富水地質(zhì)條件對隧道施工的影響及對策

富水地質(zhì)條件對隧道施工的影響及對策

摘要：本文通過工程地下水地質(zhì)環(huán)境和補給形式的分析，提出對各種地下水的處理措施。

關(guān)鍵詞：地下水；地質(zhì)；隧道；影響；處理

1、地下水的地質(zhì)環(huán)境

我國西南省份山多，且地質(zhì)復(fù)雜，地面和地下水豐富。有一座高速公路隧道位于哀牢山主峰地帶，該山是兩條江河水系的分水嶺。該條高速公路位于亞熱帶地區(qū)，每年6-10月為雨季，年降雨量豐富。該路路線海拔1600-2200m，隧道采用上下行分離的雙洞單向行車雙車道結(jié)構(gòu)，隧道單洞總長6727m，上下行最大埋深分別為309m和331m.雖然隧道埋深達300余米，由于地表水和地下水極為豐富，地質(zhì)條件很差。

隧道的地質(zhì)構(gòu)造屬上三疊統(tǒng)—碗水組T3y地層，少量屬路馬組T3l地層。地質(zhì)構(gòu)造次級褶皺發(fā)育，受走向斷裂的干擾破壞，地層重復(fù)而構(gòu)造重迭、遞錯，使向斜支離破碎，殘缺不全。隧道圍巖的巖性相對比較復(fù)雜，硬質(zhì)巖有：板巖、含炭質(zhì)板巖、弱變質(zhì)灰?guī)r；超基性侵入巖體。軟質(zhì)巖有：砂巖、泥巖。由于山體受大斷裂及次一級構(gòu)造的影響，隧道穿越自穩(wěn)性極差的炭質(zhì)板巖、泥巖、溶縫極為發(fā)育的灰?guī)r及較富水的砂巖及斷裂帶，強度較低，自穩(wěn)能力差，且?guī)r性經(jīng)常孌化，地質(zhì)條件惡劣，施工難度很大。

2、地下水的補給形式

隧道經(jīng)過區(qū)域水文、地質(zhì)條件極為復(fù)雜。隧道位置為一河流發(fā)源地，隧道沿線地表有三條常年水溝，隧道又兩次穿越該河的沖程層，地表水和地下水極為豐富，由于巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，地表水易成為地下水的補充。路線區(qū)域內(nèi)分布松散層孔隙水、碳酸鹽巖巖溶水和基巖裂隙水三大類，其中基巖裂隙水分布最為廣泛，又以碎屑巖裂隙水為主。

松散層孔隙水在砂性土中相對較豐富，接受大氣降水補給，徑流排泄不暢，常年滯水，而粘性土，水量相對貧乏。碳酸鹽巖只在隧道部分出現(xiàn)了少量灰色灰?guī)r接受空隙水和炭巖裂縫水的補充?；鶐r裂隙水廣布于各類碎屑巖、變質(zhì)巖和巖漿巖中，其中以碎屑巖裂縫水為主?；鶐r裂隙水接受大氣降水、地表水和其他水源的補給，水力梯度大，排泄運移速度快。

路線附近農(nóng)民在隧道山體上曾有兩條農(nóng)田灌溉水渠，常年有水，隧道進洞400m后，兩條農(nóng)田灌溉水渠的水已干枯，說明渠中水已沿裂隙從隧道中排出，可見山體裂縫發(fā)育，地表水很容易沿裂縫進入隧道。

裂縫水從巖體裂縫楔入使巖體凝聚力降低，內(nèi)摩擦角減小，力學(xué)強度降低，易引起塌方。由于隧道地段常年有裂隙水從巖體涌出，特別在巖性變化界面處涌水尤為突出?？傊?，由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜，水是影響隧道施工的主要因素。

根據(jù)施工《地質(zhì)現(xiàn)場記錄卡》也可證明，隧道幾次發(fā)生塌方的地段就是地下水豐富的地段，所以，在相同的圍巖情況下，有水和沒水對巖體的整體穩(wěn)定性影響極大，也可以說，構(gòu)成隧道圍巖穩(wěn)定的因素，不僅僅取決于圍巖的類別或強度，水的影響已成為最主要的因素。

在整個施工過程中，水的問題始終是一個困擾施工安全、質(zhì)量和進度的關(guān)鍵性問題，工程質(zhì)量在某種程度上就決定于對水的處理上是否成功。

3、對地下水的處理措施對地下水的處理，其總體思路是：堵、疏、防相結(jié)合綜合治理的原則。

對碳質(zhì)板巖區(qū)域裂隙水的處理碳質(zhì)板巖片理化程度高，片理面之間充填物主要是有機質(zhì)、滑石、蛇紋石，較寬的片理面之間還有泥沙質(zhì)充填物，方解石巖脈順著橫切片理面的節(jié)理縫侵入，所以開挖后很可能沿著片面滑塌，也可能沿向深層貫通的節(jié)理縫產(chǎn)生大型塌方。在這樣的圍巖條件下，裂隙水也最容易富集，大型塌方也就最易發(fā)生，所以在這種圍巖條件下，處理好地下水就顯得尤為重要。

