高原高寒隧道防排水质量控制

2022-11-23张云德

运输经理世界 2022年21期

张云德

（青海省交通建设管理有限公司，青海西宁 810003）

0 引言

高原高寒地区隧道受气温低且持续时间长的影响，如果没有处理好地下水，会发生冻害现象。一是路面结冰存在行车安全隐患（见图1），二是地下水结冰、冻胀及反复冻融，容易发生路面隆起及支护结构破坏等严重问题（见图2）。因此，对高原高寒地区隧道防排水质量要引起高度重视。以下主要从高原高寒地区隧道防排水设计和施工方面的质量控制进行论述。

1 高原高寒隧道设计阶段防排水的重点

1.1 水文地质勘探

在高原高寒地区隧道设计阶段，需要对隧道的水文地质情况进行详细的勘探，重点为隧道地表水情况、地下水类型及地下水水位、含水层的分布范围及相应的渗透系数、水量和补给关系、水质及其对混凝土的侵蚀性，有无异常涌水、突水等。根据调查情况进行分析研判，选线时避开有涌水、突水重大风险或地下水位较高的位置。无法避免时，应对隧道地下水情况做出准确的预测。

1.2 气象及环境调查

在高原高寒地区隧道设计阶段，需要对气象及环境进行详细调查。气象调查的内容一般包括隧址区的气温、气压、风速、风向、降雨量、积雪量、雪线、冰川特性、冻结深度，以及历史上出现的气象灾害等。设计时，还需要考虑隧道的走向、标高、进出口的标高差对隧道洞内温度的影响程度，准确预测出隧道洞口及洞内的冻结深度。

另外，需要对隧址区及邻近地区相关地表水系、地下水露头、涌泉、沼泽、湖泊、植被以及动植物生态等自然环境状况进行调查。应对在施工和运营中，地下水流失可能造成的地表沉陷、塌陷、居民生产生活用水枯竭等环境问题的影响程度进行调查和预测。

1.3 设计处理措施

隧道选线时，应避免穿越工程地质和水文地质极其复杂以及严重不良地质的地段。无法避开必须通过时，应采取安全可靠的工程技术措施。在高原高寒地区隧道设计时，需要充分考虑地下水冰冻造成的危害，可以采取的处理措施如下：

其一，隧道防水措施。最理想的措施是通过径向注浆、帷幕注浆等将围岩裂隙充填密实，将地下水隔离在冻土深度以外。但是采用该措施费用较高，且注浆效果往往不能将水完全隔离开。一般在隧道地下水渗水量较大时，为保证施工及工程结构安全，增加注浆堵水的措施，加固围岩的同时将大部分的地下水控制在冻土深度以外。隧道防水措施一般采用防水层+二次衬砌结构防水。在采用的材料和施工工艺方面，防水层可以分为喷射防水涂料、自黏式防水层和防水卷材三种，最常用的是防水卷材。在设计防水材料（如防水卷材、止水带、排水管等）时，应选择耐低温、耐久性好的材料。当地下水位较高时，要采取有效的措施防止地下水自隧道底板往上冒水。二次衬砌混凝土可以采用气密性混凝土，提高抗渗能力[1]。

其二，隧道排水措施。在水文勘探的基础上，充分考虑隧道地下水的水量，设置的排水系统的排水能力满足排水需要。一般为中央排水管（沟），最好设置为能够方便检修的大净空排水管（沟）。为满足通车需要，中央排水管（沟）可以设置为不居中形式，运营检修时，只需封闭一个车道即可。冻结深度较大时，可在仰拱以下、冻土深度以外设置泄水洞。另外，地下水中的钙化物结晶后堵塞排水管是普遍存在的难题，目前还没有很好的办法彻底解决。可以采取地下水经过土工布过滤排入排水管，增加排水管的坡度，加大排水管的直径，提高排水速度等措施，延长结晶时间。

其三，隧道防冻措施。高原高寒隧道施工关键在防冻，所有地下水均应控制在冻土深度以外，排水系统均应设置在冻土深度以外。不可避免时，考虑提高二次衬砌结构强度，增强抗冻能力。另外，在结构上增设保温措施，如在二次衬砌内或外安装保温板，排水管增设加热装置，排水设施增设保温措施，出水口设置成保温出水口等。

2 高原高寒隧道施工阶段防排水的质量控制

2.1 超前注浆堵水质量控制

当超前地质预报开挖掌子面前方有较大裂隙水或有涌水、突水危险时，采用超前注浆堵水措施。首先要采取红外线探水、钻孔探水等超前探水方式，进一步探明地下水的出水部位、水量、水质、压力等详细情况。根据探明的情况，采用相应的超前注浆堵水方案。不同的注浆方案要求的资源配置、注浆工艺和占用作业面的时间等不同，会产生不同的注浆效果。在施工过程中，影响注浆方案选择的因素主要有：隧道地质条件（地层岩性、地下水情况等）、注浆要求（堵水、加固、堵水及加固）、工程工期和工程造价等。方案选择以安全性、经济性、快速施工、环保为原则。在超前预注浆堵水施工过程中，应重点做好以下几点：

