高原隧道施工防排水方法研究

【摘要】隧道施工防排水工作，一般應(yīng)以排為主，采取截堵排相結(jié)合的綜合措施，但在實(shí)際的施工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況（地質(zhì)狀況、涌水量大小、水壓力、集中出水點(diǎn)的位置）選擇合適的治水方案，以達(dá)到快速、安全、有效的治水原則。

【關(guān)鍵詞】高原隧道 施工 防排水

隧道防排水施工是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，尤其是處于富水區(qū)的高原隧道，技術(shù)難度不言而喻，能否成功的治水，不僅關(guān)系到隧道的施工質(zhì)量，更是隧道能否正常施工的關(guān)鍵。

下面就以關(guān)角隧道5#斜井為例，簡單介紹高原隧道治水的成功經(jīng)驗(yàn)。

1 關(guān)角隧道5#斜井工程概況

新建關(guān)角隧道是目前國內(nèi)最長的鉆爆法施工高原隧道，也是西格二線的控制性工程。該隧道為兩平行的單線隧道，線間距40m，兩線通過間距420米的橫通道相連。

5#斜井位于青海省天峻縣境內(nèi)，青海湖西側(cè)，斜井井身設(shè)計(jì)長度為1935.63m，正洞單線分割長度4704米，斜井口高程3680.80m，斜井和正洞Ⅰ線交叉口處內(nèi)軌頂面高程3486.33，斜井平均坡度10.08%，最大坡度15%。

5#斜井正洞位于中等富水區(qū)，巖溶發(fā)育，局部裂隙水大，尤其夏季受青海湖暖濕氣流影響，涌水量較大，實(shí)測夏季平均日涌水量約2.8萬方。

由于正洞及斜井涌水量大，再加上斜井長度長，高差大等一系列原因，施工防排水問題成為制約工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵問題。

2 正確選用合理的治水措施

隧道施工防排水工作，一般應(yīng)以排為主，采取截堵排相結(jié)合的綜合措施，但在實(shí)際的施工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況（地質(zhì)狀況、涌水量大小、水壓力、集中出水點(diǎn)的位置）選擇合適的治水方案，以達(dá)到快速、安全、有效的治水原則。

比如，對于關(guān)角隧道5#斜井：①隧道涌水以基巖裂隙水為主，況且基巖裂隙貫通，地表水對地下水補(bǔ)給較大，因此在洞頂位置設(shè)置截水溝截?cái)嗟乇硭鳌＂谖鲗幏较虻刭|(zhì)狀況復(fù)雜、圍巖破碎的Ⅳ級(jí)及以上圍巖，涌水量較大，采用超前帷幕注漿堵水。③地質(zhì)狀況較好段的集中涌水點(diǎn)采用集中點(diǎn)的徑向頂水注漿堵水。④對于大面積的散水，以排為主。

3 抽排水泵站設(shè)計(jì)

3.1 抽排水工作方式

掌子面積水采用移動(dòng)潛水泵抽至斜井泵站，斜井已施工地段出水經(jīng)自然匯積到集水坑后引至附近的泵站水倉，泵站工作泵將水倉內(nèi)積水抽排至下一級(jí)水倉，如此接力抽排至井外。

3.2 泵站設(shè)計(jì)

5號(hào)斜井正洞承擔(dān)Ⅰ線2208m，Ⅱ線2496m的施工任務(wù)，均為灰?guī)r地層，屬于中等富水區(qū)，預(yù)測在該種地段施工中極易發(fā)生災(zāi)害性突、涌水的可能。預(yù)測5號(hào)斜井正常涌水量約5650m3/d，最大涌水量12801m3/d；所擔(dān)負(fù)的正洞Ⅰ、Ⅱ線正常涌水量約15391m3/d，最大涌水量36940m3/d。根據(jù)實(shí)際的涌水狀況，按預(yù)測的最大涌水量，設(shè)置安全可靠的排水系統(tǒng)及應(yīng)急備用電源；同時(shí)為降低風(fēng)險(xiǎn)后果，確保不發(fā)生長大段落的淹井，水泵配置也考慮了一定的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急能力。

實(shí)際施工中，經(jīng)過多個(gè)廠家水泵的比較，鑒于國產(chǎn)水泵在高原環(huán)境下無法達(dá)到額定的排水量及耐久性，難以滿足施工排水需要，最終選用了耐久性好、高效的進(jìn)口S2.100.200.1600.4 （格蘭富）水泵（流量400m3/h，揚(yáng)程70m）。根據(jù)實(shí)際排水量大小，在每個(gè)泵站配置4臺(tái)該格蘭富水泵，同時(shí)配備2臺(tái)型號(hào)為300WQ600-50-132（流量400m3/h，揚(yáng)程50m）的國產(chǎn)水泵備用。另外根據(jù)斜井高差194.47m和水泵的揚(yáng)程斜井設(shè)5級(jí)泵站。

