论公路隧道防治水若干新技术

2014-12-25范世全

城市建设理论研究 2014年37期

范世全

摘要防水要求高是公路隧道的特点之一。渗漏水使路面湿滑,威胁行车安全;渗漏水增加洞内湿度,降低风机和灯具的工作效率。在寒区渗漏水还会引发各种冻害,进一步恶化隧道的运营环境。因此,随着公路隧道建设的迅速发展,工程界对隧道的防水愈来愈重视。结合某高速公路隧道防治水的实践，阐述了隧道施工中超前地质预报、异常情况应急处理程序、预防突水的技术措施，根据涌水量和水压的不同采取的相应治水方法，以期对类似工程施工有所借鉴。

关键词公路隧道防治水方法

中图分类号：X734文献标识码： A

1 工程概况

铁峰山高速公路隧道为单向行驶四车道平行双洞隧道，全长6022m，设计纵坡为—1.800％。隧址区内主要为北西翼缓南东翼陡的背斜构造，隧道最大埋深760m。区内出露地层岩性主要为泥岩、砂岩、页岩、灰岩、白云岩、石膏及少量煤系地层。

隧道出口端左线开挖到ZK26+155，右线开挖到YK26+170处时，掌子面相继发生突水、突岩现象，最大涌水量左线约60327m3／d，右线48899m3／d，随后水量逐渐减小，左线水量稳定在约30000m3／d，右线约16000m3／d。伴随涌水，掌子面前方发生坍塌，右线坍塌高度7m，左线坍塌高度28m。

突水发生时，隧道前方尚有近3000m未开挖。为了确保施工安全，对涌水段和隧道前方加强了防治水技术措施。

2 防水技术的应用

2.1 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”。根据高速公路隧道特点，为提高超前地质预报的准确性，施工中采取了四结合原则，即：长距离和短距离结合，宏观和微观探测相结合，构造探测和水探测相结合，物探与地质、钻探相结合的原则。超前地质预报程序如图1所示。

TSP—203地质探测仪可预报掌子面前方较长距离(100m·200m)的大型构造断裂带、软弱夹层等的位置、宽度，岩溶洞穴的位置、充填情况，预报富水带的具体位置等。

超前地质探孔是在掌子面向隧道开挖方向钻孔，通过钻进速度、钻孔涌水量、钻孔取芯等，获取隧道掌子面前方地层岩性、岩石完整程度、可能发生突涌水、突泥与塌方段位置等地质资料，对破碎段的裂隙涌水量进行直观的判断，为下一步的施工提供资料。

地质素描是在开挖过程中，及时记录掌子面岩体内的节理、裂隙、断层、岩脉、地下水状况等地质信息，并根据这些信息运用地质学原理分析推断隧道前方的地质状况，为隧道施工提供依据。

在地质构造复杂、运用掌子面地质素描进行预报有困难时或有疑问时，进行钻速测试。将钻爆炮眼加深到5m，通过对钻速、推力、旋转、旋转力矩、给水量、反水量、反水颜色、浓度变化等资料的分析，推测前方不良地质体的性状。

2.2 异常情况处理程序及措施

由于隧道施工的隐蔽性和地层地质的不确定性，对没有探测到或由于其他原因产生危及生产和人员的安全时，规范异常处理程序和突水预案，做到“未雨绸缪，临危不乱”是很有必要的。

根据隧道进出口的不同情况可以制定为防突水预案，主要有：超前地质预报、洞内实时监测(包括涌水量和结构监测)、钻进防突措施、注浆堵水方案、抽排水措施(反坡)：逃生训练，以及成立各级安全领导小组，制定防治水安全规章制度，定期进行安全讲座和培训等。

地质钻机在钻进过程中，如果揭穿高压含水层，将会导致冲出钻杆、推倒钻机事故。因此，钻孔时施做止浆墙并固定好孔口管，设置孔口防突装置，防止毁坏性事故发生。

当接近可能突水地层时，爆破作业应浅打眼，少装药，使爆破后的实际隔水岩柱不小于设计要求的厚度，防止大量高压水涌人开挖面。

由于隧道进口为反坡开挖，为避免涌水淹没洞室形成灾害，加强了隧道的抽排水能力，每个隧道预备的抽水能力为10000m3／d，正常抽水能力3000m3／d。隧道内设临时集水坑，根据泵的扬程和隧道施工进度，设多级泵站，每级泵站安设三台水泵，水泵的流量应大于

150m3／h。其中一台水泵与日常抽水管连接，用作施工正常抽水；另两台水泵预备与高压水管和高压风管连接，洞内发生涌水时，迅速启动水泵抽水，以便将隧道内的涌水排出，保证施工安全。

3 治水技术

根据隧道涌水量的大小和浑浊程度决定是采用开挖前堵水还是开挖后堵水，遵循“浑水不放过，清水看大小，大堵小排，堵排结合”的原则。

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，但应用最广技术最成熟的是注浆技术。

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。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TGBM浆液等超细型注浆材料。对高压富水段应综合采用各种注浆材料。浆液浓度的选择和变换应根据涌水类型(断层涌水和岩溶涌水)和涌出物颗粒大小以及涌水量大小综合考虑，一般原则是由粗到细，由单液到双液，由高浓度到低浓度(大涌水)或由稀到浓(小裂隙)。

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工艺。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。

3.3 注浆结束标准

①单孔注浆结束标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到4MPa-6MPa时，并稳定10min-30min即可结束该孔注浆。

②全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象；按总注浆孔的5％-10％设计检查孔，检查孔满足设计要求，结束全段注浆。

3.4 效果检查及评定

注浆效果评定是决策开挖施工方案的依据。注浆效果检查评定通常采用分析法、钻孔检查法和取样测试法三种。

①分析法：根据注浆过程中P-Q—t曲线分析及反算注浆后地层的浆液填充率、涌水量对比分析等判断注浆效果。

②钻孔检查法：选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查，检查孔钻探应穿越溶洞段进入基岩，检查孔涌水量应小于O.2L/(m·mim)。

③开挖取样测试法：在开挖过程中取样，测试浆液与地层固结体的物理力学指标，通过和注浆前地层的物理力学指标相对比，判断注浆效果。

3.5 开挖后治水

开挖后注浆堵水是在岩层已经揭露情况下进行的，由于岩层裂隙贯通和外露，注浆堵水作业较为困难，处理方法是找出渗漏水的主要裂隙，由钻孔引流，将面上的渗漏水变为点上的渗滑水，注浆时采用凝胶时间较短的c—s双液浆或超细水泥浆液。