浅谈隧道施工涌水处理

王兴舟

摘 要：涌水给隧道施工甚至运营带来极大的危害，严重影响了施工进度和工程质量，甚至导致生产安全事故。本文以四川省黑水县雅克夏雪山隧道涌水事故为例，说明了涌水发生过程，分析了涌水产生原因，介绍了涌水处理方案，对涌水发生后紧急处理措施，对洞内施工排水、超前探孔、拱墙超高压劈裂注浆技术、注浆钻孔位置布设、注浆材料、注浆量、施工工艺等进行了论述。

关键词：隧道 涌水 注浆

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0048-03

Abstract：Highway tunnel， as a typical underground engineering， in the construction process， affected by geological conditions， easy to produce a variety of diseases， of which the most serious collapse. his paper takes Jacques in Heishui County of Sichuan Province in yakexa snow mountain tunnel accident as an example， explains the occurrence of water gushing process， analyzes the causes of water inrush is introduced， water treatment scheme， emergency measures for water inrush occurred after the construction of drainage， pilot drilling， arch wall of ultra high pressure grouting technology， grouting hole layout and location grouting materials， grouting quantity and construction technology are discussed.

Key Words：Tunnel； Water gushing； Grouting

隧道涌水是由于隧道掘进破坏了含水层结构，使水动力条件和围岩力学平衡状态发生急剧改变，造成地下水体所储存能量以流体高速运移形式瞬间释放而产生一种动力破坏现象。涌水给隧道施工甚至运营带来极大的危害，涌水会掩埋隧道内的设备、设施，堵塞坑洞，甚至造成人身伤亡，严重影响了施工进度和工程质量。笔者参与多条隧道工程建设，经历过多次涌水事故，其中以四川省黑水县雅克夏雪山隧道涌水最为严重，本文以雅克夏雪山隧道为例，将处理隧道施工涌水的有关情况进行简要介绍。

1 工程概况

四川省黑水县雅克夏雪山隧道位于四川省黑水县与红原县交界，隶属于省道302线，隧道全长2.302km，宽度9.3m，单洞对向行车二级公路标准，设计时速为40km/h。隧址区为高山地貌，构造复杂，岩性以变质砂岩、砂质板岩不等厚互层夹薄层灰岩为主，发育多条次级断裂，地表水和地下水较为丰富，总体上工程地质较为复杂，施工难度较大。

2 涌水情况

2.1 涌水过程

隧道掘进侧洞口桩号K0+953，隧道倔进方向为下坡，坡度2.2%，施工掘进采用三台阶方式。在上台阶开挖至K1+138.25～K1+139段施作超前小导管时，线路前进方向左侧部位突然发生涌水涌渣，涌水流量峰值达到32m3/h左右，水色浑浊；伴随涌水出现涌渣160m3左右，此后，涌水量维持在7～50m3/h左右。

2.2 涌水原因分析

隧道K1+138～K1+160段地表有泉水渗流，線路左侧附近地表有山谷汇水道经过，K1+953、K2+056处各有一处小湖泊，隧道该段埋深43m左右。该段围岩构造为软弱灰黑色砂质板岩，薄层状，层面有光滑碳质薄膜，层间结合较差；岩体极破碎，自稳性差，局部为松散体，易松动坍塌。地层裂隙水受地表水补给，裂隙发育，地下水丰富，地下水沿砂质板岩与松散体接触部位渗入隧道，主要以渗淋水及较大股状涌水为主。由此可见，隧道围岩条件差，地表和地下水丰富是造成涌水伴随少部分涌渣的主要原因。

3 涌水处理

3.1 涌水后紧急处理措施

首先在掌子面拱顶120°范围内采用超前6m小导管（注水泥水玻璃双浆液，注浆压力1MPa）支护，尝试向前掘进，但受涌水涌碴影响，隧道无法掘进，只得对上台阶工作面用厚度40cm喷砼封闭，暂停掘进，待方案研究稳妥后再掘进施工。同时，对K1+138.25～K1+141.75段涌碴空腔用C30砼回填，并对已施作完成的K1+130～K1+140.25段三台阶的上台阶实施6m（?42钢管）系统导管注浆（水泥水玻璃双浆液）加固。

