地下水對山嶺隧道施工的影響及防治措施研究

趙娟芳，李 央，屈永強(qiáng)

(江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

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地下水對山嶺隧道施工的影響及防治措施研究

趙娟芳，李 央，屈永強(qiáng)

(江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

山嶺隧道是屬于地下的線性建筑物,和其他的工程比較具有隱蔽性且施工過程相當(dāng)復(fù)雜。在修建山嶺隧道的過程中都必須要穿過復(fù)雜多樣的水文地質(zhì)體,最終變成了收集水的走廊。在對隧道進(jìn)行施工修建時最常出現(xiàn)的問題就是漏水，也是在隧道進(jìn)入使用的時候涌水的會造成運營過程中出現(xiàn)問題，尤其是在穿越熔巖以及跨過江海時造成的災(zāi)害，后果不堪設(shè)想危害也是非常大，因此要地下水對山嶺隧道施工的影響及防治措施進(jìn)行研究。

地下水；山嶺隧道；施工影響；防治措施

1 地下水對隧道施工影響及防治措施研究的現(xiàn)狀

(1)結(jié)合工程個體實例簡要描述的地下水分布規(guī)律，山嶺隧道施工中相互作用的地下水和圍巖存在的涌水滲漏等災(zāi)害研究。

(2)在隧道施工過程中涌水滲漏等常見存在于工程的不利影響和地下水對隧道施工針對性的具體工程進(jìn)行施工防治在大量的文獻(xiàn)中都有記錄。

(3)我國原有的地下水對山嶺隧道施工的防治原則和標(biāo)準(zhǔn)都是制定在工程技術(shù)和理論研究的水平基礎(chǔ)上，沒有考慮保護(hù)生態(tài)環(huán)境等意識，存在局限性。

(4)每天都在發(fā)生快速變化的理論知識和施工技術(shù)在今日還沒有形成具體系統(tǒng)的研究效果。

2 地下水對山嶺隧道施工的影響

2.1 對山嶺隧道產(chǎn)生的直接影響

我國的國土面積巨大，山嶺地區(qū)的占地面積就達(dá)百分之六十，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展公路鐵路高鐵也在日益興起，使得國家間、省市間的通訊交通更加便利，山嶺隧道的工程也在每天增加。因為我國的地勢非常復(fù)雜多變，山嶺隧道出現(xiàn)涌水冒泥的現(xiàn)象也在增加，一旦在在施工中出現(xiàn)地下水災(zāi)害，經(jīng)常會導(dǎo)致隧道施工停工，少則幾月余多則要幾年，降低了施工的效率也造成了經(jīng)濟(jì)效益的減少。在相關(guān)資料的調(diào)查結(jié)果中得知，在我國山嶺隧道的施工過程中有多達(dá)百分之八十概率會發(fā)生地下水的災(zāi)害。地下水在山嶺隧道施工過程中起到至關(guān)重要的作用，尤其是對巖體失穩(wěn)過程中起到的作用也是事關(guān)重大。尤其是在結(jié)構(gòu)中存在的圍巖弱點，通過許多坍塌的現(xiàn)場觀察主要分為兩種情況，一是圍巖易碎；另一種情況則是圍巖應(yīng)力重分布以及爆竹崩山地震等產(chǎn)生的震動作用，會加快了失穩(wěn)的進(jìn)程，所以地下水對巖體失穩(wěn)起到了相當(dāng)大的作用。

2.2 對山嶺隧道施工的間接影響

地下水對水下隧道存在著腐蝕作用，不容小視的腐蝕作用會將地下水侵蝕使得地下水具有侵蝕性，再與混凝土等成分發(fā)生一部分的物質(zhì)上的化學(xué)反應(yīng)，形成許多的可溶性、膨化性鹽物質(zhì)。在高滲的環(huán)境作用中，膨化性鹽會松弛混凝土，可性鹽則會造成其產(chǎn)生移動變遷，最終導(dǎo)致隧道的結(jié)構(gòu)崩塌，引起塌陷的大事故發(fā)生。

2.3 分布規(guī)律對山嶺隧道產(chǎn)生的影響

我國的氣候變化、巖性構(gòu)造以及地勢地貌和人類的活動等多方面條件因素對地下水的水位、噸數(shù)以及質(zhì)質(zhì)量都有不同程度的影響，想要在地質(zhì)水文條件下構(gòu)建一個完整的、具有豐富水量的水帶，要求我們要有基本的兩方面的條件：蓄水和補(bǔ)給水源。是否可以形成蓄水結(jié)構(gòu)和儲水的容量都是與巖性以及構(gòu)造有相當(dāng)密切的聯(lián)系；而氣候的條件、地勢地貌等自然條件則會決定地下水的補(bǔ)給徑流和排泄所具有的條件。他們之間相互聯(lián)系密不可分，地下水在山嶺隧道中就會呈現(xiàn)一定的規(guī)律特征。

