论孔隙水压力对隧道雨季施工的影响

昌晓宁　张青林

[摘 要]隧道作为地下线性建筑物，修建过程中不可避免地穿越不同水文地质体，从而形成集水廊道，通常有“十隧九漏”之说，孔隙涌水是隧道施工中常见的地质灾害，也是隧道运营中的主要病害，同时也是其它地质灾害的主要诱因之一，在雨季时，孔隙水造成的后果更严重，危害更巨大，故对隧道工程施工过程孔隙渗水的影响及防治对策的系统研究已迫在眉睫。本文结合广东省连平（赣粤界）至从化公路的隧道施工实际情况，分析孔隙水压力对隧道雨季施工的影响。

[关键词]孔隙水 隧道施工 雨季

中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0120-01

1 工程概况。

广东省连平（赣粤界）至从化公路是国家主干道大（庆）广（州）高速公路的一部分，是广东省北出口的重要通道之一。路线起于河源市连平县上坪镇李屋排九连山隧道（赣粤界，设九连山隧道接大广高速公路江西境段），沿线经河源市连平县、韶关市新丰县、惠州市龙门县、广州市从化，终于从化太平镇中和里后龙山互通（顺接街北高速公路）。该项目路线全长182.014公里，设计速度100公里/小时，双向六车道，路基宽度33.5米（其中，与规划的粤湘高速公路共线段约22.5公里采用双向八车道，路基宽度41米）。桥涵设计汽车荷载等级采用公路-I级。

2 孔隙压力作用。

对于孔隙和微裂隙中含有重力水的岩石，当其突然受载水来不及排出时，岩石孔隙或裂隙中将产生很高的孔隙压力。这种孔隙压力，减小了颗粒之间的压应力，从而降低了岩石中的岩石的抗剪强度，甚至使岩石的微裂隙端处由于受拉状态从而破坏岩石的连接。隧道修建前，山体中地下水因流动而形成初始渗流场。任一点的水压力P一般不等于该点垂线上由地下水位产生的静水压力P0=γh0， 而要乘以修正系数β1，即：

P=β1p0

在山体内β1一般小于1.0，但在山谷下部及承压水地层中β1大于1.0。

当岩石孔隙或裂隙上存在水压力 P 时，其有效应力可表示为σ'= σ。αP式中α为等效孔隙压力系数，它取决于岩石孔隙或裂隙的发育程度。而岩石破坏准则的Coulomb-Mohr 公式为：

τ=σtan +c

把上式代入即可得具有孔隙或裂隙水压力作用的岩石破坏准则：

τ=σtan+cαPtan=σtan+cw

式中，cw为水压力作用时的岩石内聚力。

显然水压力的作用降低了岩石的内聚力。同时也降低了岩石的抗压强度

上式虽然是从 Coulomb-Mohr 破坏准则和有效应力原理简单推导而得。但定量地确定了孔隙或裂隙水压力使得岩石内聚力减少αPsin，抗压强度减少了；水压力抵消了一部分法向力，同样也导致内摩擦力减弱，增加了下滑力。裂隙水压力不仅降低了摩擦力，而且会将软弱结构面中的充填物带走或饱水，这就使结构面上的内聚力几乎消失，促使有滑塌趋势的块体发生沿软弱结构面滑塌坍方。因此，在正常干燥情况下不会发生破坏的岩石，在孔隙或裂隙水压力作用下可能要发生破坏，九连山隧道在 F1断层富水段多次发生塌方是一个很好的例证。

3 孔隙水压力影响隧道施工防治方案研究。

九连山隧道进口段为浅埋段（埋深为10m～20m），由崩、坡、残积的块石土、含块碎石的粉质粘土等组成，为侏罗系中下统自流井组 J1-2z和下统珍珠冲组 J1zh，该含水层岩组分布于隧道进、出口浅埋段，背斜翼部、背斜山山麓向红色浅丘过渡带，横向冲沟较发育，利于地下和地表水的排泄，而表层多被崩、坡、残积土覆盖，松散层过水、储水作用则利于基岩地下水的补给。下伏基岩为砂质泥岩、介壳灰岩夹薄层状泥岩。节理全断面切割围岩，风化裂隙较发育。开挖到此段时出现了地下水大量渗漏，严重影响了隧道的正常施工。