3.2 涌水处理方案

对该涌水涌渣地段治理遵循“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则，采取拱墙超前高压劈裂注浆工艺，进行前方围岩加固和施行堵水，同时加强该段隧道初期支护参数，并对完成后的渗水部位采用再次注浆与环向排水盲沟引排的措施，以期确保本段隧道涌水涌碴治理成功及隧道顺利掘进。

施工工序：洞内机械排水—超前探孔（探测与超前引水共用）—涌渣段空腔回填封堵（回填砼+导管注浆）—第一段（有效长度11m）拱墙超前高压劈裂注浆—检查注浆效果（重复注浆至设计效果）—隧道掘进—初期支护—漏水点补救—防排水施工—仰拱及二衬施工—至下段拱墙超前高压劈裂注浆—涌塌段治理完毕—地表汇水沟改道。

3.2.1 洞内施工排水

因隧道掘进方向为下坡，洞内积水无法排出，洞内积水随时有淹没施工设备和供电线路的危险。为保障正常施工，在掌子面附近设置集水坑，收集断面涌水，同时在洞口方向离掌子面一定再设置一个集水坑，两集水坑间隔一定距离。使用4台（2台备用）7.5kW功率抽水机（每台45m3/h）抽水，24h不间断工作，确保工作面不积水，保证洞内照明和供电安全。endprint

3.2.2 超前探孔

为探明围岩前方情况，用40cm厚喷射混凝土封闭隧道掌子面，做作封水止浆墙，采用旋孔钻超前钻孔（孔径?120），在中台阶部位等距布设3个孔位，上倾2°～3°，施作长度30m，在下台阶部位布置3个孔位，施作长度25m（分3次施作），目的是超前探测前方地质条件和排除围岩内部分地下水。

3.2.3 涌渣段空腔回填封堵

在K1+140.5位置拱中设置砼回填管，在同时在适当位置设置排水管。泵送C30砼回填拱背空腔及开挖断面涌渣空腔，填充高度至出水管口，达到封闭断面出水点，变动水为静水目的。待C30水下砼达到初期强度，泵送C30普通砼填充空洞，未充填完全的空隙利用小导管注双浆液填充密实。

3.2.4 拱墙超前高压劈裂注浆

根据超前地质预报及现场钻孔探测结果，暂定K1+140.75～K1+173.75段实施拱墙超前高压劈裂注浆，单孔固结半径≮2m，以期在隧道开挖轮廓线外形成一个3m有效厚度固结环，固结目前工作面前方岩体及止水，为隧道安全掘进创造条件。

（1）钻孔布置。

钻孔布置以隧道中轴为中心呈伞状布置，暂定K1+140.75～K1+173.75共33m，分三段进行，每段注浆控制长度11m，前后段搭接5.6m。第一段设两个注浆环，第一环钻孔长度7m，装设钢管长度5m，与隧道轴线夹角25°，第二环钻孔长度17m，装设钢管长度15m，与隧道轴线夹角12°，拱墙范围内布孔，布孔间距0.5m，其中第一环为偶数孔，第二环为奇数孔，钻孔孔径?90；第二段利用和第一段搭接段（长度5.2m）为止浆环，只施作奇数孔（钻孔长度17m，装设钢管长度15m，与隧道轴线夹角12°）注浆环，孔距1.0m；第三段同第二段施作。

在超前探孔施作中，如发现仰拱有水出涌，同拱墙部位施作超前高压劈裂注浆，钻孔间距、角度布置同拱墙部位。

（2）注浆材料。

注浆浆液采用水泥-水玻璃双浆液，注浆压力P=4～10MPa，注浆流量：Q=60～100L/min，A液（水泥浆、重量比）=m（水）∶m（P.042.5）=1∶0.6～1，B液（35Be中性水玻璃模数2.4），注浆浆液（体积比）=m（A液）∶m（B液）=1∶0.5～0.8，注浆钢管：采用?50（t=4.5mm）厚壁钢花管，管壁出浆孔?12见图1。

