隧道涌水

隧道涌水1隧道涌水对施工及环境的影响本项目场区三叠系，尤其是二叠系灰岩、白云质灰岩发育，溶洞、溶隙、落水洞、钙化现象发育，岩溶多沿岩层及断裂走向发育，且隧道区区域性导水断裂及裂隙发育，场区水文地质条件较复杂，隧道穿越该类地层时，极易导致规模较大的涌突水。由涌水产生的问题可列举如下。1）伴随涌水，掌子面的稳定性降低；矿山法施工是以掌子面自稳为前提的，但在裂隙发育的脆弱围岩和土砂围岩中，涌水会使掌子面稳定性降低，易于发生拱顶和掌子面的崩塌。2）伴随涌水，隧道的支护质量降低；涌水使喷混凝土与围岩的附着变差，锚杆的锚固材料易于流失，造成支护质量降低。3）基底泥泞化施工中，隧道的底部的含水比高，施工机械的走行扰乱基底使之泥泞化，造成作业效率和安全性降低。泥泞化显著的场合也会造成支护下沉等，对隧道的稳定性的影响是不能忽视的。4）因地下水位降低使地层下沉地下水位下沉会使地层产生压密下沉，也会对地表面结构物产生有害的影响。地下水位降低因比地表面下沉的范围广，不仅在隧道周边，甚至离开数百米的位置，在粘性土的场合，也会产生压密下沉。5）地下水位降低造成井户枯竭，地表生态破坏。2涌水对策的种类和适用性隧道施工中最大的难题是对地下水的处理。因此，在遇到涌水的场合，首先要“治水”，才能谈到其它，这是不言而喻的。涌水对策，大体上分积极进行排水的地下水位降低方法（排水工法）和降低地层渗透系数减少涌水的方法（止水工法）两大类。选定涌水对策时，除维持掌子面自稳性外，与对地表面的影响也有关系。一般说，山岭隧道中通常采用的地下水对策见表1。表1隧道涌水对策和主要使用条件分类工法主要适用条件排水工法重力排水工法排水坑道大量、高压、未固结围岩排水钻孔适用所有条件井点小埋深、未固结围岩复水工法补给复水工法不容许地下水位降低的场合止水工法地层固结工法药液注浆工法冻结工法在选择上述对策时，首先要进行详细的涌水调查，掌握地下水的动态和水量的大小及动向。要考虑围岩条件、涌水量、埋深、周边环境条件等综合因素决定。同时也能够缩减开挖成本和提高施工的安全性。排水坑道排水坑道是以主洞开挖前先行排出地下水为目的，在主洞外施工的。本法适用以下条件。1）断层背后保持大量而且高压的地下水，预计形成突发涌水的场合或者主洞施工因围岩流失而施工困难的场合（迂回坑道）。2）在洪积砂层等文化局围岩中，全线需要降低地下水位的场合。前者的场合，通常与排水钻孔并用（从侧壁向掌子面前方施工），边施工边前进（图1）。也有利用其最前端作为排水钻孔基地的场合。后者的场合是在隧道断面外用排水盾构先行施工主洞，或在主洞断面内设下导坑的情况。图1排水坑道平面示意图应该说，在主流的辅助工法中，这是处理有高水压作用的隧道的基本方法。在设计和施工中，采用排水坑道时应注意以下问题。1）在排水没有障碍的范围，比主洞断面稍低的位置设置排水坑道；2）要设置在对主洞施工没有影响的距离外（根据围岩条件约为2～3D左右）；3）采用施工上可能的最小断面，要考虑排水钻孔等，研究合适的断面；4）必要时采用辅助工法施工。排水钻孔（1）概要在隧道掌子面前方钻50～200mm的先行钻孔，降低掌子面到达前的地下水位（重力排水）。从硬岩到土砂都可采用，适用范围极广。（2）排水钻孔工法的设计及应用排水钻孔因长度（长、短）不同，施工方法（施工位置、施工机械）也不同，其应用根据排水钻孔的目的而定。排水钻孔工法是降低地下水位采用最多的方法。可从洞内或洞外进行。在掌子面钻孔有以下3种模式。·探孔每隔1~2天，进行一次，根据地质调查预测含水层的存在。·短钻孔不妨碍隧道开挖，利用1周一次的作业间歇时间，钻设20~50m的钻孔（超过1周的进尺长度）·长钻孔（图2）周期地利用掌子面停工期间进行长钻孔的施工或者扩宽靠近掌子面的钻机机座，或者从支洞与掌子面并行进行钻孔施工。要求施工长度在200m以上。图2长钻孔示例进行排水钻孔设计最重要一点是：预测涌水的性状或者假定含水层的性状，并考虑合理的排水量及其影响范围来决定施工长度。药液注浆（1）概要止水工法比排水工法价格高，采用时，要充分研究适当的安全性、经济性、进度等决定。止水工法中的注浆法是减少涌水量、改良地层效果促使掌子面稳定对策中有效性比较高的工法。注浆法在山岭隧道中多与排水工法并用，可在只用排水不能处理的大量涌水和砂质围岩中采用。也有采用注浆法把涌水减少到一定程度后再用排水钻孔等，一边排水一边开挖的事例。为了发挥最佳的注浆效果，视地质条件选定注浆材料和注浆方式。注浆法是止水对策的主要方法，但也有提高围岩强度特性的效果，也适合作为掌子面稳定对策和地表面下沉对策。注浆是用具有固结性的药液用压力注入地层，提高围岩的性状（透水性、强度特性等）的工法。在山岭隧道中，对妨碍开挖作业的地下水（地下水压），原则上是采用排水工法予以排出，但由于排水在破碎带、软弱层等围岩和未固结的围岩可能产生崩塌的场合，采用注浆工法减少流入隧道的地下水是一个有效的对策。（2）注浆工法的设计设计注浆工法时，选定注浆方式、注浆材料、注浆范围，和设定注浆率、注浆孔间隔·配置、钻孔及注浆长度、注浆压力、注浆速度等是必要的。1）注浆方式注浆方式有单管注浆、两重管注浆、两重管填塞注浆等。在山岭隧道中，对岩质围岩多采用单管注浆方式，在土砂围岩中，为了更确实的注浆，多采用两重管注浆方式。2）注浆形态和注浆材料的选择注浆形态示于表2，注浆材料的分类列于表3。表2注浆形态地层注浆材料水泥系水泥浆水泥粘土等药液系（水玻璃系）碱性材料非碱性材料高分子系尿烷系其它表3注浆材料和适用范围液态状态胶凝时间注浆形态适用地层溶液型不含粒子，液体状态固结的材料单液型中浸透注浆土粒子间的空隙水与注浆材料置换的状态劈裂浸透注浆空隙小的砂质地层，先行劈裂注浆，而后浸透注浆的状态砂质地层砂砾地层长低粘性、强度低，易于浸透地层，增加强度双液型瞬间中中3）注浆范围注浆范围与明挖法比，多数是经验设定的。注浆范围因目的而异，但在山岭隧道中，止水为目的时，多采用R/r＝2（R：注浆范围半径，r：隧道半径），即距隧道壁面5m左右（图3）。图3钻孔注浆示例