因為開挖山嶺隧道的工程則是一個慢慢形成集水通道的過程，將原聲態(tài)的地下水環(huán)境破壞，將地下水本應(yīng)該滲透流動的方向人為的改變，也是擾亂了自然的規(guī)律，最終久而久之就會將沉積在隧道通道過程中很多年來的泥沙碎石涌進(jìn)了隧道，造成山嶺隧道突然出現(xiàn)泥沙和水大量涌出。

2.4 巖體與地下水相互作用對山嶺隧道修建產(chǎn)生的影響

地下水的徑流補(bǔ)給以及排放條件的控制是根據(jù)巖體本身存在罅隙結(jié)構(gòu)而受到限制的地下水活動范圍和運行的途徑。而巖土本身進(jìn)行運動存在的介質(zhì)不是一成不變的，而是和地下水同在相互作用的，它們之間在自然狀態(tài)下是存在正常和諧的生態(tài)平衡。在經(jīng)過了人工的對山嶺隧道開鑿就會造成巖土本身適應(yīng)性改變，一方面降低水滲透壓會造成巖土骨架壓縮從而引起顆粒轉(zhuǎn)移；另一方面一旦巖土骨架遭到壓縮、顆粒轉(zhuǎn)移更嚴(yán)重會造成巖土滲透的系數(shù)和孔隙率降低，巖土的透水儲水供給水的能力都減弱。一旦在修建山嶺隧道地面就會騰空，使得地面的重力分布不均巖體松弛，容易導(dǎo)致隧道涌水和滲透。

2.5 山嶺隧道突水涌水的因素

隧道內(nèi)的用水量主要是由兩部分組成：靜態(tài)儲量和動態(tài)儲量。

靜態(tài)儲量是隧道圍巖中存在的空隙中產(chǎn)生的水量，它的大小自然與隧道圍巖的大小、給水能力和儲水能力相關(guān)聯(lián)。動態(tài)儲量則是在含水圍巖中以地下徑流的形式出現(xiàn)，它與其他的地表水和地下水的水力都存在著聯(lián)系，大小主要受到含水圍巖的大小，補(bǔ)給、徑流和排放的條件的影響。

3 地下水的分型特征

地下水是指埋藏在地表下的巖石罅隙或溶隙中的水，按照水層巖石縫隙的性質(zhì)與儲水埋藏的條件進(jìn)行以下幾種分型:

3.1 埋藏條件分型

(1)上層停滯水

(2)潛水

(3)承壓水

3.2 水層縫隙性質(zhì)分型

(1)松散巖石中的孔隙水：地下水的儲水能力主要是由巖石中的孔隙的體積大小所決定?？紫端陨砩娴臈l件和特征就主要是由于巖石的孔隙情況決定。巖石孔隙的體積大小以及數(shù)量多少，不但只與巖石的透水性的優(yōu)劣有聯(lián)系，還直接對巖石中存在的地下水的含量有很重大的影響，還會涉及到在巖石中地下水流動所需要的條件和地下水的質(zhì)量問題。在一般狀況下，顆粒大且均勻，水層的孔隙就會大透水性就會隨之較好，地下水的水量和水流都會大，流動的速度也快，睡的質(zhì)量也會提高；反之，則出現(xiàn)水量小、水質(zhì)差、流動慢等特征顯現(xiàn)。

(2)堅硬巖石中的裂隙水:裂隙水的好壞會影響到地下水的分布情況和富集。本身裂隙水存在的環(huán)境情形就比較復(fù)雜，容易受到地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造的控制，使得裂巖層自身的滲透性不均衡且各向異性。按照裂隙的成因，裂隙水又會分為：風(fēng)化裂隙水、構(gòu)造裂隙水、成巖裂隙水三種類型。

(3)可溶性溶隙中的巖溶水：巖溶水自身具有獨特的分布規(guī)律和運動特征，它是一種較為活躍的地質(zhì)營力，不斷的對自身的儲存運輸?shù)哪芰M(jìn)行改造。巖溶水具有水量大，運動速度驚人，就是被氣候影響的動態(tài)變化較大，又因為溶隙是孔隙和裂隙中體積最大的，在補(bǔ)給上就會相較于其他兩種更容易接受大氣的補(bǔ)充。

