地下水对山岭隧道施工的影响及防治措施研究

2015-03-21赵娟芳屈永强

黑龙江交通科技 2015年11期

关键词：山岭注浆隧道

赵娟芳，李央，屈永强

(江西交通职业技术学院)

地下水对山岭隧道施工的影响及防治措施研究

赵娟芳，李央，屈永强

(江西交通职业技术学院)

山岭隧道是属于地下的线性建筑物,和其他的工程比较具有隐蔽性且施工过程相当复杂。在修建山岭隧道的过程中都必须要穿过复杂多样的水文地质体,最终变成了收集水的走廊。在对隧道进行施工修建时最常出现的问题就是漏水，也是在隧道进入使用的时候涌水的会造成运营过程中出现问题，尤其是在穿越熔岩以及跨过江海时造成的灾害，后果不堪设想危害也是非常大，因此要地下水对山岭隧道施工的影响及防治措施进行研究。

地下水；山岭隧道；施工影响；防治措施

1 地下水对隧道施工影响及防治措施研究的现状

(1)结合工程个体实例简要描述的地下水分布规律，山岭隧道施工中相互作用的地下水和围岩存在的涌水渗漏等灾害研究。

(2)在隧道施工过程中涌水渗漏等常见存在于工程的不利影响和地下水对隧道施工针对性的具体工程进行施工防治在大量的文献中都有记录。

(3)我国原有的地下水对山岭隧道施工的防治原则和标准都是制定在工程技术和理论研究的水平基础上，没有考虑保护生态环境等意识，存在局限性。

(4)每天都在发生快速变化的理论知识和施工技术在今日还没有形成具体系统的研究效果。

2 地下水对山岭隧道施工的影响

2.1 对山岭隧道产生的直接影响

我国的国土面积巨大，山岭地区的占地面积就达百分之六十，伴随着我国经济的高速发展公路铁路高铁也在日益兴起，使得国家间、省市间的通讯交通更加便利，山岭隧道的工程也在每天增加。因为我国的地势非常复杂多变，山岭隧道出现涌水冒泥的现象也在增加，一旦在在施工中出现地下水灾害，经常会导致隧道施工停工，少则几月余多则要几年，降低了施工的效率也造成了经济效益的减少。在相关资料的调查结果中得知，在我国山岭隧道的施工过程中有多达百分之八十概率会发生地下水的灾害。地下水在山岭隧道施工过程中起到至关重要的作用，尤其是对岩体失稳过程中起到的作用也是事关重大。尤其是在结构中存在的围岩弱点，通过许多坍塌的现场观察主要分为两种情况，一是围岩易碎；另一种情况则是围岩应力重分布以及爆竹崩山地震等产生的震动作用，会加快了失稳的进程，所以地下水对岩体失稳起到了相当大的作用。

2.2 对山岭隧道施工的间接影响

地下水对水下隧道存在着腐蚀作用，不容小视的腐蚀作用会将地下水侵蚀使得地下水具有侵蚀性，再与混凝土等成分发生一部分的物质上的化学反应，形成许多的可溶性、膨化性盐物质。在高渗的环境作用中，膨化性盐会松弛混凝土，可性盐则会造成其产生移动变迁，最终导致隧道的结构崩塌，引起塌陷的大事故发生。

2.3 分布规律对山岭隧道产生的影响

我国的气候变化、岩性构造以及地势地貌和人类的活动等多方面条件因素对地下水的水位、吨数以及质质量都有不同程度的影响，想要在地质水文条件下构建一个完整的、具有丰富水量的水带，要求我们要有基本的两方面的条件：蓄水和补给水源。是否可以形成蓄水结构和储水的容量都是与岩性以及构造有相当密切的联系；而气候的条件、地势地貌等自然条件则会决定地下水的补给径流和排泄所具有的条件。他们之间相互联系密不可分，地下水在山岭隧道中就会呈现一定的规律特征。

因为开挖山岭隧道的工程则是一个慢慢形成集水通道的过程，将原声态的地下水环境破坏，将地下水本应该渗透流动的方向人为的改变，也是扰乱了自然的规律，最终久而久之就会将沉积在隧道通道过程中很多年来的泥沙碎石涌进了隧道，造成山岭隧道突然出现泥沙和水大量涌出。

