浅谈大跨浅埋隧道防排水工程施工

浅谈大跨浅埋隧道防排水工程施工
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摘要渗涌水是隧道的一大病害，本文结合长城岭隧道实际施工中的一系列防排水错施，简单分析了隧道渗涌水的成因，并阐述了隧道工程中防排水的各种施工工法和其重点难点，以及长城岭隧道防排水所取得的一些成功经验。

关键词防排水裂隙承压水渗涌水超前地质预报注浆止水
1 工程概况
长城岭隧道地处低山丘陵地区，属泰山余脉，山体较完整，无深冲沟、洼地等次地形切割，山体岩性单一，以坚硬的奥陶系灰岩为主，其中夹页岩互层，岩石裸露，山体鞍部局部由第四系全新统亚粘土覆盖，厚度小于5.0米。

隧址山体最高处为362.40米，与隧道洞口绝对高差是29.40`47.10米，山体坡度缓，两侧直角均小于5度。

隧址区节理十分发育，主要可分为两组，一组走向约北西340±10度，倾角近直立，一般为闭合型，节理间距0.30`1.00米，宽度0.5`3.6厘米；另一组走向约北东70±10度，倾角近直立，据六个地段统计多为张开型，裂隙宽度3`20厘米，个别达50厘米，无填充物。

隧址区地质水文条件简单。

地下水主要接受大气降水的渗入补给，地表植被稀少，绝大部分基岩裸露，沟坡拦蓄水的能力弱，大气降水大部分以地表径流的形式顺斜坡从山上向山下运动，部分沿风化裂隙及节理带由地表渗入地下，地下水径流一般在地下数十米范围内，
据以上所述，长城岭隧道属大跨浅埋隧道，隧址裂隙发育，隧道内涌水受大气降水影响大，雨季期隧道裂隙发达处涌水发生率高，涌水量大而集中。

2 渗、涌水特征
2.1 隧道渗涌水特征
由于裂隙的发育程度受岩性和褶皱构造密切控制，而砂岩和泥岩裂隙发育的差异非常明显，同一个砂岩层其中的裂隙相互贯通，同时，砂岩由于刚性强，一般裂隙的张开性。

互通性较好，从而砂岩成为相对含水层，而泥岩则由于其软塑性，裂隙细而密，含水导水性差，成为相对的隔水层。

由于砂、泥岩裂隙水具有相对的成层性，从而使层间裂隙水具有承压性质。

长城岭隧道地区主要岩性为页岩、灰岩互层，黏土及粘土等含水性岩层很少，地表降水形成后在地表无植被及含水层滞懈，直接通过地表裂隙下渗、聚集，形成裂隙承压水。

2.2 隧道渗涌水的动态变化特征
隧道涌水量由两部分组成：其一是静储量，是指隧道、隧道被揭穿前，实际赋存在含水层中的地下水。

其大小取决于含水层的厚度和孔隙、裂隙或溶洞的大小和数量；而当隧道、隧洞揭穿含水层以后，地下水将不断涌出，这时大气降水或地表水体会再次补给含水层的地下水，后者称为动储量。

其大小取决于含水围岩的规模、补给条件、径流条件和排泄条件。

2.3长城岭隧道地表无径流，大气降水少，但是较为集中，一次性水量较大，对隧道防排水带来较大压力。

3 防排水技术的应用
根据以上地质水文特征，长城岭隧道在设计中按照排、截、堵结合，因地制宜，综合治理的原则，以
求达到防水可靠，排水通畅，经济合理，不留后患的目的，同时注重环境保护，尽量减少水土流失。

其中绝大部分防水设计是目前隧道施工中常见且行之有效的技术措施。

在施工过程中，施工单位不仅仅严格按照设计进行施工，并根据以往经验自主采用了不少简单实用的防水方法，起到了很好的作用。

3.1 超前地质预报
超前地质预报是确保施工安全，以及隧道完成后运营安全的一项重要技术措施。

超前地质预报和隧道开挖之间的关系是“有疑必探、先探后挖、不探不挖”。

根据高速公路隧道的特点，为提高超前地质预报的准确性，我们在施工中采用了“长距离和短距离结合”。

3.1.1长距离：TSP地质探测仪以数据大致掌握掌子面前方较长距离情况，为后期施工工法提供参考；TSP-203地质探测仪可预报掌子面前方较长距离（80~100m）的大型构造断裂带，软弱夹层的位置、宽度，岩溶洞穴的位置、充填情况，预报可能涌水带的具体位置等。

3.1.2 短距离：超前钻孔（即开挖钻眼过程中使用五米钻杆，超前钻探）直接为工班组下步工序施工提供可靠事实证据。

同时对钻探到的积存承压水有效释放压力。

超前钻孔是开挖钻眼同时，在掌子面径向钻孔，通过钻进速度、钻孔涌水量、钻头附带物等，获取隧道掌子面前方地层岩性、岩石完整程度、是否有溶洞及大型蓄水裂隙等地质资料，对破碎段的裂隙涌水量进行直观的判断，直接反应于施工的细部调整。

3.1.3 施工单位在长城岭隧道右线SM3级围岩施工时，连续降雨，常规开挖长度为2.5米，在超前钻探时，右拱部钻头出现塌孔现象，钻孔回流水呈橙黄色，富含泥质且具有一定压力，钻头退出后，钻头有明显黏土存留迹象。

