論孔隙水壓力對隧道雨季施工的影響

昌曉寧　張青林

[摘 要]隧道作為地下線性建筑物，修建過程中不可避免地穿越不同水文地質(zhì)體，從而形成集水廊道，通常有“十隧九漏”之說，孔隙涌水是隧道施工中常見的地質(zhì)災(zāi)害，也是隧道運營中的主要病害，同時也是其它地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因之一，在雨季時，孔隙水造成的后果更嚴(yán)重，危害更巨大，故對隧道工程施工過程孔隙滲水的影響及防治對策的系統(tǒng)研究已迫在眉睫。本文結(jié)合廣東省連平（贛粵界）至從化公路的隧道施工實際情況，分析孔隙水壓力對隧道雨季施工的影響。

[關(guān)鍵詞]孔隙水 隧道施工 雨季

中圖分類號：TB482.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）04-0120-01

1 工程概況。

廣東省連平（贛粵界）至從化公路是國家主干道大（慶）廣（州）高速公路的一部分，是廣東省北出口的重要通道之一。路線起于河源市連平縣上坪鎮(zhèn)李屋排九連山隧道（贛粵界，設(shè)九連山隧道接大廣高速公路江西境段），沿線經(jīng)河源市連平縣、韶關(guān)市新豐縣、惠州市龍門縣、廣州市從化，終于從化太平鎮(zhèn)中和里后龍山互通（順接街北高速公路）。該項目路線全長182.014公里，設(shè)計速度100公里/小時，雙向六車道，路基寬度33.5米（其中，與規(guī)劃的粵湘高速公路共線段約22.5公里采用雙向八車道，路基寬度41米）。橋涵設(shè)計汽車荷載等級采用公路-I級。

2 孔隙壓力作用。

對于孔隙和微裂隙中含有重力水的巖石，當(dāng)其突然受載水來不及排出時，巖石孔隙或裂隙中將產(chǎn)生很高的孔隙壓力。這種孔隙壓力，減小了顆粒之間的壓應(yīng)力，從而降低了巖石中的巖石的抗剪強度，甚至使巖石的微裂隙端處由于受拉狀態(tài)從而破壞巖石的連接。隧道修建前，山體中地下水因流動而形成初始滲流場。任一點的水壓力P一般不等于該點垂線上由地下水位產(chǎn)生的靜水壓力P0=γh0， 而要乘以修正系數(shù)β1，即：

P=β1p0

在山體內(nèi)β1一般小于1.0，但在山谷下部及承壓水地層中β1大于1.0。

當(dāng)巖石孔隙或裂隙上存在水壓力 P 時，其有效應(yīng)力可表示為σ'= σ。αP式中α為等效孔隙壓力系數(shù)，它取決于巖石孔隙或裂隙的發(fā)育程度。而巖石破壞準(zhǔn)則的Coulomb-Mohr 公式為：

τ=σtan +c

把上式代入即可得具有孔隙或裂隙水壓力作用的巖石破壞準(zhǔn)則：

τ=σtan+cαPtan=σtan+cw

式中，cw為水壓力作用時的巖石內(nèi)聚力。

顯然水壓力的作用降低了巖石的內(nèi)聚力。同時也降低了巖石的抗壓強度

上式雖然是從 Coulomb-Mohr 破壞準(zhǔn)則和有效應(yīng)力原理簡單推導(dǎo)而得。但定量地確定了孔隙或裂隙水壓力使得巖石內(nèi)聚力減少αPsin，抗壓強度減少了；水壓力抵消了一部分法向力，同樣也導(dǎo)致內(nèi)摩擦力減弱，增加了下滑力。裂隙水壓力不僅降低了摩擦力，而且會將軟弱結(jié)構(gòu)面中的充填物帶走或飽水，這就使結(jié)構(gòu)面上的內(nèi)聚力幾乎消失，促使有滑塌趨勢的塊體發(fā)生沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑塌坍方。因此，在正常干燥情況下不會發(fā)生破壞的巖石，在孔隙或裂隙水壓力作用下可能要發(fā)生破壞，九連山隧道在 F1斷層富水段多次發(fā)生塌方是一個很好的例證。

3 孔隙水壓力影響隧道施工防治方案研究。

九連山隧道進口段為淺埋段（埋深為10m～20m），由崩、坡、殘積的塊石土、含塊碎石的粉質(zhì)粘土等組成，為侏羅系中下統(tǒng)自流井組 J1-2z和下統(tǒng)珍珠沖組 J1zh，該含水層巖組分布于隧道進、出口淺埋段，背斜翼部、背斜山山麓向紅色淺丘過渡帶，橫向沖溝較發(fā)育，利于地下和地表水的排泄，而表層多被崩、坡、殘積土覆蓋，松散層過水、儲水作用則利于基巖地下水的補給。下伏基巖為砂質(zhì)泥巖、介殼灰?guī)r夾薄層狀泥巖。節(jié)理全斷面切割圍巖，風(fēng)化裂隙較發(fā)育。開挖到此段時出現(xiàn)了地下水大量滲漏，嚴(yán)重影響了隧道的正常施工。