2.4 岩体与地下水相互作用对山岭隧道修建产生的影响

地下水的径流补给以及排放条件的控制是根据岩体本身存在罅隙结构而受到限制的地下水活动范围和运行的途径。而岩土本身进行运动存在的介质不是一成不变的，而是和地下水同在相互作用的，它们之间在自然状态下是存在正常和谐的生态平衡。在经过了人工的对山岭隧道开凿就会造成岩土本身适应性改变，一方面降低水渗透压会造成岩土骨架压缩从而引起颗粒转移；另一方面一旦岩土骨架遭到压缩、颗粒转移更严重会造成岩土渗透的系数和孔隙率降低，岩土的透水储水供给水的能力都减弱。一旦在修建山岭隧道地面就会腾空，使得地面的重力分布不均岩体松弛，容易导致隧道涌水和渗透。

2.5 山岭隧道突水涌水的因素

隧道内的用水量主要是由两部分组成：静态储量和动态储量。

静态储量是隧道围岩中存在的空隙中产生的水量，它的大小自然与隧道围岩的大小、给水能力和储水能力相关联。动态储量则是在含水围岩中以地下径流的形式出现，它与其他的地表水和地下水的水力都存在着联系，大小主要受到含水围岩的大小，补给、径流和排放的条件的影响。

3 地下水的分型特征

地下水是指埋藏在地表下的岩石罅隙或溶隙中的水，按照水层岩石缝隙的性质与储水埋藏的条件进行以下几种分型:

3.1 埋藏条件分型

(1)上层停滞水

(2)潜水

(3)承压水

3.2 水层缝隙性质分型

(1)松散岩石中的孔隙水：地下水的储水能力主要是由岩石中的孔隙的体积大小所决定。孔隙水自身生存的条件和特征就主要是由于岩石的孔隙情况决定。岩石孔隙的体积大小以及数量多少，不但只与岩石的透水性的优劣有联系，还直接对岩石中存在的地下水的含量有很重大的影响，还会涉及到在岩石中地下水流动所需要的条件和地下水的质量问题。在一般状况下，颗粒大且均匀，水层的孔隙就会大透水性就会随之较好，地下水的水量和水流都会大，流动的速度也快，睡的质量也会提高；反之，則出现水量小、水质差、流动慢等特征显现。

(2)坚硬岩石中的裂隙水:裂隙水的好坏会影响到地下水的分布情况和富集。本身裂隙水存在的环境情形就比较复杂，容易受到地层岩性、地质构造的控制，使得裂岩层自身的渗透性不均衡且各向异性。按照裂隙的成因，裂隙水又会分为：风化裂隙水、构造裂隙水、成岩裂隙水三种类型。

(3)可溶性溶隙中的岩溶水：岩溶水自身具有独特的分布规律和运动特征，它是一种较为活跃的地质营力，不断的对自身的储存运输的能力进行改造。岩溶水具有水量大，运动速度惊人，就是被气候影响的动态变化较大，又因为溶隙是孔隙和裂隙中体积最大的，在补给上就会相较于其他两种更容易接受大气的补充。

4 山岭隧道施工对地下水的防治措施

4.1 收集相关资料

收集已有的相关专题研究资料以及山岭隧道工程的地址勘探资料，小组组织对这些资料进行研究分析，再结合本身工程的地质特点进行合理安排。经验表示对于构造上存在规律的掌握程度会对结果具有直接的影响。提前进行资料的收集工作首先要将地质资料设计熟悉掌握，再结合有关的书面资料进行实地核实，了解要施工位置的地貌地势地形的特征加深理解，对于地质资料的手机和熟记将是进行山岭隧道修建提前进行预报的第一步，必须要重视。

在施工过程中的资料收集是施工地质情况分析预报的主要依据，可以采用对施工地质地形进行描绘绘画再进行进一步的随时的小组讨论分析研究。

4.2 合理选址

想要修建山岭隧道首先就要选好地理位置，在选址的时候应该注意要充分考虑一切不利因素，尤其是地下水所带来的负面影响，这就要求我们应该选择眼里面积大的易碎不坚固的地址区域、岩溶剧烈频繁发生的地段、地形存在暗河等地质较差的位置区域。山岭隧道的修建地址的选取就要考虑到地下水的因素，对地下水产生影响的主要因素是地层的岩性、地质的构造以及地貌地势的特点等，地下水形成的过程所需要的条件也不尽相同不均等的，所以在进行选择修建隧道位置时要利用收集的资料，找出适合修建的大致条件在进行选址以及实地考核。

