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浅谈隧道施工阶段地下水的处理对策

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  摘 要:随着国民经济的发展,隧道建设取得了长足的进步,隧道数量与隧道长度都出现了较高的增长。与之相伴随的另一个问题是:在隧道施工中,经常发生渗漏、突水、涌水等水害,不仅影响施工,威胁隧道稳定,而且还会导致地下水位下降,对隧道周边居民用水造成不利影响。因此,必须认真研究隧道施工阶段地下水的处理对策。本文将就此展开阐述。
  关键词:隧道施工;地下水处理;对策
  中图分类号:U457.2 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2019)08-0130-02
  在交通运输业蓬勃发展的大背景下,国内隧道建设也在不断提速。据交通运输部统计,截止二〇一七年,全国公路隧道已达16229座,长度达1528.51万米,其中特长隧道902座(总长401.32万米),长隧道3841座(总长659.93万米);全国铁路运营隧道超过14100座,长度超过1412万米;其中长度超过10公里的特长隧道有102座(总长141.1万米)。
  而隧道水害的问题也显得更加突出:许多隧道出现渗漏,还有一些隧道发生突水、涌水。为保障隧道施工质量,有必要认真研究地下水处理对策。
  1 地下水
  地下水指的是埋藏于地表以下各种形式的重力水。
  根据地下水埋藏条件、含水裂隙特点,可以将地下水分为不同的种类;其中对于隧道施工影响较大的几类地下水,分别是:
  1.1 上层滞水
  上层滞水在于地下包气带内部。它是降雨或地表水渗透进地下后,因包气带内部隔水层的阻隔聚集而成。上层滞水埋藏较浅,具有自由水面,水量较小,受季节影响较大。若隧道施工深入包气带,上层滞水便会以突水形式涌入隧道,影响施工安全[1]。
  1.2 潜水
  潜水多埋藏于第四系沉积岩中,在裂缝、溶岩中也有潜水的分布。潜水具有自由流动性,在地下形成径流,常被居民用作饮用水源。在隧道施工中遇到潜水,容易发生涌水。
  1.3 承压水
  承压水位于两个隔水层之间,受到自身重力及压力的作用,因而得名。承压水没有自由水面,不受季节变化的影响,水位稳定,常被居民用于日常生活及农田灌溉。承压水若涌入隧道,可破坏隧道的稳定性。
  1.4 成岩裂隙水
  多分布于岩浆岩的裂隙之中,分布面积较小,但水量较大。在隧道施工中发生的岩体失稳破坏,多与岩裂隙水活动有关。
  1.5 构造裂隙水
  页岩、泥岩、沉积岩等岩石受构造运动应力作用,形成构造裂隙。位于其中的地下水即为构造裂隙水。构造裂隙水通常有导水通道,在隧道施工中可引发较大涌水事故。
  1.6 岩溶水
  岩溶水位于岩溶裂隙中,有统一的潜水面。岩溶水分布不均匀,可接受地表水补给。岩溶水水量大,流速快,若发生涌水,可直接淹没整条施工中的隧道。
  2 地下水对隧道造成的危害
  地下水可导致岩体产生剪切运动,改变岩体内充填物的物理性质,将其从固态转化成液态。地下水的酸性较强,具有很强的侵蚀作用,可溶蚀隧道岩层中的石灰岩、石膏等成分,形成裂隙、空隙;还可腐蚀钢筋混凝土。
  有统计表明:目前,国内大约70%的铁路运营隧道存在不同程度的水害,其中一千五百多座隧道因渗漏严重,影响铁路运营。在隧道开掘中,经常出现涌水,不仅危害施工安全,而且会造成地下水位迅速下降,影响周边居民正常生活用水与农业用水。因此,在隧道施工中,必须认真做好地下水防水、排水。
  3 隧道施工中的地下水处理对策
  3.1 运用先进技术,进行地质预报
  隧道工程施工现场地质条件复杂,工期往往较为紧张,因此,施工单位需组建地质预测预报的专门班子,采集施工地段的水文、地质、变形、应变等方面信息,在整个施工过程中随时进行超前地质预测预报。
  工欲善其事必先利其器。开展地质超前预报,须运用各种先进技术设备。施工单位可运用法国LUTZ超前地质预报系统,该系统操作方便,可随深度与时间的变化进行测量,实时传递数据,在电脑屏幕上直观呈现隧道开挖前方200米内岩层的裂隙、破碎、涌水、岩层软硬、空洞、腔体、涌泥、涌砂等情况。在LUTZ超前地质预报系统发现异常点后,技术人员可使用YL-GPR无线一体式探地雷达,通过逐点测量采集前方30米内的地质信息,查明岩体中是否存在岩溶、塌陷、破碎带。技术人员还可使用HW-306便携式红外探水仪,探测30米范围内是否存在含水断层、含水溶洞、地下暗河[2]。
  施工单位在查明地下水埋藏、径流、补给、排泄、发育情况、水位动态及导水通道情况后,须向设计单位与建设单位提交超前预测预报报告。设计单位须仔细研究该报告,若无异常则允许施工单位继续开挖掘进,若发现异常则应要求施工单位进行超前钻孔探测。
  3.2 做好洞外防排水
  在隧道左右两端,须挖掘排水沟,并设置急流槽,对地下水进行引流。若隧道工程是明洞衬砌,在其纵向方向上于砖墙角布置双壁打孔波纹管与砂砾盲沟,沿隧道纵坡布置纵向排水管,尔后在明洞衬砌外部垫上土工布-防水板-土工布,最后覆盖水泥砂浆。回填土顶面须用粘土设置隔水层,隔水层须深入边坡、仰坡。隧道仰拱上方也须设置排水沟。
