公路隧道岩溶区涌水堵水处治方案应用研究

郭 佳，陆朗天，刘 刚

(1.广西交通投资集团河池高速公路运营有限公司，广西 河池 547000；2.福建路桥建设有限公司，福建 福州 350000；3.广西南天高速公路有限公司，广西 南宁 530022)

0 引言

随着我国“十四五”规划和交通强国战略的实施，广西交通基础设施建设正持续开展，但广西地处西南岩溶发育区域，道路工程建设时常因经过岩溶发育区而引发一系列工程地质灾害[1-2]。在隧道工程建设中，突水涌水是隧道经过岩溶区时易引发的地质灾害之一，不仅严重影响工程质量和施工进度，增加了生产成本，更重要的是会危及施工作业人员的生命财产安全，给安全生产带来了极大的挑战。

针对隧道岩溶区的突水涌水灾害，常见的处理方法是机械排水、注浆堵水、钻孔泄水等，其中注浆堵水是较为有效的技术手段[3-4]。但注浆堵水的方法受地质条件和溶洞发育程度等的影响比较大，且难以应用于大孔径突水涌水灾害，往往需要多种手段共同处治[5]。本文以河百高速公路某隧道为例，介绍在隧道岩溶区富水状态下，隧道采用机械排水、钻孔泄水后进行注浆加固，突水涌水孔洞经扩孔清孔后利用防水混凝土进行岩溶区的填埋，设置防水层，并实时检测水压等一系列手段形成的隧道涌水堵水处治方案，可为相似工程提供参考。

1 工程概况

某隧道位于广西河池市金城江区，左线全长2 854 m，右线全长2 760 m，是河百(河池—百色)高速公路上的分离式长隧道。该隧道地处岩溶发育区，并与地表消水洞相通，受金城江地区连续降雨影响，进口端先后发生5次较大涌水，最大涌水量达7 000 m3/h，并带有大量泥沙。经踏勘，在隧道Z3K8+683.7段地表处左侧266 m有一个约570 m2消水洞。此消水洞与隧道相通，标高为437.2 m，比隧道左线出水点处路面设计线高54.89 m，且多条冲沟流水汇聚于此，积水量受降雨影响较大，常年积水不干。隧道左右线分别有一个涌水孔洞，左线涌水点位于Z3K8+518处仰拱左侧，右线涌水点位于K8+575处仰拱左侧，且一直延续至左洞。见图1。

图1 隧道地表消水洞与洞内涌水点示意图

2 工程地质条件

该隧道地处岩溶发育区，该区域山体起伏大，岩溶发育复杂，有较多大小不一、发育不同的溶洞，有些溶洞内还含有大量岩溶水和泥沙，对隧道工程的建设带来了极大的挑战。因此，在工程建设前，必须先进行工程地质的勘察，并预防可能发生的安全生产问题，保证工程施工过程中的生命财产安全。采用地质雷达及钻探相结合的方式，探明隧道洞身周围水文地质情况，为涌水处治及隧道结构施工提供相关资料。在抗水压衬砌加强段采用物探及探孔探明拱圈周边及仰拱底部的隐伏溶洞。

2.1 雷达探测

该隧道地处岩溶发育区，由于在勘察前不确定溶洞大小和是否存在岩溶水及其水量，于是采用雷达探测的方式，通过对左线出水口处边墙(测线位于出水口左侧约5 m至出水口右侧约4 m范围内)前方28 m区域进行雷达探测与分析。雷达探测结果显示，左线出水口处左侧2.5 m至右侧1 m宽约3.5 m范围内，探测区域内前方4～12 m溶洞、岩溶水发育，13～16 m段溶洞发育。对右线出水口处边墙(测线位于出水口左侧约3 m至出水口右侧约5 m范围内)前方28 m区域雷达探测与分析。雷达探测结果显示右线出水口处至右侧宽约2 m范围内，前方6～8 m、11～15 m和17～19 m处发现有发育的溶槽、小溶洞，探测区域内前方6～15 m岩溶水较发育。图2为各截面溶洞断面图。

图2 溶洞断面图

2.2 钻探勘测

为了确保雷达探测的准确性，本次勘探还采取了钻探的方式，对隧道左线出水口两边底部进行钻探勘测，共设置四个探孔(见图3)。钻探勘测结果如表1所示。

图3 隧道左线探孔位置示意图

表1 钻探勘测结果表

3 涌水堵水处治方案

3.1 初期处理

在隧道发生涌水灾害初期，必须采取一系列合理的措施，避免因其他的施工作业引起更大的涌水量。而且没有处理好涌水问题前，在隧道内部有限密闭空间再作业有安全风险，这是必须重视的问题。因此为解决隧道涌水问题，隧道左线出水点Z3K8+518前后59 m范围内二衬暂缓施工，右线涌水出水点K8+575处一模12 m二衬暂缓施工。初期采取措施对隧道左、右线涌水浸泡段部分范围进行注浆钢管加固处治，对原设计无二衬钢筋段增加全环二衬钢筋构造。隧道进口左线最早出水点Z3K8+510上台阶左侧拱脚处，下台阶及仰拱开挖后，出水点移至Z3K8+518仰拱左侧处。发现出水通道为斜向下后立即对左线仰拱左侧出水点进行扩孔，将孔洞内的水全部排出后进行清孔，将孔洞内部水和泥沙清理干净。

