公路隧道项目施工阶段的水害防治技术研究

任开富

（贵州路桥集团有限公司，贵州贵阳 550001）

0 引言

公路工程建设飞速发展，穿越山区段的公路隧道不断增多，而其中有70%的隧道所经地层，均存在不同程度的水害问题。为确保公路隧道安全施工，面临的难题之一，就包括怎样在不受水害影响的前提下，高效地穿过富水区域，因而全面深入地探讨公路隧道施工水害防治技术，具有十分重要的工程实践意义。

1 公路隧道项目施工阶段的水害类型划分

通过对隧道水文地质资料的分析，可以划分不同的水害类型，考虑水层性质和补给条件的差异。根据隧道的水文地质条件的不同，将水害分为简单、中等、复杂和极复杂四类。而根据水层性质的不同，可以将其分为孔隙水、裂隙水和岩溶水等类型。而补给条件的不同，则包括大气降水、地表水和地下水等。选择隧道水害防治技术时，必须考虑具体的水文地质类型。本文主要讨论后两类水害防治技术，以适应隧道施工中可能遇到的情况[1-2]。

2 隧道概况

某高速公路是一个双向四车道的道路，其两侧有两个隧道，分别长度为10133m 和10046m，这些隧道属于特长隧道的一类。纵向剖面设计为-1.98%的单向坡，并且进出洞口都是端墙式的设计。这些隧道内部存在较多的岩溶地质，同时也存在大量的地下水，包括各种暗河等，对隧道的安全构成严重威胁。隧道的掘进施工采用多头并进的方式，进出口以及各处的斜井区域同时进行施工，以确保工程按时完成并交付使用。本文的研究对象是1#斜井区域。

1#斜井的长度为1703m，设计为半圆拱直墙断面，墙拱半径为4.0m，墙高为2.35m，墙宽为8.0m，净高为6.35m。纵断面的坡度上限为9%，每日涌水量为5378m3。在建设公路隧道时，针对出现的各种问题，必须能够快速反馈，并加强围岩的支撑力度，采取有效措施解决隧道水害问题。图1 为该工程1#斜井工程平面布置图。

图1 1#斜井工程平面布置

3 公路隧道项目施工阶段的水害防治的探水措施

3.1 物探措施

建设1#斜井段，施工线路会经过灰岩段，该段存在各类处于不同发育时期的溶洞。其内部的岩溶裂隙含水量较大，存在各种不同程度的水害问题。在施工准备环节，需要选用科学的物探方法，对裂隙、溶腔的含水量及位置分布情况进行全面了解。施工过程中，主要采用瞬变电磁、探地雷达方法，全面探测该地段的水害情况[3-5]。

3.2 钻探措施

施工过程中，通过有效结合超前地质预报信息及掌子面超前钻孔情况，对岩体构造、地下水及岩石含水量等进行全面了解，从而确保工程安全施工。掌子面超前钻孔需要使用专门的液压坑道钻机，其型号为ZDY-1250。钻孔数量为3～5 个，结合施工实际需要开凿，其孔径为76mm，深度为60m 左右[6-7]。图2 为1#斜井超前探孔立面布置图。

图2 1#斜井超前探孔立面布置图

3.3 钎探措施

开挖隧道时，为顺利开展钎探，需要在隧道轮廓线的各相应部位加深炮眼，其深度应符合设计要求。钎探眼只能用于超前钎探，不能用于填装各种爆破装置，其深度超出开挖炮眼2m 左右[8-9]。

4 公路隧道项目施工阶段的水害防治的排水措施

根据设计图纸资料，在多雨季节，1#斜井每分钟的涌水量为11.2m3。隧道施工过程中，结合施工现场实际情况，选定的排水方式主要有以下3 种[10-11]：

4.1 短距离排水

若斜井排水距离不超过150m，排水的最佳选择为短距离分段式反坡排水。斜井掘进时，在其两侧纵向修建两条汇水沟，横向修建多条截水沟，截水沟上铺设铁板，确保正常行车不受排水影响。横向截水沟间距为40～50m。在汇水沟及截水沟的作用下，水流向集水箱。用2 台4kW 排污泵，布设两条DN100 胶水泵，从集水箱集中抽水排出洞外污水沉淀池，经沉淀后排至原地表排水点。

4.2 长距离排水

若斜井排水距离大于150m，选择排水的最佳方式为长距离集中式反坡排水。通过接力方式进行排水，如果接力次数大于3，这就需要设计长距离集中式反坡进行排水。共需要用到3 个相同尺寸的铁皮排水箱，其长度为6m，宽度为4m，高度为2m，将它们进行串联。使用抽水泵将积水输送至集水箱中，沉淀一段时间后，排放到污水池中。

