金寨顶隧洞地下水应对措施及处理技术

2017-04-07肖璇

四川水利 2017年4期

关键词：金寨隧洞灌浆

肖璇

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川德阳，618000)

金寨顶隧洞地下水应对措施及处理技术

肖璇

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川德阳，618000)

在复杂的水文地质条件下，小断面隧洞的抽、排水一直是施工中必须解决的一大难题。本文以金寨顶隧洞为例，对隧道渗涌水的监测进行了简要分析，提出如果地下水渗流主要为静储量时，应该采取以排为主的方式，如果地下水渗流主要为动储量时，则应该选择以堵为主的方式。同时对隧道结构防、排水工作的设计进行了简要分析，针对隧洞地下水施工所出现的问题提出了相应的解决措施以及有效的辅助处理措施，希望给有关企业和部门提供可借鉴的资料。

小断面隧洞渗涌水抽排水措施

1 引言

当自然条件复杂时，深埋较大的长隧道所面临的主要自然灾害包括高地温、涌(突)水以及高地应力等。并且在这些常见的自然灾害中，问题最为突出且最为普遍、危害最广的就是地下水问题。就目前的隧洞施工而言，大部分工程项目在施工时出现了涌水问题，并且部分隧道在后期的运行过程中会出现漏水、涌水问题。由于隧洞存在部分段或全段围岩不稳定情况，所以如果出现渗涌水问题，将会导致围岩周边的受力情况发生不同程度的变化，隧洞结构的稳定性遭受损坏，例如会出现拱脚基底承载力降低、锚杆锚固力减弱、围岩强度降低等现象，严重地破坏隧洞结构。地下水问题的出现会给整个隧道项目的施工带来巨大的考验，严重影响施工进度，甚至会威胁到施工人员的人身财产安全。与此同时，还会对隧洞周围的生态环境产生较大的影响，所以加强对隧洞地下水应对措施的研究是十分必要的。

2 工程概况

位于汉源县大田支渠二标的金寨顶隧洞K19+796.98～K22+796.98，全长3000m。

该隧洞位于宜东向斜的NE翼，隧洞穿过地层为震旦系(Z)白云岩、页岩夹薄层白云岩、流纹岩以及覆盖层等，白云岩及页岩产状N5°～10°E/NW∠35°～45°。岩层走向与洞轴大角度相交；地下水位高于隧洞顶板高程，岩体中裂隙不发育，强、弱风化带厚度分别为6m～10m与8m～12m。隧洞进出口均为崩坡积(Q4dl+col)孤块碎石土，厚度大于50m。

进口段隧洞长度428m，该段隧洞通过段为崩坡积(Q4dl+col)孤块碎石土，据金ZK1钻孔揭示：孤块碎石土厚度大于50m，其结构松散，局部架空，成洞极困难；洞身段长度2482m，洞室最大埋深约605m。洞身通过地段无深切冲沟，不存在隧洞冒顶的问题，具备成洞条件。出口段长度94m，该段隧洞通过段为崩坡积(Q4dl+col)孤块碎石土，孤块碎石土局部厚度大于70m，其结构松散，局部架空，成洞困难。

根据地质结构图分析，部分隧洞洞身位于冰水堆积孤(块)卵砾石夹砂中，块径大小分布不均匀，结构松散，无规律可循；成洞极困难，施工难度极大。

金寨顶隧洞为城门洞形，无压隧洞，其中，Ⅴ类土洞695m，Ⅳ类1100m，Ⅲ类1204m。开挖断面：Ⅴ类土洞为2.8m(宽)×3.0m(高)；Ⅳ类断面为2.56m×2.88m；Ⅲ类为2.1m×2.45m。二次衬砌后尺寸为1.8m×2.2m。

