淺談高速公路隧道涌水的成因與控制措施

陜西省交通建設集團公司延延高速公路建設管理處 陜西延安 716004

摘要：隧道施工中最大的難題是對地下水的處理。因此，在遇到涌水的場合，首先要“治水”。應對隧道工程可能產生的涌水采取防、排、截、堵相結合的方法，因地制宜，綜合治理。本文即結合具體工程實例詳細闡述了高速公路隧道涌水的成因及隧道涌水的控制措施。

關鍵詞：高速公路；隧道；涌水；大管棚；注漿

一、涌水對隧道施工的影響

采用礦山法在比地下水位低的位置開挖隧道時，通常在開挖地點產生自由水面，發生涌水是不可避免的。由涌水產生的問題可列舉如下。

（一）掌子面的穩定性降低

礦山法施工是以掌子面自穩為前提的，但在裂隙發育的脆弱圍巖和土砂圍巖中，涌水會使掌子面穩定性降低，易于發生拱頂和掌子面的崩塌。

（二）隧道的支護質量降低

涌水使噴混凝土與圍巖的附著變差，錨桿的錨固材料易于流失，造成支護質量降低。

（三）基底泥濘化

施工中，隧道的底部的含水比高，施工機械的走行擾亂基底使之泥濘化，造成作業效率和安全性降低。泥濘化顯著的場合也會造成支護下沉等，對隧道的穩定性的影響是不能忽視的。

（四）因地下水位降低使地層下沉

地下水位下沉會使地層產生壓密下沉，也會對地表面結構物產生有害的影響。地下水位降低因比地表面下沉的范圍廣，不僅在隧道周邊，甚至離開數百米的位置，在粘性土的場合，也會產生壓密下沉。

二、隧道涌水量評價

隧道涌水量的評價方法主要有以下幾種：

（一）水平衡法

最常用的工具及手段，以水平衡為原理，在查明有保證的根本補給來源的情況下，確定隧道的極限涌水量值，適用于地下水形成較簡單的情況，比如小型自流盆地等。

（二）解析法（地下水動力學法）

在隧道涌水量計算中應用較為普遍常用，但是容易受到人力、物力，經濟及地形的影響限制。所以基巖地區多用此方法。以穩定流或非穩定流理論的裘布依公式、泰斯公式兩大理論為基礎，又研究出很多預測隧道涌水量的經驗手段。

（三）比擬法

簡便快捷，適用于已開工的隧道。預測的精度和試驗段的施工段的相似性有關。越相似則精度越高，公式如下：

其中，Q 為隧道的涌水量；Q0為導坑或已開挖的隧道中的涌水量。

三、實例分析

（一）工程概況

某高速公路隧道富水段掌子面圍巖多為強風化花崗閃長巖，節理裂隙發育，大面積滲水，穩定性極差。掘進至 ZK111 +725 掌子面時出現多處管狀涌水，涌 水量在13m3/ h（312m3/d）左右，YK111 +658掌子面右側拱腰出現大股狀突水（16m3/h）（384m3/d），施工中止。

（二）隧道涌水原因分析

在隧道施工過程中，如果圍巖比較松散或者圍巖破碎，開挖方式不當、初期支護不及時，很容易造成斷層、巖體松散段。地下水在水頭壓力和其他壓力的綜合作用下，克服阻力，會通過裂隙以突然的方式涌入隧道，稱之為涌水，又稱之為突水。涌水突泥不僅對隧道施工造成嚴重影響，而且給運營帶來了極大的不便。

隧址區地下水，區域地貌特點是大梁山山脊，中部較高，隧道進出口的南北兩端較低。

1、松散巖類孔隙水

這主要分布于隧址區范圍的基巖山間溝谷內。含水巖組由第四系砂土及碎石土組成，平面上沿山間溝谷呈條帶狀分布，含水層斷面呈三角形或梯形，含水層狀態為層狀，含水層厚度分布不均，一般約 1 m～7 m，最厚處達19.5 m，水量受顆粒級配影響較大。富水性較強，水化學類型為 HCO3-Ca· Mg型，礦化度 200 mg/L～400 mg/L，水質較好。

