高压富水大断面隧道防排水施工技术

唐智华

摘要：依托新建仁新高速青云山隧道重难点工程，针对高压富水隧道进行防排水施工技术研究，采取钻孔限量排放、双层交错超前小导管、径向注浆钢花管、隧底钢花管高压压注双液浆、初喷混凝土表面加密环＼横向排水盲管等措施，达到释放水压、堵水加固、增加排水通道的目的，降低施工期间安全风险。同时采用喷雾台车养护衬砌混凝土、全断面全包防排水、仰拱底设盲管、边沟底部钻竖向泄水孔泄压等防排水技术，提高混凝土抗压强度、降低衬砌水压，填充面设纵横向贯通盲沟与隧道边沟相连排水，以降低隧道运营期间路面渗漏水风险。

Abstract： Relying on the important and difficult projects of the newly-built Renxin Expressway Qingyunshan Tunnel， the waterproofing construction technology research for high-pressure water-rich tunnels is carried out， and the drilling limited discharge， double-layer staggered advance small conduit， radial grouting steel tube， tunnel bottom steel tube high-pressure injection double-liquid slurry， initial spray concrete surface encryption ring ＼ lateral drainage blind pipe and other measures are taken to achieve the purpose of releasing water pressure， water blocking reinforcement， increasing drainage channels， and reducing safety risks during construction. At the same time， the spray lining is used to maintain the lining concrete， the full-section all-inclusive waterproofing and drainage， the blind pipe at the bottom of the arch， and the vertical drainage hole pressure relief at the bottom of the side ditch to improve the concrete compressive strength and reduce the lining water pressure. The filling surface is provided with vertical and horizontal through blind ditch and drainage connected to the tunnel side ditch to reduce the risk of road seepage during tunnel operation.

关键词：高压富水区隧道;释放水压;堵水加固;喷雾台车;全包防排水

Key words： high pressure water-rich zone tunnel;release water pressure;water blocking reinforcement;spray trolley;all-inclusive drainage

中图分类号：U451;U453.6                              文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）34-0160-03

1  工程概况

青云山隧道进口位于广东韶关翁源县，出口位于连平县，设计为双向六车道分离式隧道，左线长5910m，右线长6010m，隧道最大埋深约808m，属特长深埋隧道，隧道地质结构复杂，是全线控制性工程，也是目前广东省在建最长双向六车道隧道。隧道断面宽17.21m，高11.31m。

由于隧道穿越地层年代较多，岩性差异风化明显，且隧址区褶皱发育，围岩具有较强的透水性，地表水渗入地下，成为丰富的地下水水源，使得隧道区地下水较为发育，水压较高。

2  施工重难点

青云山隧道YK345+603～YK345+623段围岩主要为全～强风化泥質砂岩，遇水极易软化，几乎无自稳能力，围岩呈散体至小碎块状结构，且拱顶偏右侧发生高压涌水，伴有大量的泥沙、碎石涌出，流量约450m3/h。该处涌水持续时间长、水量大，前期涌水夹泥，后逐步变清。施工中存在涌水量大，且高压造成开挖、支护难度大，仰拱易起拱、衬砌结构易开裂、施工缝易渗漏水等难题，现场涌水突泥情况详见图1。

3  施工技术

3.1 钻孔排水降压

当围岩较破碎且稳定性较差时，利用潜孔钻进行钻探排水，对地下水进行限量排放，释放水压，避免大量的地下水将各种填充物冲出，导致围岩间摩阻力降低发生塌方;当围岩稳定性较好时，掌子面采用潜孔钻进行水平钻孔排水减压以及探明前方水量。在YK345+603处上台阶掌子面采用潜孔钻打设直径￠133mm水平钻孔排水减压，排水降压孔布置图见图2。

3.2 堵水、加固施工

3.2.1 围岩加固及堵水

①根据围岩等级及时调整支护参数，超前支护采用6m双层超前小导管，并压注水泥-水玻璃双液浆，施工参数为如下：

1）双层小导管注浆采用Φ50热扎无缝钢管，δ=5mm，尾部交错设置Φ10注浆孔。小导管注浆压力为0.5～1MPa，注浆过程中注浆压力应逐级缓慢提升;压注水泥-水玻璃浆液，水泥浆水灰比1：1，水泥浆与水玻璃体积比1：0.5，水玻璃浓度35波美度，注浆压力不变。

2）小导管按以下方式布置：第一层与第二层纵向错开一榀钢拱架，钢管环向间距为40cm，第一层与第二层环向错开20cm;外插角：每层超前按纵向间距2.5m设置一次，纵向搭接3.5m，第一层20°～25°，第二层8°～12°。

3）为确保超前小导管打设方向，可在钢架上打孔，使钢管从钢架腹部穿过，钢管尾部与钢架焊接，施工中必须保证注浆质量。

②系统锚杆由设计Φ22药卷锚杆调整为？准42小导管，并压注水泥-水玻璃双液浆，钢管前端呈尖锥状，尾部焊上Φ6加劲箍，管壁四周钻10mm压浆孔，但尾部0.5m不设压浆孔。小导管施工时，钢管径向打入围岩。

3.2.2 隧底加固及堵水

针对隧底冒水，施工采用在隧底冒水点进行压注水泥-水玻璃双液浆堵水，注浆管采用？准50×5mm钢花管，单根长2.5m，间距1.5×1.5m布设，详见图3。

3.3 初期支护防排水施工

针对高压富水区隧道衬砌受力及防排水技术国内外学者进行过较多研究[4-10]，多集中于对富水区隧道理论及其受力部位结论，对富水区隧道施工方法研究较少。青云山隧道在围岩初喷后，在初喷表面安装环向排水管，按每1m设置一处，横向排水管按每2m设置一处。