区内地下水类型主要为松散层的孔隙潜水、基岩裂隙水及碳酸盐岩类岩溶水。地下水主要由大气降水补给及松散覆盖层孔隙潜水补给，地下水径流途径短，就近补给，向沟谷排泄。工区地下水赋存于砂、泥岩地层和碳酸盐地层中。

3 隧洞涌水的危害

在本工程金寨顶隧洞中，出现涌水所带来的危害主要有下列三方面：

(1)对整个隧洞的安全带来很多不利影响，施工难度增大、处理费用提高，严重延误工期。引水隧洞的位置都处于地面线以下，如果出现涌水现象，则需要及时利用水泵等排水设备，采取一系列的施工排水措施将其排到洞外，如果涌水量过大，水泵排水量不足时，将很有可能造成隧洞的淹洞事故，严重的威胁施工人员的人身财产安全，造成不必要的损失。一旦出现涌水，则面临着高难度、高代价、延误工期甚至淹洞的严重后果[1]；

(2)地下水位下降。如果隧洞内的地下水量较多并且经过长时间的施工排水，将会导致隧洞沿线的地下水位出现大幅下降的现象，进而导致地下水位下降区的形成，该区会出现水资源大量减小的现象，可能对当地居民的生活造成严重的不良影响；

(3)地面沉陷。地下水涌出的水流会夹杂着大量砂石以及其他固体物质，这会导致隧洞沿线地区出现水土流失的现象，甚至会造成施工地地面坍塌、沉陷等严重问题。

4 防止和处理涌水的措施

针对于金寨顶隧洞洞内施工中出现的地下水渗涌情况，对地下水应对措施进行归纳和总结，分别采取“预报、疏导、封堵、抽排”的措施及对策[2]。

4.1 加强超前预报

在隧洞工程的施工过程中，地质勘查工作只能对山体中水文和地质条件进行初步的判断，很难发现隐藏较深的局部不良地质，所以要在施工的过程中加强超前的地质预报工作，从而避免施工问题的出现。金寨顶隧洞采用了以下多种方式来进行地质的超前预报。

4.1.1 地质法

地质法超前预报，是充分结合隧洞内外地质勘察报告以及隧洞施工期已揭露岩体的结构面产状以及其岩体破碎程度、岩石发育状况、岩石所出现的变质程度等特征，对掌子面前方可能出现的结构构造以及结构性质进行推测，从而实现地质的超前预报。金寨顶隧洞开挖时，每一个循环阶段都采用了这种方法来进行超前预报，从而能够对涌水洞段提前做好准备工作，整个施工阶段多次预报成功，具有较好的实际效果。

4.1.2 水平钻孔法

当所处的洞段具有较为复杂的地质条件时，可以钻开一定长度的勘探孔，其方向为沿着洞线方向，通过岩芯采取率的计算、钻进速度以及岩芯强度的试验从而对掌子面前方的富水带以及断层破碎带进行准确的定位。金寨顶隧洞在上游段主要采取了这种方法。

4.1.3 长钻孔探水法

众所周知，埋深长的隧洞涌水处理起来非常困难，需要多方面的施工技术，在实际的施工过程中，一定要竭力避免因施工不当而导致地下水被揭露，造成涌水现象。在具体的施工过程中，如果前方可能出现富水洞段，则可以采用大约6m长的长杆，来对掌子面的前方以及侧方进行探测，如果没有相应的地下水反应，则可按照施工计划进行正常的施工，如果出现地下水反应，要立即对反应洞段进行灌浆阻水工作。完成灌浆工作后，要对地下水反应洞段再次进行探水，如果探孔不再出水，则可进行正常施工。在金寨顶隧洞的施工过程中广泛地应用了这种长钻孔探水技术，并且其效果十分明显，能够及时地探测到富水洞段，从而能够有效地避免涌水现象，保证了工程的进度和安全。