4.3 防治水层缝隙对山岭隧道施工的影响

(1)孔隙、裂隙水之间对山岭隧道施工产生影响的防治措施

为了防止在挖凿山岭隧道的过程中出现水大量渗漏的状况，重则渗入到隧道中，主要是在隧道通过易涌水的阶段，再利用提前的钻孔测试和分析研究，合理运用施工过程所要用到的导管、注浆材料、比例的运算，还要对注浆质量结果进行检查。主要是在注浆后的第2 d，视察容易渗漏的几点是否经过了加厚等特殊处理。

(2)裂隙水对山岭隧道施工产生影响的防治措施

主要是解决裂隙水在断层破碎带多次出现的塌方、突水等问题，在出现相关危险问题的地段，要及时运用有利方法向坍塌的内侧进行加厚封闭处理，用来控制塌方的范围；及时对已经塌方的位置进行修补，以及整个隧道质量的检测，早发现早修正，使其更加牢固，防患于未然。在修建隧道的初期常常出现的问题，就是支护的受力出现异常，经过很多资料的结果分析其原因，可能主要是与某一段的地层岩性相关，泥岩和地下水相结合就会发生软化从而编程了泥浆，使得坚硬度降低起不到了支撑的作用；所以在隧道修建的初期，我们要提前对支护设备方案上加强力度，加密注浆孔形成一个堵水结构。在挖空开凿的后期修建工作中，以及提前所探测到围岩的状况，对相较较弱的地段加强挖凿半径并注浆，先形成堵水结构。

(3)溶隙水对山岭隧道施工产生影响的防治措施

这一期间主要是利用很多现阶段高科技探测方法及时有效的对掌子面出现的不良地质和构造变化进行推断很解释，可以方便快捷的的为隧道工程、提前准备的支护材料和预防灾害的发生提供有效的地质资料和信息，更快速的找到解决方法，以来防止造成不必要的停工和工程拖延，造成经济的损失。

在进行隧道修建时要充分利用好物探的探测方法。物探方法可以查明很多的地质水文的问题，主要的原因是不同类型不同含水量的岩石，不同矿化程度后水体间在物性上都存在这差异，所以可以运用各种物理探测机器来对想要理解的岩石、水体的某些物理特征的变化，再进行分析研究得出推断地质水文条件发生变化的结果。地面的物理探测方法已经是被大家作为地下岩性、地层划分和地质结构的判定的一种有效方法。大多数的物探方法已经广泛运用于寻找地下水资源和对地下水的一些特征的论证，它就是不能很直观的将一些地下水的本质特征性质显现出来，而是在这个基础上通过测定岩石的储水量、形成的缝隙等间接的物性显示再来进行地下水存在和分布特点的判定。

4.4 地下水的处理原则

是对施工阶段制定相应的对富含水、地下水处理的特殊要求。

(1)进行预报综合分析，先探后掘的原则

从地层来看易于发生涌水的位置,是处于在地层交界、断层褶皱、裂隙发育的围岩;从岩性角度讲,则易发生于透水性比较好的位置;在与地表之间的联系来讲,比较容易发生在浅埋与地表相通、补给及时地表水的隧道。

在施工阶段提前进行预报，在进行综合分析,最大努力找到地下水含量较多的地层分布位置和规律。对于易发生涌水的岩性变化、断层、褶皱带等部位,重点加强预测、预报、探测。一定要坚持提前预报,全程探水先探后掘,以确保安全施工。

(2)将标准完善,实行大堵小排原则

想要完全的阻断水,也不是没有必要也不是必须执行。依照隧道本身设计,制定与之相符的验收标准,在施工阶段,还需要建立施工控制的标准,更方便控制。施工阶段采取超前钻孔,制定超前孔的涌水量的判释标准,有利于控制施工,低于基准, 不可注浆,反之,就应考虑采取提前注浆。单孔出水量≤0.5Ls，双孔出水量<0.6Ls，多孔平均出水量<0.4L/s。

(3)先预案,远离风险的原则

对具有高水头、流量大、交替强、突发性的地下水丰富的隧道中，针对可能发生的主要涌水点要制定各种可能的施工技术方案和防止灾害预案,立足于超前注浆封堵,确保隧洞安全快速施工。应该立足于预注浆,除非在提前注浆条件不足的时候，再进行注浆。因为提前进行注浆要比晚注浆效果更好、也更节省。

(4)先行试验,快速决策的原则

根据国内外隧洞施工经验, 成立有权威的决策小组,开展注浆试验强化技术指导是十分必要的。为此在各个方面都要确保万无一失，同时建立地下水处理的快速决策机制。