环向排水半圆管施工注意事项：

①安装时应使环向排水半圆管与初喷面密贴固定。

②喷混凝土时不能将环向排本管冲击、损伤或冲掉，并尽可能将其覆盖。

③注意一定要将环向排水半圆管通过三通管接入纵向排水管。

3.4 隧道暗洞全断面全包防排水

即在常规暗洞防排水设计基础上仰拱拱底增设Φ110半边打孔PE管、土工布、防水板及止水带，PE管接至至两侧水沟底，施工见图4。

3.5 提高衬砌混凝土强度

针对高压富水衬砌易开裂的难题，发明喷雾养护台车[11]，加强养护，提高混凝土强度，进而提高衬砌抗水压能力，喷雾养护台车见图5。

3.6 竖向泄压施工

隧道两侧边水沟施工完成后，在高压富水段落两侧边沟底部钻深2m的Φ160mm竖向泄压孔，降低高压水对仰拱的水压力，解决仰拱易起拱施工难题，同时在泄压孔内安装Φ110mmPVC管，PVC管高出水沟底部标高10cm，防止沉淀物堵塞泄压孔;具体施工见图6。

3.7 盲沟施工

路面基层混凝土施工前在仰拱填充面施工缝处设置盲沟，盲沟尺寸为20×5cm，盲沟内埋设6×5cm扁形透水空心管，并用级配碎石填实，路面混凝土浇筑前采用防水土工布覆盖。盲沟分纵横向，纵向排水盲沟在填充面紧靠隧道横坡较低侧，横向盲沟设置在没处填充面施工缝处。对填充面有其他部位渗漏水时，盲沟在集中出水处加密。纵横向盲沟在横坡较低侧水沟侧壁钻泄水孔与水沟相连。为保证排水通畅，排水盲沟底高程均不能低于两侧沟壁上的泄水孔如A大样图所示。凡铺设排水盲沟处，其顶部均铺设防水板土工膜防止排水盲沟顶部混凝土灰浆下渗堵塞排水盲沟，施工时应将土工膜位置固定，以免跑位。

4  高压富水隧道施工效果

①在青云山隧道高压富水段利用钻孔排水减压施工，提前排放了部分掌子面围岩内承压水，增加了掌子面稳定性。

②对青云山隧道洞身及隧底进行注浆加固，增加了围岩整体性，形成的帷幕阻挡了水头，进一步降低了水压。

③衬砌支护、隧道防排水及衬砌混凝土强度提高，提高了隧道运营质量，降低了运营期间维护成本。

5  总结

①当围岩较破碎且稳定性较差时，必须对地下水进行限量钻孔排放，释放水压，避免大量的地下水将各种填充物冲出，导致围岩间摩阻力降低发生塌方;当围岩稳定性较好时，掌子面采用潜孔钻进行水平钻孔排水减压以及探明前方水量及地质情况。

②拱墙部利用双层交错超前小导管、径向钢管及仰拱钢花管高压压注双液浆相结合的堵水加固。

③针对高压富水衬砌易开裂的难题，加密环向、横向排水盲管，增加排水通道，同时采用喷雾台车养护二衬混凝土，增强二衬砼养护效果，提高衬砌抗水压能力。

④针对高压富水仰拱易起拱的难题，采用全断面全包防排水，仰拱底设盲管，边沟底部钻竖向泄水孔。

⑤针对运营期间路面渗漏水的难题，采用纵横向设置贯通盲沟与隧道边沟相连排水。

参考文献：

[1]姚俊峰.富水区山岭隧道衬砌水压力及结构受力特性的分析研究[D].西南交通大学，2014.

[2]王志杰，何晟亚，袁晔，王宁，何明磊.基于等效周长法研究隧道衬砌水压力荷载及内力[J].铁道科学与工程学报，2015，12（03）：577-583.

[3]李志鹏.基于流固耦合的富水区隧道注浆圈优化研究[J].铁道建筑技术，2017（3）.

[4]王建宇.对隧道衬砌水压力荷载的讨论[A].中国土木工程学会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会.中国土木工程学会第十二届年会暨隧道及地下工程分会第十四届年会论文集[C].中国土木工程学会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会，2006：7.

[5]王秀英，谭忠盛，王梦恕，张民庆.宜万铁路岩溶隧道防排水原则及技术研究[J].中國工程科学，2010，12（08）：107-112.

[6]李治国.高水压富水隧道地下水控制技术探讨[J].隧道建设，2015，35（03）：204-209.

[7]蒋忠信.隧道工程与水环境的相互作用[J].岩石力学与工程学报，2005（01）：121-127.

[8]李伟，杨丹，李庆.高水压山岭隧道衬砌结构水压力特征研究[J].铁道工程学报，2013（11）：57-61，68.

[9]王旭光.承压富水隧道结构承载数值模拟方法研究及应用[D].重庆交通大学，2016.

[10]方勇，徐晨，陈先国，郭建宁.外水压下大断面公路隧道衬砌结构受力特性模型试验[J].土木工程学报，2016，49（08）：111-119.

[11]何开均.隧道混凝土养护喷雾台车：中国，ZL20162054153

8.8.2016-11-09.