其一，孔口管直径根据钻孔直径确定，长度一般为2～3m，必须符合设计要求。安装必须牢固，孔口管与钻孔之间的空隙可采用麻筋混合锚固剂进行填充，并采用钢筋（或型钢）将多个孔口管与径向锚杆焊接在一起，防止涌水压力、注浆压力过大时，将孔口管顶飞造成安全事故。

其二，通过孔口管钻注浆孔，注浆方式一般采用分段前进式注浆。根据成孔情况、钻机能力和现场试验，也有利用钻杆进行分段后退式注浆。后退式注浆较前进式注浆的效率提高很多，但受地质、水压等影响，往往无法钻进，这时可采用分段前进式注浆。在钻孔过程中，应严格控制钻孔角度，要密切关注前方地质水文情况，合理调整钻孔及注浆顺序。

其三，注浆浆液的选择对注浆效果起到关键作用，应通过试验效果来确定浆液的配合比，一般为水泥-水玻璃双液浆，也可以采用水泥浆和双液浆交替注浆提高注浆效果，还可采用超细水泥浆、硫铝酸盐水泥浆等。在施工过程中，应严格按照配合比拌制浆液，以免影响注浆效果。注浆前，检查机具的状态，注浆管道的连接是否牢固。注浆时，控制好注浆压力，当压力过小时和过大时应停止注浆，及时查找并分析原因，采取相应的注浆措施[2]。

其四，注浆结束后，进行注浆效果检查。检查方法有：

第一，整理注浆资料，分析P-Q-t 曲线，P-t 曲线呈上升趋势，Q-t 曲线呈下降趋势，注浆结束时，注浆压力达到设计终压，注浆速度达到设计速度（常取5～10L/min）。第二，整理注浆资料，统计单孔、全段注浆量，反算浆液充填率。当地层含水量不大时，浆液填充率须达到70%以上，地层含水丰富时，浆液填充率须达到80%以上。第三，按总注浆孔的5%～10%设计检查孔，检查孔的布设应在均布的原则下，结合注浆资料做重点检查。检查孔应无涌泥、涌砂，不塌孔，渗水量应小于0.2L/（min·m）。不取芯钻孔时，应记录钻进速度、钻进压力、排渣成分等，并进行认真分析。

2.2 径向注浆堵水质量控制

当隧道大面积渗水，或涌水量超过设计要求标准时，可以通过径向注浆堵水减排。径向注浆设计加固范围为开挖轮廓线外5m 或3m，采用手持式风钻或轻型潜孔钻机钻孔。隧道底部注浆一般在仰拱开挖前进行，钻孔长度大于5m 或3m，宜采用轻型潜孔钻机或地质钻机钻孔。如地下水较丰富，底部注浆时需安设孔口管。在径向注浆堵水施工过程中，应重点做好以下几点：

其一，注浆材料以普通硅酸盐水泥单液浆为主，必要时可使用少量水泥-水玻璃双液浆，应严格按照配合比拌制浆液。岩体软弱时，在拱墙部位的径向注浆孔安设钢管作为注浆管。

其二，注浆要按照先周边后中间的顺序进行，在注浆过程中密切注意水量变化、围岩变形情况，及时采取措施。

其三，注浆结束后，进行注浆效果检查，达到设计要求后方可停止注浆，否则要进行补充注浆，直至达到设计要求。

2.3 排水管（沟）质量控制

排水管（沟）一般包括环向盲管、环向排水板、横向排水管、衬砌边墙背后两侧纵向排水管，中央排水管（沟）等，其质量控制要点为：

其一，排水管（沟）的材质、管径等应符合设计要求，进场时必须严格把关，取样试验合格后方可用于现场。

其二，排水管（沟）的安装位置应符合设计要求，高原高寒隧道排水管应在冻土深度以外，或者具有防冻能力。当围岩渗水点多时，应增加环向排水管（板），采用卡扣固定牢固。安装横向排水管时，排水坡度应符合设计要求，采用支架固定牢固。浇筑混凝土时，注意保护排水管（沟），防止发生变形移位。纵向排水管上的排水孔数量不得少于设计，安装方向应符合设计，采用土工布包裹严密。安装时，可采用固定筋、铁丝、限位卡具等措施固定。安装完成并检验合格后，注意保护成品。在边墙脚采用防水板反包固定，并在防水板与岩面间采取措施固定，减少空隙，防止浇筑混凝土时从该空隙进入排水管，影响排水效果。

其三，所有排水管（沟）在管道安装前应进行检查，禁止有杂物堵塞管道，根据部位不同采用相应的直接接头或三通接头连接，并采用扎丝或绑扎带将其固定在一起，防止脱落，重点检查接头质量是否符合要求。

其四，中央排水管（沟）的安装高度应符合设计要求，坡度顺直、接头严密，泄水孔位置应朝向上，安装正确。安装时，采用垫块将排水管固定牢固，浇筑基座混凝土时注意保护，防止混凝土进入管道。上部的碎石层采用的碎石应严格控制含泥量，保温层厚度应满足设计要求。另外在施工阶段，应采取措施进行保护，禁止利用中央排水管（沟）排放施工污水，防止施工污水进入管道沉积造成淤塞。

其五，排水管（沟）安装完成后，应进行检查验收。将管道内窥镜探头伸入待检的排水管，可以直观地进行查看检查（见图3），验收合格后方可进入下一道工序，对验收不合格处予以返工处理，建立好验收台账。