3.2 涌水处理

隧道内涌水采用“机械排水”和“钻孔泄水”两种方式进行排水。在隧道进口方向，采用“机械排水”方式，将涌入隧道内的水用抽水泵排至隧道进口方向，中途确保有施工人员在场，避免在排水过程中发生泄露。在隧道出口方向，采用“钻孔泄水”方式，将隧道内涌水排至出口方向。泄水前确保围岩安全和稳定，先进行围岩局部加固，再通过预留的孔洞进行排水，中途实时观察围岩的稳定性和渗透情况。

3.3 扩孔清孔

对隧道左、右线涌水点沿岩层走向或岩溶管道进行扩孔开挖，并在开挖过程中根据现场实际情况及时修正开挖方向。扩孔后发现位于隧道进口右线出水点K8+575仰拱左侧的出水通道方向大致为水平方向，且向左洞延伸，内部伴随有大量泥沙。涌水时由浑水逐渐变为清水，水量由大变小。对于隧道右线已发现的溶洞，在确保安全的情况下，继续开挖，揭露溶洞相关区域并打通左、右线之间的堵水横洞，将溶洞内的泥沙清除干净。对于隧道左线左侧溶洞，继续扩挖至水平垂直向外及向下长度不小于设计长度，并将溶洞内的泥沙清除干净。在涌水点扩孔施工过程中，遇到围岩稳定性差时，采用Ⅴ级钢拱架挂网喷混凝土支护，保证施工安全。扩挖施工时沿着岩层走向或岩溶管道开挖，避免岩体发生破碎，且爆破施工过程中采用松动弱爆破进行，严格控制振动速度，确保能及时修正方向。扩孔施工过程中，及时清理水潭内淤积物，发现水潭较浅，继续往前方扩挖≥10 m。

3.4 防水混凝土回填

扩孔完成后，采用高标号防水混凝土进行堵塞回填，混凝土中参入适量膨胀剂，并在每批回填混凝土埋设注浆小导管进行补注浆，保证扩孔横洞回填混凝土密实无空洞。对于隧道左线左侧溶洞，在溶洞水潭铺设不锈钢板，采用泵送混凝土方式进行回填封闭处理，减少水渗透对隧道结构产生影响。右线左侧涌水点在扩孔清孔完毕后直接采用泵送混凝土回填。回填混凝土采用C40防水混凝土，且抗渗等级≥P10。

3.5 衬砌处理

隧道涌水点两端的衬砌需加强处理。在隧道左线涌水点前后20 m范围内及右线涌水点前后18 m范围内改变原有支护参数，对已完成施工的段落进行拆除和再施工作业，扩大断面尺寸，加大隧道仰拱曲率及支护参数等级，保证隧道结构安全。优化隧道防排水措施，在抗水压衬砌两端抗水压衬砌断面的基础上，再扩大断面，避免水窜流到隧道其他段落。抗水压衬砌段防水采用加密环向盲管，间距为5 m，直接引入中央沟，并保障外包土工布的施工质量。抗水压衬砌段防水采用全包混凝土防水层，需注意不锈钢钢管穿刺处防水层的铺设，确保该处防水层与二衬之间密贴为一体。为了防止窜水及保障抗水压段的防水效果，本段采用HDPE反应粘结型防水卷材。对抗水压衬砌段及涌水浸泡段采用全环小导管注浆补强及止水，施工时设置试验段和检测孔，确定注浆参数和检测注浆效果，钢管打入方向垂直岩层，使浆液充分流入裂隙中，保证注浆补强止水效果。抗水压衬砌段仰拱施工缝与拱墙部位二衬施工缝错开，相邻两模二衬及二衬与仰拱之间设置橡胶钢边止水带，以增强防水效果。见图4。

图4 隧道出水点前后衬砌类型示意图

3.6 其他措施

(1)堵水扩挖段应对光滑的区域进行凿毛处理，拱部接长锚杆锚入堵水混凝土中，锚入长度≥50 cm，底部设置长150 cm、φ22 mm药卷锚杆，其中50 cm锚入堵水混凝土中。见图5。

图5 堵水方案立面示意图

(2)水压监测管采用100 mm×4 mm的不锈钢钢管，并通过止水阀门后引入中央排水沟，在出水口及抗水压衬砌段边缘设置3个断面，每个洞共设置6处。初支及二衬间的不锈钢钢管管头应设滤网。

(3)未浇筑二衬段，除两端外中间不设置变形缝，施工缝采用橡胶钢边止水带处治。

(4)出水点附近应埋设二衬监测元件，长期监测该断面的净空收敛、拱部下沉、初期支护与二衬之间的接触压力、二次衬砌混凝土应力及二次衬砌钢筋应力。左右洞抗水压段均应设有监控视频。

(5)涌水通道采用堵塞方式处理后以盖板涵结构形式将涌水出水口与中心排水沟连接，并设置检查井，以备后期运营检修。

(6)收集隧道洞内溶洞及地表消水洞相关资料，为后续可能优化涌水处治方案提供相关依据。

4 结语

综上所述，通过采取一系列包括隧道出口钻孔泄水、进口机械排水、扩孔回填、加强衬砌和水压监测等处治方法应对该隧道岩溶区中的突水涌水问题，整体堵水效果显著。本文为解决公路隧道岩溶区突水涌水问题提供了一定的参考，有较好的借鉴作用。