公路隧道項目施工階段的水害防治技術研究

任開富

（貴州路橋集團有限公司，貴州貴陽 550001）

0 引言

公路工程建設飛速發展，穿越山區段的公路隧道不斷增多，而其中有70%的隧道所經地層，均存在不同程度的水害問題。為確保公路隧道安全施工，面臨的難題之一，就包括怎樣在不受水害影響的前提下，高效地穿過富水區域，因而全面深入地探討公路隧道施工水害防治技術，具有十分重要的工程實踐意義。

1 公路隧道項目施工階段的水害類型劃分

通過對隧道水文地質資料的分析，可以劃分不同的水害類型，考慮水層性質和補給條件的差異。根據隧道的水文地質條件的不同，將水害分為簡單、中等、復雜和極復雜四類。而根據水層性質的不同，可以將其分為孔隙水、裂隙水和巖溶水等類型。而補給條件的不同，則包括大氣降水、地表水和地下水等。選擇隧道水害防治技術時，必須考慮具體的水文地質類型。本文主要討論后兩類水害防治技術，以適應隧道施工中可能遇到的情況[1-2]。

2 隧道概況

某高速公路是一個雙向四車道的道路，其兩側有兩個隧道，分別長度為10133m 和10046m，這些隧道屬于特長隧道的一類。縱向剖面設計為-1.98%的單向坡，并且進出洞口都是端墻式的設計。這些隧道內部存在較多的巖溶地質，同時也存在大量的地下水，包括各種暗河等，對隧道的安全構成嚴重威脅。隧道的掘進施工采用多頭并進的方式，進出口以及各處的斜井區域同時進行施工，以確保工程按時完成并交付使用。本文的研究對象是1#斜井區域。

1#斜井的長度為1703m，設計為半圓拱直墻斷面，墻拱半徑為4.0m，墻高為2.35m，墻寬為8.0m，凈高為6.35m。縱斷面的坡度上限為9%，每日涌水量為5378m3。在建設公路隧道時，針對出現的各種問題，必須能夠快速反饋，并加強圍巖的支撐力度，采取有效措施解決隧道水害問題。圖1 為該工程1#斜井工程平面布置圖。

圖1 1#斜井工程平面布置

3 公路隧道項目施工階段的水害防治的探水措施

3.1 物探措施

建設1#斜井段，施工線路會經過灰巖段，該段存在各類處于不同發育時期的溶洞。其內部的巖溶裂隙含水量較大，存在各種不同程度的水害問題。在施工準備環節，需要選用科學的物探方法，對裂隙、溶腔的含水量及位置分布情況進行全面了解。施工過程中，主要采用瞬變電磁、探地雷達方法，全面探測該地段的水害情況[3-5]。

3.2 鉆探措施

施工過程中，通過有效結合超前地質預報信息及掌子面超前鉆孔情況，對巖體構造、地下水及巖石含水量等進行全面了解，從而確保工程安全施工。掌子面超前鉆孔需要使用專門的液壓坑道鉆機，其型號為ZDY-1250。鉆孔數量為3～5 個，結合施工實際需要開鑿，其孔徑為76mm，深度為60m 左右[6-7]。圖2 為1#斜井超前探孔立面布置圖。

圖2 1#斜井超前探孔立面布置圖

3.3 釬探措施

開挖隧道時，為順利開展釬探，需要在隧道輪廓線的各相應部位加深炮眼，其深度應符合設計要求。釬探眼只能用于超前釬探，不能用于填裝各種爆破裝置，其深度超出開挖炮眼2m 左右[8-9]。

4 公路隧道項目施工階段的水害防治的排水措施

根據設計圖紙資料，在多雨季節，1#斜井每分鐘的涌水量為11.2m3。隧道施工過程中，結合施工現場實際情況，選定的排水方式主要有以下3 種[10-11]：

4.1 短距離排水

若斜井排水距離不超過150m，排水的最佳選擇為短距離分段式反坡排水。斜井掘進時，在其兩側縱向修建兩條匯水溝，橫向修建多條截水溝，截水溝上鋪設鐵板，確保正常行車不受排水影響。橫向截水溝間距為40～50m。在匯水溝及截水溝的作用下，水流向集水箱。用2 臺4kW 排污泵，布設兩條DN100 膠水泵，從集水箱集中抽水排出洞外污水沉淀池，經沉淀后排至原地表排水點。

4.2 長距離排水

若斜井排水距離大于150m，選擇排水的最佳方式為長距離集中式反坡排水。通過接力方式進行排水，如果接力次數大于3，這就需要設計長距離集中式反坡進行排水。共需要用到3 個相同尺寸的鐵皮排水箱，其長度為6m，寬度為4m，高度為2m，將它們進行串聯。使用抽水泵將積水輸送至集水箱中，沉淀一段時間后，排放到污水池中。