4.2 保证隧洞排水能力

金寨顶隧洞埋深较大，整个隧洞全部处于地下，在实际的施工过程中，要及时将出现的涌水或者渗水通过设备及时地排到洞外。如果不具备充足的排水能力，没有及时地将水排出，则很有可能导致淹洞事故的发生。在实际的施工过程中，要通过施工洞段的最大长度来进行隧洞排水能力的控制，要对隧洞确定的排水能力留有富余量，当进行隧洞的排水时，要做好相关设备的准备工作，一旦出现涌水现象，保证相应设备可以立即发挥作用。对于金寨顶隧洞的渗水，采用以下处理措施：

4.2.1 顶部局部渗水

首先安装塑料薄膜将渗水汇集，然后在洞内架设一条塑料管，最后集中排出洞外。

4.2.2 边墙底板渗水

首先开挖集水井，然后将渗水汇集，最后集中用潜水泵抽排至洞外。

4.3 选择适当的封堵方法

在金寨顶隧洞内，往往会出现不同状态的地下水病害，所以在实际施工时，要根据不同的现象和地下水状态从而选取最合适的封堵方法。

4.3.1 探孔出水灌浆法

本工程灌浆机械采用三联机配GJY-Ⅲ型灌浆机与记录仪配套使用，灌浆材料使用Po32.5普通水泥。将孔口管和止浆塞装设在出水的探孔内，孔口管与压力表、灌浆管、灌桨泵、阀门相连接。灌浆前，须保证阀门处于关闭状态，在压力表读出取水压，灌浆压力为0.4MPa，灌浆方式采用纯压式灌浆法。灌浆因故中断时，应及时清灰灌浆。中断时间大于30min，设法清洗至顶孔深后复灌，否则重新钻孔灌浆。在规定的施工压力下，灌浆孔停止吸浆，再延续灌注大约10min后即可停止。

4.3.2 超前预注浆法

如果掌子面前方较大可能出现富水段，或者前方具有较差的地质条件时，可以采用这种方法。通常情况下，30m～50m左右的预注浆孔深较为合理，选择回旋冲击式凿岩机以及钻机进行预注孔钻进，如果在钻进过程中围岩破碎，要停止前进，并且设置止浆墙。止浆墙的设立要充分结合现场的情况，从而确定止浆墙的具体位置以及止浆墙的结构形式。在注浆时，采用孔内循环孔口封闭的灌浆法。

4.4 选择适当的抽排方法

金寨顶隧洞出口段采用自然排水方式，进口段采用反坡排水方式[3]。

4.4.1 隧洞出口段

采用自然排水方式，由于洞内施工前进方向为上坡，洞内的水可以靠自身重力经排水沟槽自然流向洞外，不需要抽水机抽排。本工程在隧洞一侧底板高层以下开挖约宽35cm、深25cm的排水沟槽排水，以防止洞内的水长时间浸泡隧洞地基，破坏持力层稳定。

4.4.2 隧洞进口段

采用反坡排水方式，由于洞内施工前进方向为下坡，洞内水将会向施工工作面汇集，必须及时抽排，以防止施工掌子面水集聚过深，影响施工，因此需采用机械排水。本工程在隧洞一侧底板高层以下开挖约宽40cm、深30cm的排水沟槽，洞内水由排水沟汇集到集水井，再由潜水泵接力排水。

本工程设置多级泵站接力排水，采用移动式潜水泵将工作面的积水抽至临时集水井内，其余已施工地段隧洞渗(涌)水经隧洞内沟槽自然汇集到泵站水池内，由固定排水泵站将积水由排水管道抽排到上一级排水泵站内，最后由固定式排水泵接力将洞内积水抽排至洞外，经污水处理池处理后排放。固定式排水泵站水仓容量按4min涌水量设计。若有临时汇水，则要根据汇水段汇水量大小选取施工排水机械。本工程使用2台潜水泵，1台备用潜水泵，针对隧洞涌水量大时须适当增加潜水泵；同时为防止突水，设置1套高压风管作为应急排水系统。