（3）注浆量控制。

注浆压力为4～10MPa，注浆时流量小于5L/min时稳定3～5min就可以结束注浆，使单孔注浆有效扩散半径≮2.0m。最终在隧道开挖轮廓线外形成一个3m有效厚度的固结环。

浆液单孔注浆量Q=∏×R2×h×n×a×（1+β）[3]，式中Q为浆液注入量（m3），R为浆液有效扩散半径（m），h为注浆段长度（m）；n为围岩孔隙率；a为浆液填充系数；β为浆液损失率，具體参数见表1。

（4）施工工艺。

施工工艺流程主要有钻孔、安放钢管、注浆、漏水点补救、注浆效果检查等，见图2。开孔时遵循轻加压、速度慢操作要点，成孔后及时送进注浆钢管，防止孔体塌孔造成二次钻进，影响施工功效。钻孔完成后立即起钻，立即安放注浆钢管。注浆时贯彻“控制水泥浆液顶水上行”的理念注浆堵水，堵住隧道漏水处的漏水裂缝和周围渗水通道，降低岩体的渗透系数，减少渗水量。注浆压力4～10MPa。控制注浆压力的大小根据现场出水的地层情况和注浆段所处位置等条件调整。通过双液注浆装置控制注入的水泥浆的凝胶时间，水玻璃加注率的大小和用量的多少由控制水泥浆凝胶时间的需要来确定。

3.2.5 漏水点补救

对于洞壁漏水点采用排水式压浆堵漏，在裂缝中或有漏水的破碎岩石壁面上布置钻孔，孔径为?50，采用手风钻布眼钻孔，孔深根据漏水点情况控制为1～3m不等。将套有能滤水的灌浆管插入该孔直接进行灌浆，使孔口漏水逐渐消失，最终使周围漏水逐渐消失。

3.2.6 注浆效果检查

注浆后，留置同条件浆液试块，在试块强度达到6～7MPa后，实施隧道掘进工序。在每段劈裂注浆结束后，在隧道断面开挖过程中，利用打设系统锚杆（L=3m）检查固结圈厚度，当固结圈厚度不能达到要求时（3m厚度），进行补充注浆，保证隧道掘进施工安全。

4 隧道掘进

涌水段掘进采用三台阶施工工法。在上台阶注浆施工完毕隧道掘进3～5m后，施作中台阶部分的高压劈裂注浆，同时在下台阶钻孔超前探水，以确定仰拱部分是否需要实施超前高压劈裂注浆。中台阶注浆时，要控制好注浆压力，防止注浆时对上台阶已施作完成的固结圈造成破坏。在实施下台阶劈裂注浆工艺时，要控制好注浆压力，防止注浆时对中台阶已施作完成的固结圈造成破坏。仰拱根据探测结果确定是否实施超前高压劈裂注浆，施工中严格控制开挖步距，初期支护应及时封闭成环。应减小上台阶开挖步距，宜控制在1.5～2.25m范围内。

5 处理结果

从涌水出现至处理完毕历时60多天，对K1+140.75～ K1+173.75段按上述方案处理后顺利通过涌水段，现在隧道已安全运营5年多，二衬无渗漏，表明上述方案成功可行。

6 结语

（1）涌水处理过程中，超前探孔是前提条件，认真探明地质情况，对注浆封堵施工有着重要指导意义。

（2）涌水治理注浆是关键，注浆过程中要及时观察注浆效果，根据围岩情况及时调整注浆参数，确保浆液充分扩散、凝结，必要时要采用间歇注浆，对止水和围岩加固能达到较好的作用。

（3）对于不同岩性的地质接触带应引起重视，因受地质构造影响，接触带地质条件较差，易饱水而诱发大的涌水，在施工过程中应加强监控量测、地质超前预报工作，避免引起突发性的地质灾害。

参考文献

[1] 吴明玉，宇殿晶，谢轶琼.隧道涌水的原因分析及治理措施[J].山西建筑，2010（4）：318.

[2] 王立志.隧道涌水处理技术探讨[J].桥隧工程，2013（21）： 82.

[3] 陈仕猛，李建兵，张明.隧道帷幕注浆堵水施工技术[J].西部探矿工程，2003（6）：101.endprint