4.3 綜合排水

若斜井排水距離的上限超出長距離，必須選擇綜合反坡排水，該排水方式共有3 級。

一級排水：選擇合適部位修建蓄水坑，配合使用4kW 抽水泵及2 套DN100 膠管，將積水輸送至仰拱臨時積水坑。

二級排水：仰拱臨時積水坑積蓄大量污水，使用30kW 水泵與2 套DN200 鐵管，將積水輸送至二襯后方集水箱。

三級排水：在二襯后方使用鐵皮加工制作3 個集水箱，每個長度為6m，寬度為4m，高度為2m，將它們串聯起來，經過三級沉淀，將積水排出。將3 套DN200鐵管安裝到6 臺75kW 水泵上進行排水，1 套管路對應2 臺水泵，其中有2 套用于正常排水，另1 套作為備用設備。

5 公路隧道項目施工階段的水害防治的截水措施

結合隧道洞口地形條件、匯水面積及排水通道大小等因素，在洞口外恰當距離處開鑿截水溝和排水溝，確保將洞內積水及時排出，避免洞口受到嚴重沖刷。將洞口之上的積水導至低于洞口坑洼中，并將周邊的滲水縫隙封堵。

6 公路隧道項目施工階段的水害防治的堵水措施

綜合圍巖完整度、裂隙大小以及含水量等因素分析，可采用以下3 種堵水措施[12-13]：

6.1 全斷面注漿堵水

若掌子面位于較厚的斷裂帶或充滿軟塑物的溶洞當中，地下水體經過長久發育，會引發各種問題，例如淤泥涌出、每小時涌水超過10m3或多于5 個出水洞等。為解決這些問題，需要采用全斷面注漿堵水的方法。在每個注漿堵水循環段落內，進行一次注漿，其范圍不能超出40m，并且注漿邊界距離隧道外輪廓線應大于8m。在進行注漿堵水前，需要做好相關準備工作。首先，在掌子面上澆筑C25 混凝土止漿墻以實現止水效果，并在止漿墻上設置引水裝置。在混凝土的強度符合標準后，才能鉆注漿孔。施工過程中采用履帶式液壓鉆機鉆孔，注漿孔直徑分別是108mm 和150mm。注漿材料為水泥與水玻璃混合漿液，兩者配合比例應大于0.6 小于1.1。具體方案見圖3 所示。

圖3 1#斜井全斷面注漿堵水設計方案

6.2 局部注漿堵水

若掌子面位于地層和非地層之間，或位于淺層斷裂帶或地下水每小時涌水量在2～10m3的情況下，局部注漿堵水措施是最佳選擇。結合實際的出水情況，制訂相應的堵水方案，其注漿范圍不能超出出水通道的范圍，注漿邊界距離隧道外廓線應大于8m，確保堵水效果。

6.3 后注漿堵水

若掌子面結構存在裂縫，出現較多溶孔，則施工過程中會出現嚴重的滲水問題。針對問題嚴重的斷面，應采取后注漿堵水的方式，防止地下水滲入隧道。具體施工要求為：第一，在隧道開挖輪廓線3m 之外的范圍進行注漿施工，結合滲水位置合理確定注漿導管設置部位；第二，使用鑿巖機鉆注漿孔，其孔徑為42mm，注漿孔間距1～2m；第三，注漿材料及配合比與全斷面注漿一致。具體方案見圖4 所示。

如果受侵蝕腔體面積大，并出現流量較大的地下暗河時，主要采取滲溝、涵洞等疏導手段排出積水，最大限度地維持地下水的流向及流量。

7 公路隧道項目施工階段的水害防治施工管理

做好充分施工準備工作：首先，成立配套的組織管理機構，做好專業人員儲備，籌備必要的應急設備及物資；其次，科學制定應急預案并報審；最后，對施工人員進行全員技術交底，開展安全教育及演練活動。

針對富水地層，施工過程中必須嚴格執行設計方案，采取有效的支護措施。動態設計科學合理的爆破方案，將爆破對巖體的影響降到最低，盡量保持圍巖完整性。

8 結語

綜上所述，經過深入研究隧道施工過程中的水害防治技術，前期準備環節，依照具體水害類型，明確水害防治的主要工作，采取“探、排、截、堵”等有效措施，有效落實“短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測”施工管理要求。1#斜井用時330d 順利完工，水害未影響其施工進度。該水害防治技術具有良好的可行性和經濟性，對今后同類隧道水害的防治具有重要的參考價值。