3.1 工程处理措施

为防止地下水渗入隧道，在隧道穿越重点涌突水段，根据超前钻孔测试与分析，针对进口浅埋段，工程水文地质条件差，上方又有鱼塘的特殊地段，采用以下工程措施：小导管超前注浆法并加强了初衬支护参数，顺利通过了浅埋段并存有鱼塘的不良地质情况，既保证了隧道施工的安全性，又避免了地表水过多流失，造成对环境的破坏，影响居民和灌溉用水，取得了较好的效果又节约了工程成本。

3.2 进口段采用的支护参数

①采用把钢拱架加密到0.5 m/榀，为了保证支护的整体性，在18号工钢中部打孔，安设注浆小导管，注浆采用φ42小导管，孔口环向间距0.4m，纵向间距加密到1.5m，梅花型布置，径向长度为4.00m，重叠长度2.5m，小导管的倾角为7°～8°，注浆小导管以隧道中线向两侧各60°范围内布置。

②注浆材料

为了保证注浆材料能在破碎围岩中均匀渗透，提高围岩固结强度有效封堵地下水，在裂隙较大而水压较小时采用CS浆（水泥-水玻璃双液浆）C：S=1：（0.6～1.0）（体积比），水泥浆水灰比0.8：1～1：1，水玻璃模数2.6～2.8，水玻璃浓度35B；在裂隙较小而水压较大时采用水溶性聚氨酯，浆液浓度应根据岩体条件加以调整。

③注浆压力、单孔注浆半径及结束标准

注浆压力取为静水压的2～3倍，破碎岩层0.8～1.2 MPa，完整岩层3～5 MPa。单孔注浆有效半径3.6m，注浆孔孔底中心距为注浆半径的1.5倍即5.4 m。单孔注浆压力达到设计终压并继续注浆10 min以上，注浆终压应控制在1.0MPa左右，单孔进浆量应小于10L/min，可结束本孔注浆。

④注浆质量检查

主要是在注浆后的第二天，用眼睛观察漏水裂缝是否已经被堵塞，若不渗漏水，表示注浆质量良好（雨季施工时，更应注重这一步骤，防止雨水渗漏冲刷），若仍有渗漏可重新注浆，必要时应加密钻孔注浆。经过上述处理措施后，隧道初衬、二衬均无渗漏现象出现。隧道信息化施工监控量测分析结果：K22+340～K34+850断面自13年7月1日埋设以来，量测断面的水平收敛在测点埋设12天内为急剧变形期，其变形相对较大，其最后当日变形速率1.05mm/d，至13～20 d时为缓和变形期，至21d开始进入基本稳定。量测断面的拱顶下沉在测点埋设14d内为急剧变形期，其变形相对较大，其最后当日拱顶下沉速率为1.65 mm/d，至15～26 d 时为缓和变形期，至27d 时进入基本稳定期。最后三次量测的位移平均速率分别为0.05 mm/d（水平）和0.09mm/d（拱顶）；累计水平收敛量和拱顶下沉量分别为17.68mm（水平）和36.69 mm（拱顶）。从测断面的水平收敛和拱顶下沉原始数据处理分析结果，预测其末次量测时水平收敛和拱顶下沉变形已释放程度大于80%，根据新奥法施工监控量测规范，隧道围岩体变形已趋于稳定，隧道开挖初衬支护参数合理。

4 结语。

本文结合广东省连平（赣粤界）至从化公路上的九连山隧道施工实际，对孔隙水压力对隧道雨季施工的影响作出了分析，并且提出了解决防治措施，以期对同类工程项目有借鉴作用。

参考文献

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