4.3 综合排水

若斜井排水距离的上限超出长距离，必须选择综合反坡排水，该排水方式共有3 级。

一级排水：选择合适部位修建蓄水坑，配合使用4kW 抽水泵及2 套DN100 胶管，将积水输送至仰拱临时积水坑。

二级排水：仰拱临时积水坑积蓄大量污水，使用30kW 水泵与2 套DN200 铁管，将积水输送至二衬后方集水箱。

三级排水：在二衬后方使用铁皮加工制作3 个集水箱，每个长度为6m，宽度为4m，高度为2m，将它们串联起来，经过三级沉淀，将积水排出。将3 套DN200铁管安装到6 台75kW 水泵上进行排水，1 套管路对应2 台水泵，其中有2 套用于正常排水，另1 套作为备用设备。

5 公路隧道项目施工阶段的水害防治的截水措施

结合隧道洞口地形条件、汇水面积及排水通道大小等因素，在洞口外恰当距离处开凿截水沟和排水沟，确保将洞内积水及时排出，避免洞口受到严重冲刷。将洞口之上的积水导至低于洞口坑洼中，并将周边的渗水缝隙封堵。

6 公路隧道项目施工阶段的水害防治的堵水措施

综合围岩完整度、裂隙大小以及含水量等因素分析，可采用以下3 种堵水措施[12-13]：

6.1 全断面注浆堵水

若掌子面位于较厚的断裂带或充满软塑物的溶洞当中，地下水体经过长久发育，会引发各种问题，例如淤泥涌出、每小时涌水超过10m3或多于5 个出水洞等。为解决这些问题，需要采用全断面注浆堵水的方法。在每个注浆堵水循环段落内，进行一次注浆，其范围不能超出40m，并且注浆边界距离隧道外轮廓线应大于8m。在进行注浆堵水前，需要做好相关准备工作。首先，在掌子面上浇筑C25 混凝土止浆墙以实现止水效果，并在止浆墙上设置引水装置。在混凝土的强度符合标准后，才能钻注浆孔。施工过程中采用履带式液压钻机钻孔，注浆孔直径分别是108mm 和150mm。注浆材料为水泥与水玻璃混合浆液，两者配合比例应大于0.6 小于1.1。具体方案见图3 所示。

图3 1#斜井全断面注浆堵水设计方案

6.2 局部注浆堵水

若掌子面位于地层和非地层之间，或位于浅层断裂带或地下水每小时涌水量在2～10m3的情况下，局部注浆堵水措施是最佳选择。结合实际的出水情况，制订相应的堵水方案，其注浆范围不能超出出水通道的范围，注浆边界距离隧道外廓线应大于8m，确保堵水效果。

6.3 后注浆堵水

若掌子面结构存在裂缝，出现较多溶孔，则施工过程中会出现严重的渗水问题。针对问题严重的断面，应采取后注浆堵水的方式，防止地下水渗入隧道。具体施工要求为：第一，在隧道开挖轮廓线3m 之外的范围进行注浆施工，结合渗水位置合理确定注浆导管设置部位；第二，使用凿岩机钻注浆孔，其孔径为42mm，注浆孔间距1～2m；第三，注浆材料及配合比与全断面注浆一致。具体方案见图4 所示。

如果受侵蚀腔体面积大，并出现流量较大的地下暗河时，主要采取渗沟、涵洞等疏导手段排出积水，最大限度地维持地下水的流向及流量。

7 公路隧道项目施工阶段的水害防治施工管理

做好充分施工准备工作：首先，成立配套的组织管理机构，做好专业人员储备，筹备必要的应急设备及物资；其次，科学制定应急预案并报审；最后，对施工人员进行全员技术交底，开展安全教育及演练活动。

针对富水地层，施工过程中必须严格执行设计方案，采取有效的支护措施。动态设计科学合理的爆破方案，将爆破对岩体的影响降到最低，尽量保持围岩完整性。

8 结语

综上所述，经过深入研究隧道施工过程中的水害防治技术，前期准备环节，依照具体水害类型，明确水害防治的主要工作，采取“探、排、截、堵”等有效措施，有效落实“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”施工管理要求。1#斜井用时330d 顺利完工，水害未影响其施工进度。该水害防治技术具有良好的可行性和经济性，对今后同类隧道水害的防治具有重要的参考价值。