隧道突涌水防治施工技術(shù)

何禹

（中國鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司 遼寧大連 116083）

隧道的修建過程中很容易產(chǎn)生涌水現(xiàn)象，一旦發(fā)生涌水不僅會(huì)威脅到工程的施工建設(shè)，而且會(huì)帶來一定的安全隱患。考慮到這一點(diǎn)需對涌水產(chǎn)生的原因進(jìn)行探查，并采取相應(yīng)的治理措施修復(fù)。在治理的工程中還需要考慮其他多方面因素，例如自然環(huán)境、水文地質(zhì)、是否會(huì)造成地下水的流失、施工中的安全因素、經(jīng)濟(jì)條件等。本文圍繞隧道突涌水的防治展開詳細(xì)的探討。

1 工程概況

本文所提及的隧道有兩個(gè)洞，左洞的起點(diǎn)為ZK147+ZK946，終點(diǎn)為ZK152+515，整個(gè)洞身的總長度可達(dá)到4.569km，其中路面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)高度最低值可達(dá)到610.84m，最高值可達(dá)到651.98m；右洞的起點(diǎn)為YK147+920，終點(diǎn)為YK152+156，整個(gè)洞身的長度可達(dá)到4.596km，其中路面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)高度最低值可達(dá)到610.83m，最高值可達(dá)到651.99m。整個(gè)圍巖的強(qiáng)度較高。

2 隧道涌水原因及危害分析

2.1 隧道涌水的客觀原因分析

施工現(xiàn)場有著相對復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，斷裂發(fā)育較為明顯且數(shù)量較多，更方便水的儲(chǔ)存，同時(shí)成為了疏導(dǎo)水的通道。巖漿在第一組斷裂發(fā)育周圍活動(dòng)明顯，因而形成了一道花崗巖巖脈，其厚度可達(dá)到0.8～0.9m。整個(gè)巖脈受到地下水的溶蝕較為嚴(yán)重，其溶蝕產(chǎn)生的空洞深度可達(dá)10m。由于斷裂構(gòu)造數(shù)量較多，容易遭到破壞，隨著破碎圍巖情況的加劇增多了可用于儲(chǔ)水的空間。再加上導(dǎo)通斷裂帶之后，會(huì)使水順著通道進(jìn)入到周圍的巖層中。

本工程中主要的涌水源是由巖溶產(chǎn)生的水、縫隙的積存水、地表水和地下水。涌水現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，豐富的地表水為其提供了瞬時(shí)補(bǔ)給的水源。在涌水點(diǎn)出現(xiàn)的地方，其地形多為山谷，地表積水的來源主要有水稻田內(nèi)產(chǎn)生的積水和降雨積存下來的雨水。除上述原因之外，還可能誘發(fā)涌水的原因有爆破施工。本工程突發(fā)涌水時(shí)，其瞬間爆發(fā)出的水量達(dá)到了112086m3/h。隨后當(dāng)?shù)乇硭繙p少時(shí)，加之地下水位的降低，使涌水量逐漸變小，達(dá)到900m3/h。

2.2 隧道涌水的主觀原因分析

本工程中發(fā)現(xiàn)涌水點(diǎn)的地方與設(shè)計(jì)圖紙記載的數(shù)據(jù)并不相符。在圖紙中本標(biāo)段的地質(zhì)條件良好，并不會(huì)發(fā)生涌水現(xiàn)象，這種主觀意識(shí)上的差異使工程施工中出現(xiàn)了涌水現(xiàn)象。其次盲目地追求施工速度，沒有重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。該預(yù)報(bào)是由某交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院提供的，使用的是瑞利波探測技術(shù)，在施工ZK150+406.6標(biāo)段設(shè)置超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，當(dāng)日提供的監(jiān)測結(jié)果如下：在該標(biāo)段前51m內(nèi)，斷層破碎帶所處的范圍為（4.1m，10m），在如下范圍內(nèi)（34.5m，50.5m）地質(zhì)條件有明顯的異常，需要格外注意水文的變化，注意做好防水處理，加強(qiáng)支護(hù)，以免出現(xiàn)坍塌。據(jù)推測，異常段有可能是斷層破碎帶，要想驗(yàn)證這一推測需要等到標(biāo)段為ZK150+437的施工開始之前再進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

3 隧道涌水的防治措施及建議

3.1 導(dǎo)水通道探查技術(shù)

本工程涌水段在治理時(shí)使用的探測技術(shù)為地質(zhì)調(diào)查+物探法。在設(shè)計(jì)階段完成對施工區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，可通過查閱相關(guān)的地質(zhì)記錄檔案，詳細(xì)掌握本工程中的水文地質(zhì)、構(gòu)造組成，對施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件有了大致的了解之后使用物探法，選取合適的鉆孔位置進(jìn)行鉆孔探測，之后根據(jù)探測反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，盡可能地掌握該施工區(qū)域的地質(zhì)條件，尤其是關(guān)于巖層分布的情況以及周圍是否有含水構(gòu)造地質(zhì)[1]。

