浅谈隧道开挖对地下水的控制措施

范 婷

（山西远方路桥（集团）有限责任公司，山西 大同 037006）

1 绪论

近几年来，随着我国高速公路的大力发展，在岐岭隧道修建过程中，工作人员发现一个重要的问题，就是遇到高水压、富水地段时，如何在不影响生态环境的条件下，也能够安全地进行隧道的设计和施工，这个问题也是当前我国隧道建设中必须研究的课题。文章结合作者所学专业和近几年的施工实践，现就对地下水的控制措施论述如下。

2 地下水的控制措施

所谓控制地下水的措施有两方面的含义，一是结构物的防水与排水，二是施工中的止水和排水，二者之间既有区别又有联系，这里主要讨论施工中的止水和排水。另外，施工中的止水常常与围岩加固联系在一起。常用的措施是在围岩中实施围岩的压注止水，而目前在岩质围岩的压注止水方面的经验非常缺乏，在以前的隧道施工中一旦遇到这个问题，不得不采取围岩压浆止水技术。在选择该方法施工前，首先要进行详细的涌水调查，经过调查后，明确掌握地下水的运动状态和水量的大小及动向。同时，考虑围岩的地质条件和涌水量、埋深以及周边环境条件等综合因素来确定止水方法。

根据以往取得的经验，在以下条件时，可以考虑采用止水方法：仅用降低地下水位方法，而不能获得降水效果时；为保护环境不能降低水位时；水底隧道等涌水的供水无限时。

3 控制方法

目前，止水方法有压注法、压气法和冻结法等，以下仅介绍压注法。以止水为目的的压注法，根据围岩的性质不同，其效果是不同的。无论遇到那种情况，就目前的施工技术水平来看，仅采用止水法是不能达到完全止水的效果的，必须根据围岩的地质条件和周围的环境条件，同时配合采用压注工法和降低水位法，才能取得较好的效果，而且既经济又合理。也可以根据实际情况采用压缩空气法和隔断墙法。

3.1 压注法的原理

压注法是向地层中压注浆液，造成土的固结，这样可以降低地层的透水性，同时也强化了地层，从压注目的和压注机理上看，可分为充填岩层裂隙的岩层压注和固化土质地层为目的的地层压注。需要说明的是，用压注止水方法目前不可能达到完全止水的目的，只能是使周边岩层中形成一个难于透水带，在一定范围内可以提高围岩的止水性能，把围岩层的透水系数提高到一个基准则。

3.2 压注方法

压注方法一般有：从地表面压注；从隧道洞内压注；利用超前导坑进行压注。

药液压注的材料，一般都具有在一定时间内起到胶凝的作用，大多数情况下都采用水玻璃（NaO.nSiO2）为主体材料的药液。压注材料的选择应根据压注对象、压注目的及压注方法来确定。

3.3 沙质土的压注

在这种土质中压注的目的是加强缺乏连续性的砂粒子。故应选用能均匀浸透到粒子间的材料，可以选择用溶液型的水玻璃，效果比较可靠。

3.4 黏性土的压注

其目的是能劈裂压注，应选用强度较大的悬浮型水玻璃系列，压注范围内的改良围岩强度、压注材料的强度和劈裂时间会影响周围压密效果。其中注浆溶液的胶凝时间对压注效果影响最大。

3.5 填充裂隙和孔隙

以填充围岩内的裂隙和孔隙水为目的，通常采用悬浮性非药液系的压注材料，在有涌水的情况下，要采用胶凝时间短的压注材料。

4 施工实例

4.1 实例

有资料介绍岐岭隧道长2.536 m，地质复杂，对施工最不利的是进口段280 m。该段花岗岩严重分化，隧道通过最深分化层深达50 m，表层厚2～9 m，为第四季残坡崩积层，在已经分化的岩体内含有多种亲水性矿物质，岩体内裂隙水较发达，岩体的组织结构完全遭到破坏，仅仅在外观上保持了岩体状态，矿物晶体已经失去胶结联系，大部分矿物变异，石英岩和长石已经分化成砂砾和高岭土，设计为四级围岩。

