以降低地層的透水性，同時也強化了地層，從壓注目的和壓注機理上看，可分為充填巖層裂隙的巖層壓注和固化土質地層為目的的地層壓注。需要說明的是，用壓注止水方法目前不可能達到完全止水的目的，只能是使周邊巖層中形成一個難于透水帶，在一定范圍內可以提高圍巖的止水性能，把圍巖層的透水系數提高到一個基準則。

3.2 壓注方法

壓注方法一般有：從地表面壓注；從隧道洞內壓注；利用超前導坑進行壓注。

藥液壓注的材料，一般都具有在一定時間內起到膠凝的作用，大多數情況下都采用水玻璃（NaO.nSiO2）為主體材料的藥液。壓注材料的選擇應根據壓注對象、壓注目的及壓注方法來確定。

3.3 沙質土的壓注

在這種土質中壓注的目的是加強缺乏連續性的砂粒子。故應選用能均勻浸透到粒子間的材料，可以選擇用溶液型的水玻璃，效果比較可靠。

3.4 黏性土的壓注

其目的是能劈裂壓注，應選用強度較大的懸浮型水玻璃系列，壓注范圍內的改良圍巖強度、壓注材料的強度和劈裂時間會影響周圍壓密效果。其中注漿溶液的膠凝時間對壓注效果影響最大。

3.5 填充裂隙和孔隙

以填充圍巖內的裂隙和孔隙水為目的，通常采用懸浮性非藥液系的壓注材料，在有涌水的情況下，要采用膠凝時間短的壓注材料。

4 施工實例

4.1 實例

有資料介紹岐嶺隧道長2.536 m，地質復雜，對施工最不利的是進口段280 m。該段花崗巖嚴重分化，隧道通過最深分化層深達50 m，表層厚2～9 m，為第四季殘坡崩積層，在已經分化的巖體內含有多種親水性礦物質，巖體內裂隙水較發達，巖體的組織結構完全遭到破壞，僅僅在外觀上保持了巖體狀態，礦物晶體已經失去膠結聯系，大部分礦物變異，石英巖和長石已經分化成砂礫和高嶺土，設計為四級圍巖。

在隧道施工過程中工作面突然出現了涌水，泥沙很快淤積了導坑，經技術人員和有關地質專家現場會診，認為這種嚴重分化且富水的花崗巖，是少見的特殊不良地質，要確保施工安全，要想加快施工進度，關鍵是如何解決注漿技術。

4.2 方案的選擇

合理選擇注漿方案非常關鍵，通過現場調查對該隧道注漿方案的選擇主要取決于注漿的目的、圍巖性質、注漿設備等因素。結合本隧道的圍巖注漿目的是為了加固圍巖，根據本隧道地質段圍巖的特點，要想提高注漿質量和保證加固效果，必須解決以下3個問題：找出漿液在巖層中擴散滲透的有效途徑和方法；超前降排巖體中的孔隙水和殘留的裂隙水，以利漿液滲透擴散；如何來提高漿液膠結體的強度。

采用以控制漿液為主的不同注漿方法，在致密且嚴重分化的層狀巖體中，采用分段前進式長套管擠壓劈裂注漿，并輔以負壓超前抽排水的施工方案。對突出涌水段采用滲透、劈裂注漿。其余采用大管棚充填、擠壓注漿。

4.3 軟地層的注漿

調查發現軟原狀地層巖體未經擾動，雖然分化較嚴重，但還保持原有花崗巖的結構，因地下水豐富而處于飽和狀態，當失水后強度明顯會增加，故可利用巖體來選擇注漿方法和注漿參數。

4.3.1 注漿方法

對于這種地層采用比較適用的方法是擠壓、劈裂注漿法。首先是能填滿注漿管周圍的空間，隨著壓力的增大，對孔壁周圍巖體產生的擠壓和局部剪切，會破壞巖體的結構；當擠出水和空氣后，壓力繼續增加，漿液繼續擴散并吸收去一部分擠出來的水，同時漿液在水化作用下吸收一部分水，能使巖體中水量減少，其強度和自穩性也得到相應的提高。

4.3.2 注漿壓力

對于擠壓、劈裂注漿，其注漿壓力是注漿影響效果的關鍵因素，根據前進式注漿的特點，每次都要采用不同的注漿壓力。一般開始注漿壓力選用2～3 MPa，第二次選用3～4 MPa，第三次采用4～6 MPa，并應對每次的壓力進行記錄，并據此判斷壓注效果。

4.3.3 注漿數量

壓注漿量對周圍巖石的改良程度影響非常大，擠壓劈裂注漿的漿液，除了起到填充空隙外，還要擠壓地層，使其空隙減小，改變巖體結構。隨著注漿壓力和時間的增加，注入漿液受到壓縮，并產生脫水現象，密度增大，這樣可能出現注入漿液的體積比加固巖體的空隙體積還大的現象，因此注漿量需計算得到。（Q=0.266 V，其中V為受注巖體的體積）。

4.3.4 布置注漿孔

注漿孔按全斷面封閉注漿布孔要求進行布孔，一般情況下泄水洞與平導布孔10～12個，側壁導坑布孔16～20個。

4.4 拱頂管棚注漿

該隧道圍巖軟弱，且開挖跨度比較大，因此在上弧導坑采用管棚與注漿相結合的超前支護法。由于開挖體積較大，管棚注漿時很難形成一個強大的止漿體系，使注漿壓力受到限制，所以管棚注漿主要考慮充填擠壓注漿。

5 結束語

通過以上對該隧道采取注漿法處理措施，不僅能改善巖體的力學性質，從注漿施工情況來看，注漿壓力一般能到達設計終值，從以上例子中通過現場調查，通過對已經加固的地層挖開，發現有大部分漿液能劈開巖層相互貫通，使圍巖得到擠壓，充填的比較密實，膠結的也很牢固，同時也加快了施工進度，比以前提高兩倍以上，降低了巖體的含水量，有效地控制了隧道的整體下沉。

因此，采用注漿法在有地下水的隧道中進行止水效果明顯，施工簡便，建議同行在今后的隧道施工中大力推廣應用，并不斷總結經驗，提高改進措施。