4 山嶺隧道施工對地下水的防治措施

4.1 收集相關(guān)資料

收集已有的相關(guān)專題研究資料以及山嶺隧道工程的地址勘探資料，小組組織對這些資料進(jìn)行研究分析，再結(jié)合本身工程的地質(zhì)特點進(jìn)行合理安排。經(jīng)驗表示對于構(gòu)造上存在規(guī)律的掌握程度會對結(jié)果具有直接的影響。提前進(jìn)行資料的收集工作首先要將地質(zhì)資料設(shè)計熟悉掌握，再結(jié)合有關(guān)的書面資料進(jìn)行實地核實，了解要施工位置的地貌地勢地形的特征加深理解，對于地質(zhì)資料的手機(jī)和熟記將是進(jìn)行山嶺隧道修建提前進(jìn)行預(yù)報的第一步，必須要重視。

在施工過程中的資料收集是施工地質(zhì)情況分析預(yù)報的主要依據(jù)，可以采用對施工地質(zhì)地形進(jìn)行描繪繪畫再進(jìn)行進(jìn)一步的隨時的小組討論分析研究。

4.2 合理選址

想要修建山嶺隧道首先就要選好地理位置，在選址的時候應(yīng)該注意要充分考慮一切不利因素，尤其是地下水所帶來的負(fù)面影響，這就要求我們應(yīng)該選擇眼里面積大的易碎不堅固的地址區(qū)域、巖溶劇烈頻繁發(fā)生的地段、地形存在暗河等地質(zhì)較差的位置區(qū)域。山嶺隧道的修建地址的選取就要考慮到地下水的因素，對地下水產(chǎn)生影響的主要因素是地層的巖性、地質(zhì)的構(gòu)造以及地貌地勢的特點等，地下水形成的過程所需要的條件也不盡相同不均等的，所以在進(jìn)行選擇修建隧道位置時要利用收集的資料，找出適合修建的大致條件在進(jìn)行選址以及實地考核。

4.3 防治水層縫隙對山嶺隧道施工的影響

(1)孔隙、裂隙水之間對山嶺隧道施工產(chǎn)生影響的防治措施

為了防止在挖鑿山嶺隧道的過程中出現(xiàn)水大量滲漏的狀況，重則滲入到隧道中，主要是在隧道通過易涌水的階段，再利用提前的鉆孔測試和分析研究，合理運用施工過程所要用到的導(dǎo)管、注漿材料、比例的運算，還要對注漿質(zhì)量結(jié)果進(jìn)行檢查。主要是在注漿后的第2 d，視察容易滲漏的幾點是否經(jīng)過了加厚等特殊處理。

(2)裂隙水對山嶺隧道施工產(chǎn)生影響的防治措施

主要是解決裂隙水在斷層破碎帶多次出現(xiàn)的塌方、突水等問題，在出現(xiàn)相關(guān)危險問題的地段，要及時運用有利方法向坍塌的內(nèi)側(cè)進(jìn)行加厚封閉處理，用來控制塌方的范圍；及時對已經(jīng)塌方的位置進(jìn)行修補(bǔ)，以及整個隧道質(zhì)量的檢測，早發(fā)現(xiàn)早修正，使其更加牢固，防患于未然。在修建隧道的初期常常出現(xiàn)的問題，就是支護(hù)的受力出現(xiàn)異常，經(jīng)過很多資料的結(jié)果分析其原因，可能主要是與某一段的地層巖性相關(guān)，泥巖和地下水相結(jié)合就會發(fā)生軟化從而編程了泥漿，使得堅硬度降低起不到了支撐的作用；所以在隧道修建的初期，我們要提前對支護(hù)設(shè)備方案上加強(qiáng)力度，加密注漿孔形成一個堵水結(jié)構(gòu)。在挖空開鑿的后期修建工作中，以及提前所探測到圍巖的狀況，對相較較弱的地段加強(qiáng)挖鑿半徑并注漿，先形成堵水結(jié)構(gòu)。

(3)溶隙水對山嶺隧道施工產(chǎn)生影響的防治措施

這一期間主要是利用很多現(xiàn)階段高科技探測方法及時有效的對掌子面出現(xiàn)的不良地質(zhì)和構(gòu)造變化進(jìn)行推斷很解釋，可以方便快捷的的為隧道工程、提前準(zhǔn)備的支護(hù)材料和預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生提供有效的地質(zhì)資料和信息，更快速的找到解決方法，以來防止造成不必要的停工和工程拖延，造成經(jīng)濟(jì)的損失。