超前支護通過超前預(yù)報的手段提前發(fā)現(xiàn)富集水的情況后，加固已開挖好的支護，對掌子面在富水區(qū)域增打排水孔，等流水量小于14L/s，打4～8米長的超前孔，插入花孔超前小導(dǎo)管，注漿液，漿液的配比為水泥：水玻璃=1：，水灰比為～，水玻璃模數(shù)m=3，波美度Be=35，注漿初壓～1Mpa，終壓2～，做超前支護后再進行打孔開挖。

初期支護開挖后立即噴鋼纖維混凝土封閉，鋼纖維用佳密克絲RC6535BN型，參量35Kg/m3，初噴厚度3～5cm，對側(cè)壁富水區(qū)增打排水孔，插入φ42的橡皮軟管把水從側(cè)壁引出，如果面積較大，排水孔位置最好采用梅花形布置，架設(shè)16＃工字鋼，間距米，采用WTD25L=350mm錨桿鎖固，錨桿間距為80cm，梅花形布置，再噴混凝土至找平工字鋼，噴混凝土后的側(cè)壁除引水區(qū)外，其它區(qū)域不準(zhǔn)有線狀漏水現(xiàn)象，否則增打排水孔，重新噴鋼纖維混凝土封閉。

二次支護把初期支護的橡皮軟管貼洞壁加長引至下部排水溝，按初期支護后側(cè)壁的滴水情況布置彈簧排水管，彈簧排水管緊貼洞壁從隧道頂部沿同一樁號向兩側(cè)下引至下部排水溝，彈簧排水管一般情況下可以15米設(shè)置一道排水管，但在滴水嚴(yán)重的部位可以3～5米增設(shè)一道排水管，順次鋪設(shè)350g/m2土工布和防水板，鋪設(shè)要求緊貼巖面。澆筑二襯混凝土，為了避免在澆筑混凝土的過程中橡皮管受擠壓而堵塞，順著橡皮管的走向外面包一層3mm厚的鐵皮，因彈簧排水管自身有一定的強度，所以不必采用特殊的保護措施。

對石灰?guī)r區(qū)域的巖溶水的處理巖溶水的最大特點：集中、量大，相對來說流水面不是很寬，因為石灰?guī)r的節(jié)理沒有板巖和砂巖發(fā)育，孔隙水和裂隙水相對來說較小，但地下水從溶洞排出，水頭壓力幾乎不受外阻力折減，外水壓力全加到直接阻擋水頭的巖面上，如果擋水巖面失去支承力后，就很難在自重、圍巖壓力和水壓力作用下保持自穩(wěn)。

超前支護在石灰?guī)r區(qū)域，這種溶洞會經(jīng)常出現(xiàn)，溶洞出現(xiàn)后，要么有高壓力的巖溶水，要么有大量泥沙流，液體壓力都很高，破壞性很大，所以超前支護就顯得尤為重要，在探明前方地質(zhì)情況后，打孔排水、排沙，因為巖溶水具有量大、集中的特點，所鉆排水孔孔徑稍大且集中，這樣有利于水的快速排出，石灰?guī)r區(qū)域如果巖石條件好，圍巖能達到Ⅲ～Ⅳ級，就可以不用注漿固結(jié)，但必須等到流水量減至14L/s以下，才可以進行開挖，以免因水壓力過大，開挖后支撐薄而產(chǎn)生塌方。

初期支護開挖后如果溶洞洞徑小于米，用16＃工字鋼頂死五分鋼板封堵洞口，五分鋼板上鉆φ42孔，引φ42橡皮管排水，橡皮管的里口用土工布包好，然后用泵送混凝土填實空腔，如果溶洞洞徑達到1米或大于1米，洞口需埋間距～1米的工字鋼，工字鋼上先鋪一部分五分鋼板，用厚1米的漿砌片石封口，洞徑小于米，再用前面的方法封堵，外噴鋼纖維混凝土封閉，找平工字鋼。

二次支護出現(xiàn)溶洞的位置最少要安置一道彈簧排水管，其它方面同前面的二襯方法。

對砂巖區(qū)域的孔隙水、裂隙水的處理砂巖一般呈塊狀、層狀。塊狀砂巖為砂狀結(jié)構(gòu)，粒徑2～，受水浸泡后結(jié)構(gòu)變得疏松，強度降低。層狀砂巖為粉砂結(jié)構(gòu)，粒徑～，層理發(fā)育，更為發(fā)育者為片狀，三維抗壓強度差別很大，δc＞60Mpa，而δa、δb在5～20Mpa之間，有很明顯的方向異性，且節(jié)理發(fā)育，受水的影響很大，層理面、節(jié)理面之間飽和水時面與面之間粘結(jié)力大大減弱，這種情況下很容易導(dǎo)致塌方。片理化程度很高的砂巖一般產(chǎn)生于兩種巖石的接觸面之間，由于受到強烈地質(zhì)改造而產(chǎn)生蝕變，蝕變后的砂巖，地下水在這種部位往往很發(fā)育。

塊狀砂巖在公路巖石等級劃分中大多能達Ⅳ類圍巖的標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)理一般不太發(fā)育，孔隙水對隧道開挖和支護后的穩(wěn)定影響不大，不用超前支護，初期支護采用噴混凝土封閉即可，二次支護按一般支護形式；層狀砂巖的支護