公路隧道項(xiàng)目施工階段的水害防治技術(shù)研究

任開富

（貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550001）

0 引言

公路工程建設(shè)飛速發(fā)展，穿越山區(qū)段的公路隧道不斷增多，而其中有70%的隧道所經(jīng)地層，均存在不同程度的水害問題。為確保公路隧道安全施工，面臨的難題之一，就包括怎樣在不受水害影響的前提下，高效地穿過富水區(qū)域，因而全面深入地探討公路隧道施工水害防治技術(shù)，具有十分重要的工程實(shí)踐意義。

1 公路隧道項(xiàng)目施工階段的水害類型劃分

通過對(duì)隧道水文地質(zhì)資料的分析，可以劃分不同的水害類型，考慮水層性質(zhì)和補(bǔ)給條件的差異。根據(jù)隧道的水文地質(zhì)條件的不同，將水害分為簡(jiǎn)單、中等、復(fù)雜和極復(fù)雜四類。而根據(jù)水層性質(zhì)的不同，可以將其分為孔隙水、裂隙水和巖溶水等類型。而補(bǔ)給條件的不同，則包括大氣降水、地表水和地下水等。選擇隧道水害防治技術(shù)時(shí)，必須考慮具體的水文地質(zhì)類型。本文主要討論后兩類水害防治技術(shù)，以適應(yīng)隧道施工中可能遇到的情況[1-2]。

2 隧道概況

某高速公路是一個(gè)雙向四車道的道路，其兩側(cè)有兩個(gè)隧道，分別長(zhǎng)度為10133m 和10046m，這些隧道屬于特長(zhǎng)隧道的一類?？v向剖面設(shè)計(jì)為-1.98%的單向坡，并且進(jìn)出洞口都是端墻式的設(shè)計(jì)。這些隧道內(nèi)部存在較多的巖溶地質(zhì)，同時(shí)也存在大量的地下水，包括各種暗河等，對(duì)隧道的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。隧道的掘進(jìn)施工采用多頭并進(jìn)的方式，進(jìn)出口以及各處的斜井區(qū)域同時(shí)進(jìn)行施工，以確保工程按時(shí)完成并交付使用。本文的研究對(duì)象是1#斜井區(qū)域。

1#斜井的長(zhǎng)度為1703m，設(shè)計(jì)為半圓拱直墻斷面，墻拱半徑為4.0m，墻高為2.35m，墻寬為8.0m，凈高為6.35m。縱斷面的坡度上限為9%，每日涌水量為5378m3。在建設(shè)公路隧道時(shí)，針對(duì)出現(xiàn)的各種問題，必須能夠快速反饋，并加強(qiáng)圍巖的支撐力度，采取有效措施解決隧道水害問題。圖1 為該工程1#斜井工程平面布置圖。

圖1 1#斜井工程平面布置

3 公路隧道項(xiàng)目施工階段的水害防治的探水措施

3.1 物探措施

建設(shè)1#斜井段，施工線路會(huì)經(jīng)過灰?guī)r段，該段存在各類處于不同發(fā)育時(shí)期的溶洞。其內(nèi)部的巖溶裂隙含水量較大，存在各種不同程度的水害問題。在施工準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，需要選用科學(xué)的物探方法，對(duì)裂隙、溶腔的含水量及位置分布情況進(jìn)行全面了解。施工過程中，主要采用瞬變電磁、探地雷達(dá)方法，全面探測(cè)該地段的水害情況[3-5]。

3.2 鉆探措施

施工過程中，通過有效結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息及掌子面超前鉆孔情況，對(duì)巖體構(gòu)造、地下水及巖石含水量等進(jìn)行全面了解，從而確保工程安全施工。掌子面超前鉆孔需要使用專門的液壓坑道鉆機(jī)，其型號(hào)為ZDY-1250。鉆孔數(shù)量為3～5 個(gè)，結(jié)合施工實(shí)際需要開鑿，其孔徑為76mm，深度為60m 左右[6-7]。圖2 為1#斜井超前探孔立面布置圖。

圖2 1#斜井超前探孔立面布置圖

3.3 釬探措施

開挖隧道時(shí)，為順利開展釬探，需要在隧道輪廓線的各相應(yīng)部位加深炮眼，其深度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。釬探眼只能用于超前釬探，不能用于填裝各種爆破裝置，其深度超出開挖炮眼2m 左右[8-9]。

4 公路隧道項(xiàng)目施工階段的水害防治的排水措施

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙資料，在多雨季節(jié)，1#斜井每分鐘的涌水量為11.2m3。隧道施工過程中，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選定的排水方式主要有以下3 種[10-11]：

4.1 短距離排水

若斜井排水距離不超過150m，排水的最佳選擇為短距離分段式反坡排水。斜井掘進(jìn)時(shí)，在其兩側(cè)縱向修建兩條匯水溝，橫向修建多條截水溝，截水溝上鋪設(shè)鐵板，確保正常行車不受排水影響。橫向截水溝間距為40～50m。在匯水溝及截水溝的作用下，水流向集水箱。用2 臺(tái)4kW 排污泵，布設(shè)兩條DN100 膠水泵，從集水箱集中抽水排出洞外污水沉淀池，經(jīng)沉淀后排至原地表排水點(diǎn)。

4.2 長(zhǎng)距離排水

若斜井排水距離大于150m，選擇排水的最佳方式為長(zhǎng)距離集中式反坡排水。通過接力方式進(jìn)行排水，如果接力次數(shù)大于3，這就需要設(shè)計(jì)長(zhǎng)距離集中式反坡進(jìn)行排水。共需要用到3 個(gè)相同尺寸的鐵皮排水箱，其長(zhǎng)度為6m，寬度為4m，高度為2m，將它們進(jìn)行串聯(lián)。使用抽水泵將積水輸送至集水箱中，沉淀一段時(shí)間后，排放到污水池中。