在進(jìn)行隧道修建時要充分利用好物探的探測方法。物探方法可以查明很多的地質(zhì)水文的問題，主要的原因是不同類型不同含水量的巖石，不同礦化程度后水體間在物性上都存在這差異，所以可以運用各種物理探測機(jī)器來對想要理解的巖石、水體的某些物理特征的變化，再進(jìn)行分析研究得出推斷地質(zhì)水文條件發(fā)生變化的結(jié)果。地面的物理探測方法已經(jīng)是被大家作為地下巖性、地層劃分和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的判定的一種有效方法。大多數(shù)的物探方法已經(jīng)廣泛運用于尋找地下水資源和對地下水的一些特征的論證，它就是不能很直觀的將一些地下水的本質(zhì)特征性質(zhì)顯現(xiàn)出來，而是在這個基礎(chǔ)上通過測定巖石的儲水量、形成的縫隙等間接的物性顯示再來進(jìn)行地下水存在和分布特點的判定。

4.4 地下水的處理原則

是對施工階段制定相應(yīng)的對富含水、地下水處理的特殊要求。

(1)進(jìn)行預(yù)報綜合分析，先探后掘的原則

從地層來看易于發(fā)生涌水的位置,是處于在地層交界、斷層褶皺、裂隙發(fā)育的圍巖;從巖性角度講,則易發(fā)生于透水性比較好的位置;在與地表之間的聯(lián)系來講,比較容易發(fā)生在淺埋與地表相通、補(bǔ)給及時地表水的隧道。

在施工階段提前進(jìn)行預(yù)報，在進(jìn)行綜合分析,最大努力找到地下水含量較多的地層分布位置和規(guī)律。對于易發(fā)生涌水的巖性變化、斷層、褶皺帶等部位,重點加強(qiáng)預(yù)測、預(yù)報、探測。一定要堅持提前預(yù)報,全程探水先探后掘,以確保安全施工。

(2)將標(biāo)準(zhǔn)完善,實行大堵小排原則

想要完全的阻斷水,也不是沒有必要也不是必須執(zhí)行。依照隧道本身設(shè)計,制定與之相符的驗收標(biāo)準(zhǔn),在施工階段,還需要建立施工控制的標(biāo)準(zhǔn),更方便控制。施工階段采取超前鉆孔,制定超前孔的涌水量的判釋標(biāo)準(zhǔn),有利于控制施工,低于基準(zhǔn), 不可注漿,反之,就應(yīng)考慮采取提前注漿。單孔出水量≤0.5Ls，雙孔出水量<0.6Ls，多孔平均出水量<0.4L/s。

(3)先預(yù)案,遠(yuǎn)離風(fēng)險的原則

對具有高水頭、流量大、交替強(qiáng)、突發(fā)性的地下水豐富的隧道中，針對可能發(fā)生的主要涌水點要制定各種可能的施工技術(shù)方案和防止災(zāi)害預(yù)案,立足于超前注漿封堵,確保隧洞安全快速施工。應(yīng)該立足于預(yù)注漿,除非在提前注漿條件不足的時候，再進(jìn)行注漿。因為提前進(jìn)行注漿要比晚注漿效果更好、也更節(jié)省。

(4)先行試驗,快速決策的原則

根據(jù)國內(nèi)外隧洞施工經(jīng)驗, 成立有權(quán)威的決策小組,開展注漿試驗強(qiáng)化技術(shù)指導(dǎo)是十分必要的。為此在各個方面都要確保萬無一失，同時建立地下水處理的快速決策機(jī)制。

5 結(jié) 論

本論文從地下水的類型、對山嶺隧道的影響等方面分析了地下水對山嶺隧道施工的危害，總結(jié)出了利用多種探測方法對巖石性質(zhì)、地質(zhì)地勢的特征及地下水的特征都進(jìn)行探測，進(jìn)行綜合分析，了解地下水對山嶺隧道施工的影響因素并想辦法進(jìn)行解決，及時找到防治措施進(jìn)行處理。

[1] 梁峰. 地下水對山嶺隧道施工的影響及防治措施研究[D].重慶大學(xué), 2007.

[2] 張立輝. 試論地下水對山嶺隧道施工的影響及對策[J].工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化,2014, (10).

[3] 汪海濱. 山嶺隧道地下水規(guī)律及防治方法研究[D]. 西南交通大學(xué), 2002.

[4] 黃寶安. 隧道施工對水資源的影響及防治方法探討[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計, 2014, (36).

2015-04-12

U416.1

C

1008-3383(2015)11-0091-02