  3.3 做好结构防水及结构排水
  在明洞衬砌背后,用双壁打孔波纹管设置环向盲沟;在明洞衬砌左右两边墙角外侧,用双壁打孔波纹管设置纵向盲沟;左右两侧检修道下须设排水沟,左右两侧路缘带须设路缘边沟,洞口500米范围内用双层盖板设置保温水沟,雙层盖板中间须设置聚氨酯保温复合板,隧道两侧侧沟墙上须布置钢筋。使用P8级别以上的防水混凝土修建衬砌,在进行环向施工、纵向施工时须设止水带。墙脚纵向、拱墙环向上须布置排水盲管。明洞外须覆盖外贴式防水层,衬砌外须布置防水板,以组成一个完整的排水系统。   3.4 突水施工
  随着隧道不断向前掘进,必定会遇到一些含有较多地下水的岩段。施工单位须对这些岩段进行超前预测,并使用钻眼台车开挖探水孔,验证这些岩段是否存在地下水异常点。探水孔开挖后,须详细记录出水点位置、出水量、水压等。而后,根据探水孔出水量设计方案,进行处治。
  若异常点周边围岩比较稳定,可以通过小导管注入浆液进行堵水。其具体流程为:根据地质调查结果,选择浆液(可选择水泥-水玻璃双液浆),进行配比试验,确定注浆参数,而后进行现场注浆试验,并检查试验效果。若效果达标,则准备各种设备、机具、材料、并加工管材,投入正式施工。第一步,喷混凝土封闭礃子面;第二步,钻孔,打入超前小导管(小导管可采用φ42×4毫米无缝钢管,每根小导管长3.0米,小导管之间环向间距200毫米,纵向间距600毫米);第三步,安孔口止浆塞;第四步,连接注浆管;第五步,注浆。施工结束后,检查堵水效果,若效果达标,继续向前开挖掘进。
  3.5 主动排水
  隧道施工接近含水层时,应主动进行超前探水、钻孔排水。具体步骤为:第一步,开挖接近含水层时,在礃子面上打一个超前探孔,若该探孔未出水,则向前继续开挖10米,继续进行探水。若该探孔出现流水,但流速缓慢,水压较低,则在礃子面上再钻出三个超前探孔。若这三个探孔出水状况与第一个探孔相同,则再向前开挖10米,再次进行探水。此时,若发现某一个探孔出水量加大,水压加大,则停止开挖,检测水压、流量,分析水质。详细掌握出水情况后,在礃子面前打7个直径108毫米的排水孔,自上而下依序排放含水层中的积水[3]。7个排水孔切不可同时排水。待含水层中的积水彻底排尽后,方可继续进行隧道施工。
  3.6 处治溶洞
  隧道施工可能遇到一些发育规模不同的溶洞,溶洞内含有积水,并为地下水提供岩溶通道。因此,施工单位须通过超前地质预报系统与探地雷达进行超前探测预报,发现异常点,再通过钻孔进行超前探测,采集礃子面前方的岩溶发育、围岩富水、岩性等信息,而后根据溶洞的发育规模、岩层稳定性、地下水等实际情况,采取不同的处治措施。
  3.6.1 处治规模较小的溶洞
  若溶洞深度不足3米,由于隧道施工暴露出来,可直接进行回填。位于起拱线上方的溶洞,须首先清理溶洞中的充填物,然后在洞中布置锚喷网支护架构,再浇注二次衬砌,回填C15混凝土。位于起拱线下方,隧道边墙上的溶洞,同样须首先清理充填物,再填入C15混凝土,回填厚度应达1.5米。基底下方的溶洞可采取同样措施处治。
  3.6.2 处治规模较大的溶洞
  若溶洞深度在3米以上,則须采取以下措施:
  位于起拱线上方的溶洞,首先清理内部充填物,在其内部布置锚喷网支护,而后沿溶洞洞壁环向布置钢筋拱,再修建二次衬砌,最后向洞入浇筑C14混凝土。
  位于起拱线上方的溶洞,若内部充填物难以清理,则采用超前小导管进行注浆预支护,而后布置工字钢,制作锁脚锚杆,确保基础稳定,最后布置钢筋网,喷射C14混凝土。
  位于起拱线下方的溶洞,可综合采用回填、嵌补、注浆、支顶、扩大桩基础跨越等措施处治。
  3.6.3 处治溶洞水
  若溶洞水未获得地表水或其它径流补充,应尽快进行排水作业,排尽溶洞中的地下水,再处理溶洞。若溶洞与地表相连,溶洞水源源不断地获得地表水补充,则首先须采取措施堵水,再进行排水。
  处治溶洞水时,应尽可能保持原有岩溶管道系统的完整稳定,尽量利用原有的岩溶管道,尽可能使原有的地下水补给、径流保持正常。若隧道与岩溶管道相交,应在隧道底部埋设管道,连接被截断的岩溶管道。
  4 结语
  如何处理地下水,是隧道施工中最棘手的问题之一。因此,我们需要认真总结施工中的经验,积极思考各种处理对策,应用各种先进技术设备,主动采取排水、防水措施,把隧道地下水问题解决好。
  参考文献
  [1] 徐明飞,张国珍,张洪伟,崔圣达.隧道涌水预测方法及防治对策研究[J].地下水,2018, 40(01):6-9.
  [2] 曹军辉,李克建,刘迎松.地下水对通过含水砂层段暗挖隧道施工的影响及控制方案研究[J].西部探矿工程,2018,30(01):184-186+190.
  [3] 石磊.隧道地下水处治的设计理论及方法研究[J].江西建材,2017(18):150-151.
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