淺談隧道開挖對地下水的控制措施

范 婷

（山西遠(yuǎn)方路橋（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 大同 037006）

1 緒論

近幾年來，隨著我國高速公路的大力發(fā)展，在岐嶺隧道修建過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)一個(gè)重要的問題，就是遇到高水壓、富水地段時(shí)，如何在不影響生態(tài)環(huán)境的條件下，也能夠安全地進(jìn)行隧道的設(shè)計(jì)和施工，這個(gè)問題也是當(dāng)前我國隧道建設(shè)中必須研究的課題。文章結(jié)合作者所學(xué)專業(yè)和近幾年的施工實(shí)踐，現(xiàn)就對地下水的控制措施論述如下。

2 地下水的控制措施

所謂控制地下水的措施有兩方面的含義，一是結(jié)構(gòu)物的防水與排水，二是施工中的止水和排水，二者之間既有區(qū)別又有聯(lián)系，這里主要討論施工中的止水和排水。另外，施工中的止水常常與圍巖加固聯(lián)系在一起。常用的措施是在圍巖中實(shí)施圍巖的壓注止水，而目前在巖質(zhì)圍巖的壓注止水方面的經(jīng)驗(yàn)非常缺乏，在以前的隧道施工中一旦遇到這個(gè)問題，不得不采取圍巖壓漿止水技術(shù)。在選擇該方法施工前，首先要進(jìn)行詳細(xì)的涌水調(diào)查，經(jīng)過調(diào)查后，明確掌握地下水的運(yùn)動狀態(tài)和水量的大小及動向。同時(shí)，考慮圍巖的地質(zhì)條件和涌水量、埋深以及周邊環(huán)境條件等綜合因素來確定止水方法。

根據(jù)以往取得的經(jīng)驗(yàn)，在以下條件時(shí)，可以考慮采用止水方法：僅用降低地下水位方法，而不能獲得降水效果時(shí)；為保護(hù)環(huán)境不能降低水位時(shí)；水底隧道等涌水的供水無限時(shí)。

3 控制方法

目前，止水方法有壓注法、壓氣法和凍結(jié)法等，以下僅介紹壓注法。以止水為目的的壓注法，根據(jù)圍巖的性質(zhì)不同，其效果是不同的。無論遇到那種情況，就目前的施工技術(shù)水平來看，僅采用止水法是不能達(dá)到完全止水的效果的，必須根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件和周圍的環(huán)境條件，同時(shí)配合采用壓注工法和降低水位法，才能取得較好的效果，而且既經(jīng)濟(jì)又合理。也可以根據(jù)實(shí)際情況采用壓縮空氣法和隔斷墻法。

3.1 壓注法的原理

壓注法是向地層中壓注漿液，造成土的固結(jié)，這樣可以降低地層的透水性，同時(shí)也強(qiáng)化了地層，從壓注目的和壓注機(jī)理上看，可分為充填巖層裂隙的巖層壓注和固化土質(zhì)地層為目的的地層壓注。需要說明的是，用壓注止水方法目前不可能達(dá)到完全止水的目的，只能是使周邊巖層中形成一個(gè)難于透水帶，在一定范圍內(nèi)可以提高圍巖的止水性能，把圍巖層的透水系數(shù)提高到一個(gè)基準(zhǔn)則。

3.2 壓注方法

壓注方法一般有：從地表面壓注；從隧道洞內(nèi)壓注；利用超前導(dǎo)坑進(jìn)行壓注。

藥液壓注的材料，一般都具有在一定時(shí)間內(nèi)起到膠凝的作用，大多數(shù)情況下都采用水玻璃（NaO.nSiO2）為主體材料的藥液。壓注材料的選擇應(yīng)根據(jù)壓注對象、壓注目的及壓注方法來確定。

3.3 沙質(zhì)土的壓注

在這種土質(zhì)中壓注的目的是加強(qiáng)缺乏連續(xù)性的砂粒子。故應(yīng)選用能均勻浸透到粒子間的材料，可以選擇用溶液型的水玻璃，效果比較可靠。

3.4 黏性土的壓注

其目的是能劈裂壓注，應(yīng)選用強(qiáng)度較大的懸浮型水玻璃系列，壓注范圍內(nèi)的改良圍巖強(qiáng)度、壓注材料的強(qiáng)度和劈裂時(shí)間會影響周圍壓密效果。其中注漿溶液的膠凝時(shí)間對壓注效果影響最大。

3.5 填充裂隙和孔隙

以填充圍巖內(nèi)的裂隙和孔隙水為目的，通常采用懸浮性非藥液系的壓注材料，在有涌水的情況下，要采用膠凝時(shí)間短的壓注材料。

4 施工實(shí)例

4.1 實(shí)例

有資料介紹岐嶺隧道長2.536 m，地質(zhì)復(fù)雜，對施工最不利的是進(jìn)口段280 m。該段花崗巖嚴(yán)重分化，隧道通過最深分化層深達(dá)50 m，表層厚2～9 m，為第四季殘坡崩積層，在已經(jīng)分化的巖體內(nèi)含有多種親水性礦物質(zhì)，巖體內(nèi)裂隙水較發(fā)達(dá)，巖體的組織結(jié)構(gòu)完全遭到破壞，僅僅在外觀上保持了巖體狀態(tài)，礦物晶體已經(jīng)失去膠結(jié)聯(lián)系，大部分礦物變異，石英巖和長石已經(jīng)分化成砂礫和高嶺土，設(shè)計(jì)為四級圍巖。

