富水区域对隧道安全性的影响分析

王先义，周 念

（重庆交通大学 土木建筑学院，重庆 400074）

在处于富水区域的隧道工程中，地下水一直是个较大的难题，地下水不但影响着隧道的建设施工过程和建成后的结构稳定，还产生了相应的隧道病害。隧道在开挖过程中地下水将会不断的涌入隧道，形成大量涌水、突水现象，严重影响隧道的开挖建设过程；不仅如此，隧道的建设也同时破坏地下水的生态环境，导致地下水位下降引起的地面沉降等种种现象；而在建成之后的隧道中，地下水也起着一个至关重要的角色，水荷载作用使围岩压力的重分布导致了各种病害的出现。隧道病害的形成往往跟地下水的冲击有着千丝万缕的关系，所以，如何合理的处理地下水问题在隧道工程地质问题的发生过程中起到至关重要的作用，而在富水区域的隧道中，由于富于水无时无刻地对隧道结构进行冲击压力，相较在一般地下水环境的情况下，富水区域中地下水所造成的影响应更加的重视和研究。因此，本文以S103渝巴路赚宝隧道中由于富于地下水诱发的二次衬砌裂缝、路面错台为例，探讨富水区域对隧道工程安全性的影响。

1 赚宝隧道概况

赚宝隧道为双向行驶隧道，全长1255m（K31＋910～K33＋165），属长隧道。隧道进口和洞身位于直线上，出口位于R＝550.36m，Ls＝170m的圆曲线上，隧道设计纵坡为单向坡（＋2.86%／1255m）。

1.1 地质构造

隧址位于丰盛出场背斜西翼近轴部，属复式背斜，背斜西翼筋轴部，有小的扭曲倒转现象，该扭曲发生在须家河和雷口坡岩层段，隧道进口处岩层产状108～115∠65～75；出口岩层产状279～297∠72～65。

1.2 地层岩性

隧址区地层为第四系全新统残坡积层、基层为三叠系上统须家河组、三叠系中统雷口坡组、三叠系下统嘉陵江组三、四段。

1.3 隧道病害情况及整治措施

赚宝隧道加固施工工期非常紧张，且紧邻春节，在不违背安全和加固效应的原则下，加快施工进度和减少安全风险。根据病害现状、发展趋势及潜在隐患，针对具体病害成因，立足于彻底整治、不留后患、不得降低隧道结构的安全度、设计标准和使用功能的前提，进行有效地整治措施。

该隧道在建设使用后出现大量的病害现象，主要表现在二次衬砌裂缝和路面错台，其中二衬裂缝尤为突出。在隧道K32＋662.7～K32＋682.7段落中，出现路面错台现象，并且这段单侧电缆沟有较小范围的错台，经考察分析主要原因是水荷载作用下，对隧道周边围岩造成水压力，又因拱脚基础较弱，引起路面的错台现象出现，并出现部分二衬开裂（但不严重），故采取重做拱脚基础并注浆＋增加仰拱＋增设套供予以加固。在隧道其他段落均出现不同的二衬裂缝，对于二衬开裂并不严重的，对开裂情况进行钻孔观察，根据观察结果决定是否拆除二衬。若不拆除二衬，针对渗水区段采取局部开槽引水，做好放排水措施，进行裂缝处置，并增设套供＋增加仰拱的措施予以加固（加强配筋和提高混凝土强度等级）；对于开裂特别严重的区段，采取重做二衬和增加仰拱的改造措施，遵循有关重做二衬和增加仰拱施工图的相关要求，并采用自进式锚杆双液注浆加速加固；其他不需要拆除二衬的区段，采取先对二衬裂缝处置，在增设套供、增加仰拱的措施予以加固。

在整个隧道病害情况及整治措施可以看出，整个隧道病害的罪魁祸首就是来自地下水的荷载作用，在建设过程中对地下水所造成的影响估计不足。

2 隧道病害原因分析

2.1 施工方面

就赚宝隧道病害而言，根据相关资料发现，在隧道建设过程中，K32＋670～K32＋673围岩较破碎，有小股水涌出，其地下水也较丰富，处在一个地下水较丰富的地层中，对隧道的建设造成了很大的难题。而在K32＋940～K32＋943施工过程中有一溶洞，长5m，宽5.3m，高4.8m，从目前来看该溶洞为季节性溶洞，雨季时有水，或由于隧道修建后改变了地下水通道，从目前该溶洞排泄，进而地下水的水荷载作用造成了围岩的压力，产生相应隧道病害。还有就是在原施工时，在K32＋985～K32＋988左侧上方有一溶洞，并发生过突水、突泥等事故，并在当时采取了二次衬砌，但成果表明二衬基本失效。综合以上情况，赚宝隧道的施工过程由于处在一个富水区域中，其中地下水的影响造成了多次在建设过程中的困难，发生涌水、突水等灾害现象，为施工质量埋下隐患。