4 治水方案的選擇和合理利用

4.1截水

針對隧道施工，截水主要是在洞頂?shù)乇聿扇∫欢ǖ拇胧┙財(cái)嗨鳎瑥亩鴾p小對洞內(nèi)涌水的補(bǔ)給，減小洞內(nèi)水量和洞內(nèi)堵排水的的困難，達(dá)到治水效果。

如關(guān)角隧道，取樣地表水和隧道內(nèi)的水，經(jīng)水質(zhì)化驗(yàn)對比，成分基本相同；另外冬季洞內(nèi)水溫較底，因此可基本判定地表水對洞內(nèi)水補(bǔ)給較大。因此可采取措施在洞頂?shù)乇硇藿厮疁希瑴p少雨水補(bǔ)給；另外如果有條件且成本不大的情況下，可在洞內(nèi)掌子面施工到河道下方時(shí)，適當(dāng)?shù)母牡赖乇砗拥溃瑴p少河水補(bǔ)給。

4.2排水

隧道施工防排水以排為主，排的前提是“疏”。必須做好透水盲管的布置和出水點(diǎn)的導(dǎo)引，使排水水路暢通，才能保證排水效果。

4.2.1拱墻大面積淋雨?duì)畹氖┕づ潘胧?/p>

以關(guān)角隧道5#斜井為例，洞身位于中等富水區(qū)，部分段落開挖支護(hù)完拱、墻呈淋雨?duì)睢ａ槍ι鲜銮闆r，實(shí)際施工過程中：①加密盲管，原設(shè)計(jì)中等富水區(qū)，環(huán)向盲管縱向8米一環(huán)，但根據(jù)實(shí)際情況，明顯滿足不了排水要求，因此增加到3～5米/環(huán)。并在施工過程中加密固定點(diǎn)，確保施工完襯砌混凝土后盲管暢通。②加強(qiáng)土工布的鋪掛質(zhì)量，土工布遇水重量變大，因此必須加密固定點(diǎn)。③加強(qiáng)防水板的鋪掛質(zhì)量，重點(diǎn)檢查防水板有無破損、焊縫質(zhì)量和鋪掛平順度、松弛度。

注意：針對整體水量較大的部分地段，鋪掛的土工布遇水變重，施工難度增大，影響鋪掛質(zhì)量，可采用雙層防水板（即在初期支護(hù)后緊貼著鋪掛一層防水板），第一層防水板引導(dǎo)水流，第二層防水板起防水效果。

4.2.2集中出水點(diǎn)的施工排水措施

針對集中出水點(diǎn)，如果水壓力不大的情況下，可以考慮集中引排到隧道水溝內(nèi)。

如Ⅱ線格爾木方向DyK293+104前后，在施工過程中，在左側(cè)邊墻處出現(xiàn)幾股涌水，拳頭大小般的涌水奔涌而出，開挖后半個(gè)月水量沒有明顯減小，因此考慮將水引到左側(cè)排水溝中。

4.3堵水

針對隧道施工，堵水主要是注漿堵水，可分為超前帷幕注漿堵水、徑向注漿堵水和集中出水點(diǎn)的頂水注漿堵水。如果施工過程中遇到涌水量較大，并且危及到施工安全，或影響到正常施工開展，則最有效的辦法就是進(jìn)行注漿堵水。注漿堵水主要是封堵裂隙、隔離水源、堵塞水點(diǎn)，減小洞內(nèi)涌水量。

對水量、水壓較大的出水地段，應(yīng)采用超前帷幕注漿進(jìn)行堵水；對散狀出水應(yīng)采取“以排為主”的方式進(jìn)行施工，水量較大時(shí)，可采用徑向注漿堵水；對股狀集中涌水點(diǎn)，采取對出水點(diǎn)頂水注漿為主的方式進(jìn)行治水。

4.3.1超前帷幕注漿堵水

關(guān)角隧道巖溶發(fā)育，在施工過程中要做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和超前水平鉆探。如果探測到或?qū)嶋H過程中出水點(diǎn)水壓高、水量大，水流一段時(shí)間后水量并無明顯的減小，此種出水點(diǎn)的巖溶裂隙比較發(fā)育、通道發(fā)達(dá)，在不同的里程，其出水點(diǎn)的位置也不盡相同；或出水點(diǎn)水壓較低，但掌子面出水點(diǎn)較多，尤其初期為黃色帶泥狀涌水，隨著時(shí)間的推移，涌水量往往還會(huì)加大。

為保證施工安全，防止發(fā)生突水安全事故，對出現(xiàn)上述情況的掌子面考慮進(jìn)行帷幕注漿。

如5#斜井Ⅱ線西寧方向DyK293+551處，掌子面底部、中部、拱部都不同程度的出現(xiàn)涌水，水量大，出水量約1200m3/h，水壓力大，噴射5～7米遠(yuǎn)。