4.3 綜合排水

若斜井排水距離的上限超出長(zhǎng)距離，必須選擇綜合反坡排水，該排水方式共有3 級(jí)。

一級(jí)排水：選擇合適部位修建蓄水坑，配合使用4kW 抽水泵及2 套DN100 膠管，將積水輸送至仰拱臨時(shí)積水坑。

二級(jí)排水：仰拱臨時(shí)積水坑積蓄大量污水，使用30kW 水泵與2 套DN200 鐵管，將積水輸送至二襯后方集水箱。

三級(jí)排水：在二襯后方使用鐵皮加工制作3 個(gè)集水箱，每個(gè)長(zhǎng)度為6m，寬度為4m，高度為2m，將它們串聯(lián)起來，經(jīng)過三級(jí)沉淀，將積水排出。將3 套DN200鐵管安裝到6 臺(tái)75kW 水泵上進(jìn)行排水，1 套管路對(duì)應(yīng)2 臺(tái)水泵，其中有2 套用于正常排水，另1 套作為備用設(shè)備。

5 公路隧道項(xiàng)目施工階段的水害防治的截水措施

結(jié)合隧道洞口地形條件、匯水面積及排水通道大小等因素，在洞口外恰當(dāng)距離處開鑿截水溝和排水溝，確保將洞內(nèi)積水及時(shí)排出，避免洞口受到嚴(yán)重沖刷。將洞口之上的積水導(dǎo)至低于洞口坑洼中，并將周邊的滲水縫隙封堵。

6 公路隧道項(xiàng)目施工階段的水害防治的堵水措施

綜合圍巖完整度、裂隙大小以及含水量等因素分析，可采用以下3 種堵水措施[12-13]：

6.1 全斷面注漿堵水

若掌子面位于較厚的斷裂帶或充滿軟塑物的溶洞當(dāng)中，地下水體經(jīng)過長(zhǎng)久發(fā)育，會(huì)引發(fā)各種問題，例如淤泥涌出、每小時(shí)涌水超過10m3或多于5 個(gè)出水洞等。為解決這些問題，需要采用全斷面注漿堵水的方法。在每個(gè)注漿堵水循環(huán)段落內(nèi)，進(jìn)行一次注漿，其范圍不能超出40m，并且注漿邊界距離隧道外輪廓線應(yīng)大于8m。在進(jìn)行注漿堵水前，需要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作。首先，在掌子面上澆筑C25 混凝土止?jié){墻以實(shí)現(xiàn)止水效果，并在止?jié){墻上設(shè)置引水裝置。在混凝土的強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)后，才能鉆注漿孔。施工過程中采用履帶式液壓鉆機(jī)鉆孔，注漿孔直徑分別是108mm 和150mm。注漿材料為水泥與水玻璃混合漿液，兩者配合比例應(yīng)大于0.6 小于1.1。具體方案見圖3 所示。

圖3 1#斜井全斷面注漿堵水設(shè)計(jì)方案

6.2 局部注漿堵水

若掌子面位于地層和非地層之間，或位于淺層斷裂帶或地下水每小時(shí)涌水量在2～10m3的情況下，局部注漿堵水措施是最佳選擇。結(jié)合實(shí)際的出水情況，制訂相應(yīng)的堵水方案，其注漿范圍不能超出出水通道的范圍，注漿邊界距離隧道外廓線應(yīng)大于8m，確保堵水效果。

6.3 后注漿堵水

若掌子面結(jié)構(gòu)存在裂縫，出現(xiàn)較多溶孔，則施工過程中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的滲水問題。針對(duì)問題嚴(yán)重的斷面，應(yīng)采取后注漿堵水的方式，防止地下水滲入隧道。具體施工要求為：第一，在隧道開挖輪廓線3m 之外的范圍進(jìn)行注漿施工，結(jié)合滲水位置合理確定注漿導(dǎo)管設(shè)置部位；第二，使用鑿巖機(jī)鉆注漿孔，其孔徑為42mm，注漿孔間距1～2m；第三，注漿材料及配合比與全斷面注漿一致。具體方案見圖4 所示。

如果受侵蝕腔體面積大，并出現(xiàn)流量較大的地下暗河時(shí)，主要采取滲溝、涵洞等疏導(dǎo)手段排出積水，最大限度地維持地下水的流向及流量。

7 公路隧道項(xiàng)目施工階段的水害防治施工管理

做好充分施工準(zhǔn)備工作：首先，成立配套的組織管理機(jī)構(gòu)，做好專業(yè)人員儲(chǔ)備，籌備必要的應(yīng)急設(shè)備及物資；其次，科學(xué)制定應(yīng)急預(yù)案并報(bào)審；最后，對(duì)施工人員進(jìn)行全員技術(shù)交底，開展安全教育及演練活動(dòng)。

針對(duì)富水地層，施工過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案，采取有效的支護(hù)措施。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)科學(xué)合理的爆破方案，將爆破對(duì)巖體的影響降到最低，盡量保持圍巖完整性。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過深入研究隧道施工過程中的水害防治技術(shù)，前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，依照具體水害類型，明確水害防治的主要工作，采取“探、排、截、堵”等有效措施，有效落實(shí)“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”施工管理要求。1#斜井用時(shí)330d 順利完工，水害未影響其施工進(jìn)度。該水害防治技術(shù)具有良好的可行性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)今后同類隧道水害的防治具有重要的參考價(jià)值。