2.2 考察研究方面

就赚宝隧道病害而言，在赚宝隧道中出现多处二衬裂缝及路面错台现象，经现场考察及研究分析发现，在K32＋960～K32＋990该段区间为富水区域，该段落衬砌背后的地下水相当丰富，但又因该隧道的排水系统受阻造成排水不通畅，该段衬砌最大埋深为67.9m，水压力不至于击破二次衬砌，但造成了二次衬砌的开裂，不仅如此，该段落的富于水因衬砌背后排水系统受阻后流向其他薄弱区域（大部分为Ⅲ级围岩洞身段衬砌，无仰拱），造成其他区域产生二衬开裂及路面错台等现象。在一段处在富水区域的隧道，排水项目一定要满足该区域水流影响的要求，就赚宝隧道而言，就是对地下水估计的严重不足，导致病害的产生。

在修建隧道的过程中，应严谨地考察在修隧道所处地层的地下水情况，并充分考虑其产生的影响，在富水区域地段，还必须做到能清楚富于的地下水能在隧道修建过程中和使用过程中对隧道结构安全性产生危害的一切不利因素。地下水与隧道的建设有着紧密联系，是相互制约影响的；一方面地下水的渗流对隧道的影响，如果是少量的涌水对隧道建设影响不大，但大量的涌水、突水就会对隧道建设产生严重的破坏，甚至会造成坍塌事故，然而对建设完成的隧道，地下水的渗流也会对隧道的稳定及安全性产生影响，包括裂缝、错台等病害很多都是因为地下水渗流而引起的，这就对隧道的使用产生诸多不良影响甚至威胁；另一方面地下水在对隧道产生影响的同时，隧道在建设过程中也会对地下水的环境产生巨大影响，特别在富水地层中，常常会发生地面沉降、塌方及形成严重的灾害。

3 结束语

在富水区域的隧道，地下水是影响隧道病害发生及隧道结构稳定和安全性的主要因素，由于富于水流所产生的效应，水荷载直接作用在隧道衬砌结构上，也直接降低及损害了隧道结构的稳定性，并且在水的长期活动下，导致隧道衬砌的混凝土被水饱和软化及降低其强度参数，也就是降低隧道周边围岩的稳定性。就现状而言，如何处理好富水区域中的地下水，这一直是个难题；目前在富水区域中，就是周边水压力较高的区段，应进行专业的抗水压衬砌的设计，要确保隧道衬砌在水压力的作用下不开裂不发生过大的变形。而对于富水区域的隧道设计应当摒弃“以排为主”的设计思路，建立起“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的设计思路。并且应该结合隧址区生态环境的承受能力和施工经济条件两方面因素控制隧道的涌水量，保持地下水环境的相对平衡。总的来说，在处于富水区域的隧道建设中，应该要从一套严谨的思路去思考地下水带来的各种影响，并且要有着充分地准备去面对各种难题，也应该不断在这方面的去研究及总结。

[1] 黄界颍.地下水中硫及其对土壤和作物硫效应的研究[D].安徽：安徽农业大学，2003.

[2] 中华人民共和国交通部.JTG D70－2004公路隧道设计规范[S].北京人民交通出版社，2004.

[3] 杜炜平.隧道开挖地质灾害规律与防治对策研究[D].长沙：中南大学，2001.

[4] 郑立煌.公路隧道病害成因分析与隧道病害管理系统开发[D].上海：同济大学，2005.

[5] 周书明.浅谈隧道工程地下水的计算[J].铁道工程学报，2000（2）：69－72.

[6] 白峰青，姜兴阁.地下工程的可靠性与风险决策[J].辽宁工程技术大学学报，2000（3）：237－239.

[7] 柴军瑞，仵彦卿.作用在裂隙中的渗透力分析[J].工程地质学报，2001（1）：29－31.

[8] 黄波.运营隧道状态的综合评判[J]，世界隧道，2000（1）：58－60.