在隧道施工過程中工作面突然出現(xiàn)了涌水，泥沙很快淤積了導(dǎo)坑，經(jīng)技術(shù)人員和有關(guān)地質(zhì)專家現(xiàn)場會診，認(rèn)為這種嚴(yán)重分化且富水的花崗巖，是少見的特殊不良地質(zhì)，要確保施工安全，要想加快施工進(jìn)度，關(guān)鍵是如何解決注漿技術(shù)。

4.2 方案的選擇

合理選擇注漿方案非常關(guān)鍵，通過現(xiàn)場調(diào)查對該隧道注漿方案的選擇主要取決于注漿的目的、圍巖性質(zhì)、注漿設(shè)備等因素。結(jié)合本隧道的圍巖注漿目的是為了加固圍巖，根據(jù)本隧道地質(zhì)段圍巖的特點(diǎn)，要想提高注漿質(zhì)量和保證加固效果，必須解決以下3個(gè)問題：找出漿液在巖層中擴(kuò)散滲透的有效途徑和方法；超前降排巖體中的孔隙水和殘留的裂隙水，以利漿液滲透擴(kuò)散；如何來提高漿液膠結(jié)體的強(qiáng)度。

采用以控制漿液為主的不同注漿方法，在致密且嚴(yán)重分化的層狀巖體中，采用分段前進(jìn)式長套管擠壓劈裂注漿，并輔以負(fù)壓超前抽排水的施工方案。對突出涌水段采用滲透、劈裂注漿。其余采用大管棚充填、擠壓注漿。

4.3 軟地層的注漿

調(diào)查發(fā)現(xiàn)軟原狀地層巖體未經(jīng)擾動，雖然分化較嚴(yán)重，但還保持原有花崗巖的結(jié)構(gòu)，因地下水豐富而處于飽和狀態(tài)，當(dāng)失水后強(qiáng)度明顯會增加，故可利用巖體來選擇注漿方法和注漿參數(shù)。

4.3.1 注漿方法

對于這種地層采用比較適用的方法是擠壓、劈裂注漿法。首先是能填滿注漿管周圍的空間，隨著壓力的增大，對孔壁周圍巖體產(chǎn)生的擠壓和局部剪切，會破壞巖體的結(jié)構(gòu)；當(dāng)擠出水和空氣后，壓力繼續(xù)增加，漿液繼續(xù)擴(kuò)散并吸收去一部分?jǐn)D出來的水，同時(shí)漿液在水化作用下吸收一部分水，能使巖體中水量減少，其強(qiáng)度和自穩(wěn)性也得到相應(yīng)的提高。

4.3.2 注漿壓力

對于擠壓、劈裂注漿，其注漿壓力是注漿影響效果的關(guān)鍵因素，根據(jù)前進(jìn)式注漿的特點(diǎn)，每次都要采用不同的注漿壓力。一般開始注漿壓力選用2～3 MPa，第二次選用3～4 MPa，第三次采用4～6 MPa，并應(yīng)對每次的壓力進(jìn)行記錄，并據(jù)此判斷壓注效果。

4.3.3 注漿數(shù)量

壓注漿量對周圍巖石的改良程度影響非常大，擠壓劈裂注漿的漿液，除了起到填充空隙外，還要擠壓地層，使其空隙減小，改變巖體結(jié)構(gòu)。隨著注漿壓力和時(shí)間的增加，注入漿液受到壓縮，并產(chǎn)生脫水現(xiàn)象，密度增大，這樣可能出現(xiàn)注入漿液的體積比加固巖體的空隙體積還大的現(xiàn)象，因此注漿量需計(jì)算得到。（Q=0.266 V，其中V為受注巖體的體積）。

4.3.4 布置注漿孔

注漿孔按全斷面封閉注漿布孔要求進(jìn)行布孔，一般情況下泄水洞與平導(dǎo)布孔10～12個(gè)，側(cè)壁導(dǎo)坑布孔16～20個(gè)。

4.4 拱頂管棚注漿

該隧道圍巖軟弱，且開挖跨度比較大，因此在上弧導(dǎo)坑采用管棚與注漿相結(jié)合的超前支護(hù)法。由于開挖體積較大，管棚注漿時(shí)很難形成一個(gè)強(qiáng)大的止?jié){體系，使注漿壓力受到限制，所以管棚注漿主要考慮充填擠壓注漿。

5 結(jié)束語

通過以上對該隧道采取注漿法處理措施，不僅能改善巖體的力學(xué)性質(zhì)，從注漿施工情況來看，注漿壓力一般能到達(dá)設(shè)計(jì)終值，從以上例子中通過現(xiàn)場調(diào)查，通過對已經(jīng)加固的地層挖開，發(fā)現(xiàn)有大部分漿液能劈開巖層相互貫通，使圍巖得到擠壓，充填的比較密實(shí)，膠結(jié)的也很牢固，同時(shí)也加快了施工進(jìn)度，比以前提高兩倍以上，降低了巖體的含水量，有效地控制了隧道的整體下沉。

因此，采用注漿法在有地下水的隧道中進(jìn)行止水效果明顯，施工簡便，建議同行在今后的隧道施工中大力推廣應(yīng)用，并不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高改進(jìn)措施。