針對上述情況，正常施工已不可能，并且經(jīng)觀察水量并無減小，因此考慮對DyK293+554～DyK293+527（其中DyK293+554～DyK293+551段為止?jié){墻）段實(shí)施超前帷幕注漿進(jìn)行堵水。

4.3.2 徑向注漿堵水

對于開挖后拱、墻出現(xiàn)大面積“淋雨?duì)睢被蚨喙尚」蔂畹挠克温洌⑶艺Ｊ┕づ潘畨毫^大，單純的盲管排水難以滿足排水要求，為了減小排水壓力、改善施工環(huán)境、減少運(yùn)營期排水量，對出水段落采用徑向注漿。

比如斜井井身斜0+421～斜0+448段，該段呈大面積“淋雨?duì)睢保铱傮w水量較大，考慮對前方正常施工的影響和后期的運(yùn)輸條件等，采取徑向注漿堵水。

4.3.3 頂水注漿

集中出水點(diǎn)頂水注漿示意圖

開挖后局部出現(xiàn)集中涌水，且水量和水壓均較大，而其它部位并無明顯的集中出水點(diǎn)。為了減小洞內(nèi)涌水量，確保正常施工，對這種出水點(diǎn)采用頂水注漿。如上圖Ⅱ線DyK294+110左側(cè)起拱線部位出現(xiàn)集中涌水且水量較大，考慮頂水注漿。

通過實(shí)施注漿堵水，大量的地下水被封堵，保證了施工的正常進(jìn)行，雖然掘進(jìn)過程中不斷出現(xiàn)新的涌水點(diǎn)或涌水段落，但實(shí)施注漿堵水后，使大的集中涌水被分散，水壓力減小，整體上抽排水量減小，堵水效果明顯。

4.4 探放結(jié)合的處理方法

由于注漿堵水的實(shí)施過程中大部分工序被迫暫停，影響整體施工進(jìn)度，況且一個(gè)循環(huán)的注漿堵水時(shí)間較長（一個(gè)循環(huán)帷幕注漿27米一般需要20～40天時(shí)間），成本也相應(yīng)較大，因此在施工過程中，是否需要注漿要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況有所取舍。

通常情況下，遇到涌水整體較大但圍巖情況較好的情況，首先應(yīng)先在掌子面的不同位置施做探孔，一方面可以起到放水效果，另一方面可以探明前方水量的大小和水壓力，為下一步的措施提供依據(jù)。

5 主體工程防排水施工質(zhì)量控制

5.1 防水板和土工布的掛設(shè)

拱墻襯砌與初期支護(hù)間設(shè)置防水板與土工布，仰拱部位根據(jù)實(shí)際情況在富水區(qū)仰拱底部涌水段設(shè)置防水板與土工布，另外在仰拱端頭沿環(huán)向施工縫鋪設(shè)一幅寬的防水板和土工布。

土工布鋪設(shè)前先割除初期支護(hù)上外露的鋼筋、鋼管、鐵絲等凸出物，并用水泥砂漿抹平。防水板在初期支護(hù)基本穩(wěn)定并驗(yàn)收合格后進(jìn)行鋪設(shè)。防水板與土工布分開鋪設(shè)，先在初期支護(hù)上鋪設(shè)土工布，再利用設(shè)置的粘結(jié)點(diǎn)（熱熔襯墊）把防水板用熱熔手法焊接，焊接應(yīng)牢固可靠。鋪設(shè)防水板環(huán)向鋪設(shè)時(shí)，先拱后墻，先標(biāo)出隧道中線，然后使防水板橫向中心線與隧道中線重合，將拱部焊接固定好后，向兩側(cè)下垂鋪設(shè)，邊鋪邊焊，下部防水板壓住上部防水板。

5.2盲管的安裝

隧道環(huán)向盲管通常為φ50軟式透水管，縱向盲管通常為φ75或φ80軟式透水管。對于富水區(qū)，環(huán)向盲管縱向間距必須根據(jù)實(shí)際情況安裝，要以散水能夠順暢的排出為目的，不能單純的依據(jù)設(shè)計(jì)間距設(shè)置，縱向盲管同樣根據(jù)水量大小布置彎出間距將水引向進(jìn)水孔進(jìn)而排到水溝中。

5.3止水帶的安裝

隧道襯砌環(huán)向施工縫一般采用中埋橡膠止水帶和外貼橡膠止水帶，縱向施工縫一般采用中埋鋼邊橡膠止水帶和外貼橡膠止水帶。縱、環(huán)向止水帶搭接處必須用熱熔焊機(jī)焊接密貼。

6 總結(jié)

隧道施工防排水是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，涉及的面較廣、工序較多，在實(shí)際的施工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)的規(guī)范要求施做，以安全、有效、快速的堵排水為施工目的。

【參考文獻(xiàn)】

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