3.1 工程處理措施

為防止地下水滲入隧道，在隧道穿越重點涌突水段，根據(jù)超前鉆孔測試與分析，針對進口淺埋段，工程水文地質(zhì)條件差，上方又有魚塘的特殊地段，采用以下工程措施：小導(dǎo)管超前注漿法并加強了初襯支護參數(shù)，順利通過了淺埋段并存有魚塘的不良地質(zhì)情況，既保證了隧道施工的安全性，又避免了地表水過多流失，造成對環(huán)境的破壞，影響居民和灌溉用水，取得了較好的效果又節(jié)約了工程成本。

3.2 進口段采用的支護參數(shù)

①采用把鋼拱架加密到0.5 m/榀，為了保證支護的整體性，在18號工鋼中部打孔，安設(shè)注漿小導(dǎo)管，注漿采用φ42小導(dǎo)管，孔口環(huán)向間距0.4m，縱向間距加密到1.5m，梅花型布置，徑向長度為4.00m，重疊長度2.5m，小導(dǎo)管的傾角為7°～8°，注漿小導(dǎo)管以隧道中線向兩側(cè)各60°范圍內(nèi)布置。

②注漿材料

為了保證注漿材料能在破碎圍巖中均勻滲透，提高圍巖固結(jié)強度有效封堵地下水，在裂隙較大而水壓較小時采用CS漿（水泥-水玻璃雙液漿）C：S=1：（0.6～1.0）（體積比），水泥漿水灰比0.8：1～1：1，水玻璃模數(shù)2.6～2.8，水玻璃濃度35B；在裂隙較小而水壓較大時采用水溶性聚氨酯，漿液濃度應(yīng)根據(jù)巖體條件加以調(diào)整。

③注漿壓力、單孔注漿半徑及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿壓力取為靜水壓的2～3倍，破碎巖層0.8～1.2 MPa，完整巖層3～5 MPa。單孔注漿有效半徑3.6m，注漿孔孔底中心距為注漿半徑的1.5倍即5.4 m。單孔注漿壓力達到設(shè)計終壓并繼續(xù)注漿10 min以上，注漿終壓應(yīng)控制在1.0MPa左右，單孔進漿量應(yīng)小于10L/min，可結(jié)束本孔注漿。

④注漿質(zhì)量檢查

主要是在注漿后的第二天，用眼睛觀察漏水裂縫是否已經(jīng)被堵塞，若不滲漏水，表示注漿質(zhì)量良好（雨季施工時，更應(yīng)注重這一步驟，防止雨水滲漏沖刷），若仍有滲漏可重新注漿，必要時應(yīng)加密鉆孔注漿。經(jīng)過上述處理措施后，隧道初襯、二襯均無滲漏現(xiàn)象出現(xiàn)。隧道信息化施工監(jiān)控量測分析結(jié)果：K22+340～K34+850斷面自13年7月1日埋設(shè)以來，量測斷面的水平收斂在測點埋設(shè)12天內(nèi)為急劇變形期，其變形相對較大，其最后當(dāng)日變形速率1.05mm/d，至13～20 d時為緩和變形期，至21d開始進入基本穩(wěn)定。量測斷面的拱頂下沉在測點埋設(shè)14d內(nèi)為急劇變形期，其變形相對較大，其最后當(dāng)日拱頂下沉速率為1.65 mm/d，至15～26 d 時為緩和變形期，至27d 時進入基本穩(wěn)定期。最后三次量測的位移平均速率分別為0.05 mm/d（水平）和0.09mm/d（拱頂）；累計水平收斂量和拱頂下沉量分別為17.68mm（水平）和36.69 mm（拱頂）。從測斷面的水平收斂和拱頂下沉原始數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果，預(yù)測其末次量測時水平收斂和拱頂下沉變形已釋放程度大于80%，根據(jù)新奧法施工監(jiān)控量測規(guī)范，隧道圍巖體變形已趨于穩(wěn)定，隧道開挖初襯支護參數(shù)合理。

4 結(jié)語。

本文結(jié)合廣東省連平（贛粵界）至從化公路上的九連山隧道施工實際，對孔隙水壓力對隧道雨季施工的影響作出了分析，并且提出了解決防治措施，以期對同類工程項目有借鑒作用。

參考文獻

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