在隧道施工过程中工作面突然出现了涌水，泥沙很快淤积了导坑，经技术人员和有关地质专家现场会诊，认为这种严重分化且富水的花岗岩，是少见的特殊不良地质，要确保施工安全，要想加快施工进度，关键是如何解决注浆技术。

4.2 方案的选择

合理选择注浆方案非常关键，通过现场调查对该隧道注浆方案的选择主要取决于注浆的目的、围岩性质、注浆设备等因素。结合本隧道的围岩注浆目的是为了加固围岩，根据本隧道地质段围岩的特点，要想提高注浆质量和保证加固效果，必须解决以下3个问题：找出浆液在岩层中扩散渗透的有效途径和方法；超前降排岩体中的孔隙水和残留的裂隙水，以利浆液渗透扩散；如何来提高浆液胶结体的强度。

采用以控制浆液为主的不同注浆方法，在致密且严重分化的层状岩体中，采用分段前进式长套管挤压劈裂注浆，并辅以负压超前抽排水的施工方案。对突出涌水段采用渗透、劈裂注浆。其余采用大管棚充填、挤压注浆。

4.3 软地层的注浆

调查发现软原状地层岩体未经扰动，虽然分化较严重，但还保持原有花岗岩的结构，因地下水丰富而处于饱和状态，当失水后强度明显会增加，故可利用岩体来选择注浆方法和注浆参数。

4.3.1 注浆方法

对于这种地层采用比较适用的方法是挤压、劈裂注浆法。首先是能填满注浆管周围的空间，随着压力的增大，对孔壁周围岩体产生的挤压和局部剪切，会破坏岩体的结构；当挤出水和空气后，压力继续增加，浆液继续扩散并吸收去一部分挤出来的水，同时浆液在水化作用下吸收一部分水，能使岩体中水量减少，其强度和自稳性也得到相应的提高。

4.3.2 注浆压力

对于挤压、劈裂注浆，其注浆压力是注浆影响效果的关键因素，根据前进式注浆的特点，每次都要采用不同的注浆压力。一般开始注浆压力选用2～3 MPa，第二次选用3～4 MPa，第三次采用4～6 MPa，并应对每次的压力进行记录，并据此判断压注效果。

4.3.3 注浆数量

压注浆量对周围岩石的改良程度影响非常大，挤压劈裂注浆的浆液，除了起到填充空隙外，还要挤压地层，使其空隙减小，改变岩体结构。随着注浆压力和时间的增加，注入浆液受到压缩，并产生脱水现象，密度增大，这样可能出现注入浆液的体积比加固岩体的空隙体积还大的现象，因此注浆量需计算得到。（Q=0.266 V，其中V为受注岩体的体积）。

4.3.4 布置注浆孔

注浆孔按全断面封闭注浆布孔要求进行布孔，一般情况下泄水洞与平导布孔10～12个，侧壁导坑布孔16～20个。

4.4 拱顶管棚注浆

该隧道围岩软弱，且开挖跨度比较大，因此在上弧导坑采用管棚与注浆相结合的超前支护法。由于开挖体积较大，管棚注浆时很难形成一个强大的止浆体系，使注浆压力受到限制，所以管棚注浆主要考虑充填挤压注浆。

5 结束语

通过以上对该隧道采取注浆法处理措施，不仅能改善岩体的力学性质，从注浆施工情况来看，注浆压力一般能到达设计终值，从以上例子中通过现场调查，通过对已经加固的地层挖开，发现有大部分浆液能劈开岩层相互贯通，使围岩得到挤压，充填的比较密实，胶结的也很牢固，同时也加快了施工进度，比以前提高两倍以上，降低了岩体的含水量，有效地控制了隧道的整体下沉。

因此，采用注浆法在有地下水的隧道中进行止水效果明显，施工简便，建议同行在今后的隧道施工中大力推广应用，并不断总结经验，提高改进措施。