為了提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，本工程使用了瞬變電磁法，其英文簡稱為TEM，這種檢測方法主要是利用電磁之間相互感應(yīng)的定律，通過由不接地回線發(fā)出的脈沖磁場到達(dá)地下的這一時(shí)間，借助接地線圈來觀測其產(chǎn)生的變化情況。地下地質(zhì)條件的變化是引起該磁場變化的主要影響因素，促使其產(chǎn)生增強(qiáng)或縮減的變化。相比較而言，TEM的優(yōu)勢在于所占的體積小，而且可在橫向或縱向觀測上產(chǎn)生較高的分辨率[2]。隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，使用TEM探測地質(zhì)時(shí)最高可深入到2000m地下進(jìn)行探測，尤其對于含水構(gòu)造地質(zhì)和導(dǎo)水通道的監(jiān)測有著絕對的優(yōu)勢，本工程中使用TEM探測出的含水構(gòu)造地質(zhì)示意圖如圖1所示。

圖1 含水構(gòu)造在瞬變電磁法成果圖上的表現(xiàn)

使用上述探測方式可以有效地甄別出含水體和導(dǎo)水通道的存在，其含水量較大時(shí)，可依據(jù)相應(yīng)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行防水治理，一般使用封堵導(dǎo)水通道的方法來治理。及時(shí)治理可以避免出現(xiàn)本工程中的突發(fā)涌水事故，以免影響施工周邊的環(huán)境。在本工程中用上述探測辦法探查涌水區(qū)域的水力聯(lián)系，在治理的過程中將重點(diǎn)放在堵水上，控制涌水的規(guī)模，使水位不斷降低。

3.2 綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)

在進(jìn)行地面探測時(shí)很容易受到山區(qū)地形的影響，在探測的過程中出現(xiàn)位置的偏移，盡管可以矯正，但是仍然存在著誤差影響，因而超前地質(zhì)預(yù)報(bào)就顯得尤為重要。考慮到施工的工期及性價(jià)比，使用最為廣泛的當(dāng)屬以下兩種：①利用瑞利波來探測；②使用雷達(dá)探測。

前者主要利用錘擊震源來實(shí)現(xiàn)探測的目的，探測相當(dāng)全面，不會(huì)出現(xiàn)遺漏，但是無法借助該技術(shù)直接探測出含水構(gòu)造的存在，還需借力于綜合地質(zhì)分析。后者主要是利用電磁波的反射來實(shí)現(xiàn)探測的目的，施工速度快且可以直觀地反映出含水構(gòu)造的異常情況[3]。但是雷達(dá)探測的信號很容易受到含水?dāng)鄬悠扑閹У挠绊懯怪霈F(xiàn)漏點(diǎn)。因而在探測的過程中要學(xué)會(huì)靈活應(yīng)對。

3.3 涌水段技術(shù)處理措施

針對本工程中出現(xiàn)的涌水段，其治理原則為排水+堵水，具體的治理措施如下所述：

（1）在開挖施工中出現(xiàn)的地下水涌水現(xiàn)象需要借助于小導(dǎo)管注漿來達(dá)到封堵的目的。

（2）鑒于涌水段中水產(chǎn)生的壓力情況的影響，當(dāng)初期的支護(hù)完成之后可封堵涌水的孔洞，其主要的施工技術(shù)為：①安裝泄水鋼管，需帶有閥門，其數(shù)量為兩根；②注漿，其位置選在涌水的孔洞處；③灌注可快速凝固的混凝土，待其強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)之后關(guān)閉閥門，封堵泄水管，之后驗(yàn)收。前期涌出的水量較大，因而水產(chǎn)生的壓力較低，注漿效果較好，在注漿結(jié)束之后涌水量得到了明顯的控制，平均每小時(shí)涌出的水量為900m3，主要是從隧道底部涌出的地下水。因而只有從根本上堵住涌水的地方，才能保證隧道的使用壽命不受到影響，最大限度地降低對周邊生態(tài)環(huán)境的影響。

4 結(jié)束語

綜上所述，在隧道施工之前探測出施工區(qū)域內(nèi)的含水構(gòu)造地質(zhì)和導(dǎo)水的通道情況是避免施工中突發(fā)涌水事故的最佳方式，可采用本文中所提及的TEM技術(shù)來探測上述內(nèi)容，結(jié)合探測的結(jié)果再加上超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的分析可以防止涌水現(xiàn)象的發(fā)生，起到良好的預(yù)防作用。