施工单位立即调整开挖长度至1.0米，并加强加快支护，三个循环后，地质情况突然恶化，大量泥夹石，极其破碎围岩出现，于是申请工程地质变更，改变支护参数；由于之前的有效预测及正确的处理措施，有利的保证了隧道施工的安全质量，未造成不良后果，并产生了较大的经济效益。

3.2 重点处理
施工单位在施工过程中，对在围岩面出现较大涌水、漏水重点区域进行了详细记录，重点加强防排水设措施，如采用土工布直接覆盖涌水处围岩，与支护结构固定，减小水压力，将水沿初期支护背后引流至拱脚，后期疏排；加设环向排水弹簧管。

3.3 注浆止水
目前国内外处理涌水的主要技术措施有注浆堵水、地层冻结技术，压气技术等。

而应用最为广泛的是注浆法，根据现场实际情况及设计要求，长城岭隧道在施工过程中也大量采用此种工法。

一是止水堵水，第二是加固围岩，起到双重作用。

3.3.1 注浆材料
注浆材料主要采用普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆、HSC浆液或TGRM浆液。

注浆材料配比如表1所。

现场注浆施工中根据情况进行浆液种类和配比的选择调整。

注浆材料使用时按以下原则选择：对探孔注浆、径向注浆、破碎带注浆以及帷幕注浆以普通水泥浆为主，局部水大时兼用水泥-水玻璃双液浆，对砂层地段宜采用HSC浆液或TGRM浆液等超细型材料。

表1 浆液配比参数表
注：水坡璃浓度：35B’e
3.3.2 注浆顺序与工艺
注浆顺序按由下到上、由外到内、由远水源处到近水源处、间隔调孔的原则进行。

注浆工艺主要采用全孔一次性注浆和分段注浆相结合的混合注浆法，当钻孔中涌水较小时采用全孔一次性注浆，当钻孔涌水较大和围岩破碎时采用分段注浆。

分段长度视涌水量大小和围岩破碎程度而定，一般以5m为一分段长
度。

3.4 设置弹簧管排水管与排水半管排水
设计于开挖渗水处在围岩表面设置PE1/2φ10塑料排水半管，半管沿围岩表面环向布置，并用固定钉固定，重点将围岩出水点包裹并将水引流至拱脚；隧道初期支护与二次衬砌之间设置φ5环向弹簧排水管汇水，弹簧管紧贴初支面铺设，用固定钉固定，下端接至边墙底纵向排水管，以排出初支面渗水；衬砌的边墙底用纵向排水管集水，然后由横向排水管将水排至中心排水管与仰拱下逆向渗水一并排出洞外，以防止积水于初期支护背后对混凝土的侵蚀。

3.5 设置两侧排水管及中央排水管
隧道渗水应实行以排为主，隧道还设置了φ40混凝土两侧排水管及中央排水管，采用其他配套的管路各自连接，分别用于排出路面积水和围岩渗水。

3.6 铺设PVC防水板、止水带
复合式砌的初期支护与二次衬砌之间设置了PVC防水板，PVC采用厚度不小于1.2毫米产品，内衬土工布，PVC防水板采用无钉铺设，表面平顺，松紧适度，自动热融机焊接，焊接密封，接头质量受用充气检验。

隧道的施工缝和沉降缝使用橡胶止水带止水，止水带沿衬砌环向布置，平整牢固，防止施工缝和沉降缝处渗漏水。

3.7 防水衬砌混凝土标号与水压力匹配
二次衬砌混凝土的抗渗是防水的的最后一环，抗渗性能优良的混凝土不仅保证了防水效果，而且提高了混凝土本身的耐久性，因此其抗渗标号应根据背后可能出现的水压力大小确定。

故衬砌混凝土的抗渗标号一定要比水压力大，否则，在高水压作用下，即使不发生滴、漏现象，但混凝土的慢渗问题难以解决，混凝土的耐久性就难以保证，长城岭隧道采用C30，S8抗渗混凝土，能满足要求。

4 施作防排水工程应注意事项
4.1 确保防排水材料质量
4.1.1 确保材料质量，一定要使用质量合格的材料
4.1.2 根据防排水材料进货批次，委托具有相关资质的机构进行检验，确保材料各项性能指标符合要求4.1.3 材料在运输、保管和施工过和中应防止损坏。

4.2 严格进行施工工艺和管理，推行标准化作业
4.2.1编制详细的防排水施工方案和工艺，制订和完善防排水质量保证体系，严格按设计要求和技术规范和标准进行操作，按有关制度进行自检和报检，推行标准化作业，做好过程控制，不合格的部位要坚决返工重做。

4.2.2 采用先进工艺，并进行严格的施工管理
4.2.3 提高机械化水平，实现自动化作业
4.3 重视防排水细节，不断优化和改进施工方法
4.3.1 实行分区设防，防止地下水直接串流
4.3.2 提高防水板的铺设机械化水平
4.3.3 优化钢筋混凝土中止水带的设置方法
5 渗漏水处理
即使设计合理，施工质量优良的隧道工程，其发生渗漏水都是难免的，一旦发生渗漏水，应首先判明原因，然后选择合理的材料和工艺进行渗漏水处理，要采用耐久性好和环保型的材料，严格进行工艺控制，坚持“疏堵结合”的方针，目前常用的方法有衬砌背后回填注浆，“割槽引流”等都是行之有效的，应根据现场实际情况调整使用。

参考文献：
1．李丰果隧道断层破碎带渗（涌）水特征分析及处理技术
2．李治国高水压、富水隧道的防排水技术探讨
3．李丹王全胜孙国庆某公路隧道防治水技术及应用
（本文由中国公路人网—国家级一类公路行业网站提供）。