2、變質巖裂隙水

這主要分布于隧址區基巖山區，含水巖組主要由下太古界集寧群瓦窯口組、右所堡組麻粒巖、片麻巖及變輝綠巖、偉晶巖等組成，含水巖組巖性比較單一，特別是不能按巖性變化區分巖體內的隔水巖組與富水巖組，巖體的富水因素主要決定于巖體所處的外部環境：地形地貌、氣候條件和巖體的內在因素：巖體內的各種裂隙（風化、構造）發育程度、裂隙間的結合程度、巖體的構造形態、巖體內分布的斷裂構造性質與規模、產狀等內外諸多因素，巖體的富水性、透水性及其變化規律嚴格受上述因素控制。地下水的賦存空間主要為巖體內的各種裂隙，并以普通的變質巖裂隙為主。

（三）隧道涌水的控制措施

1、大管棚施工

（1）大管棚設計

超前支護采用<108大管棚，單根長20m，環向間距30cm，搭接長度3m，拱部按150°范圍布置。

（2）注漿參數設計

①注漿材料及配合比：注漿漿液采用水泥漿，水泥采用32.5（R）普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為0.8∶1～1∶1。

②注漿壓力：0.5～1.0MPa。

（3）漿液擴散半徑：不小于0.5m。

（4）單根鋼管注漿量：

Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β

式中：r為鋼管半徑；L為鋼管總長度，考慮與鉆機連接，取25m；R為漿液擴散半徑，取0.5m；η為地層孔隙率，堆積體η為12%；α為漿液有效充填率，取0.9；β為漿液損耗系數，取1.15。

經計算，單根鋼管注漿量Q=2.66m3。

2、管棚施工

（1）鉆孔

①從套拱中預埋的鋼套管作為導向管進行鉆孔。掌子面必須按要求先噴一層素混凝土作為止漿墻，以確保在掌子面進行壓力注漿時不出現漏漿、坍塌。

②為避免鉆桿太長、鉆頭因自重下垂或遇到孤石鉆進方向不易控制等現象，開鉆上挑角度控制在3°～5°之間，并用經緯儀、測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。

（2）安裝管棚鋼管

①鉆孔完成后及時安設管棚鋼管，以避免出現塌孔。

②鋼管應在專用的管床上加工好絲扣，棚管四周鉆<8出漿孔；管頭焊成圓錐形，以便于入孔。

③接長鋼管應滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應前后錯開。同一橫斷面內的接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。

（3）注漿

①安裝好鋼管后即對孔內注漿，隨時檢查注漿質量。

②注漿參數：C∶S=1∶（0.6～1.0）（體積比），水泥漿水灰比為0.8∶1～1∶1，水玻璃模數為2.6～2.8，水玻璃濃度為35Be’；注漿順序按“由外到內、間隔跳孔”的原則進行。

③液壓注漿機初壓控制在0.5～1.0MPa范圍，終壓為1MPa，持壓15min后停止注漿。單孔進漿量應小于10L/min，若注漿量超限，未達到壓力要求，應調整漿液濃度繼續注漿，直至符合注漿質量標準，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，方可終止注漿。

（4）注漿效果檢查

檢查孔一般地段涌水量應小于0.4L/min，或進行壓水試驗，在1.0MPa壓力下檢查孔進水量應小于2L/min·m，否則應加密鉆孔注漿。

（二）加強超前地質預報和監控量測

采用地質雷達和超前探孔，加強對涌水坍塌段圍巖及坍塌體的探測，防止洞內涌出物清除后隧道洞身發生變形或再次出現坍塌。

（三）采用徑向注漿，增設系統錨桿，增強二次襯砌的支撐能力

對坍塌段和坍塌影響段的初期支護進行補強，同時進行徑向注漿，注漿深度為8～10m，并增設系統錨桿，改善洞身圍巖支撐體系，讓洞身圍巖注漿后達到較好的自身支撐能力；同時對該段二次襯砌增加鋼筋配置，在可能的地段可加厚二次襯砌的混凝土厚度。

（四）做好涌水引排

隧道地下水豐富，隧道涌水量較大，給隧道施工及施工安全造成很大影響。通過對涌水點的涌水進行引排和歸槽（采用人工筑槽），將水引至排水溝。

參考文獻：

[1]張正星，吳紅軍.康家樓隧道2號斜井涌水突泥空腔處理技術[J].公路，2014（05）

[2]曹學強.康家樓隧道斜井涌水處治技術研究[J].公路，2014（05）