富水地質條件對隧道施工的影響及對策
發布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：本文通過工程地下水地質環境和補給形式的分析，提出對各種地下水的處理措施。
關鍵詞：地下水；地質；隧道；影響；處理
1、地下水的地質環境
我國西南省份山多，且地質復雜，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，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構，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，地質條件很差。
隧道的地質構造屬上三疊統—碗水組T3y地層，少量屬路馬組T3l地層。地質構造次級褶皺發育，受走向斷裂的干擾破壞，地層重復而構造重迭、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雜，硬質巖有：板巖、含炭質板巖、弱變質灰巖；超基性侵入巖體。軟質巖有：砂巖、泥巖。由于山體受大斷裂及次一級構造的影響，隧道穿越自穩性極差的炭質板巖、泥巖、溶縫極為發育的灰巖及較富水的砂巖及斷裂帶，強度較低，自穩能力差，且巖性經常孌化，地質條件惡劣，施工難度很大。
2、地下水的補給形式
隧道經過區域水文、地質條件極為復雜。隧道位置為一河流發源地，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，由于巖體節理裂隙發育，地表水易成為地下水的補充。路線區域內分布松散層孔隙水、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了少量灰色灰巖接受空隙水和炭巖裂縫水的補充。基巖裂隙水廣布于各類碎屑巖、變質巖和巖漿巖中，其中以碎屑巖裂縫水為主。基巖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。
路線附近農民在隧道山體上曾有兩條農田灌溉水渠，常年有水，隧道進洞400m后，兩條農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，內摩擦角減小，力學強度降低，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。總之，由于水文地質條件復雜，水是影響隧道施工的主要因素。
根據施工《地質現場記錄卡》也可證明，隧道幾次發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定性影響極大，也可以說，構成隧道圍巖穩定的因素，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、質量和進度的關鍵性問題，工程質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、防相結合綜合治理的原則。
3.1 對碳質板巖區域裂隙水的處理碳質板巖片理化程度高，片理面之間充填物主要是有機質、滑石、蛇紋石，較寬的片理面之間還有泥沙質充填物，方解石巖脈順著橫切片理面的節理縫侵入，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理縫產生大型塌方。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生，所以在這種圍巖條件下，處理好地下水就顯得尤為重要。
3.1.1超前支護通過超前預報的手段提前發現富集水的情況后，加固已開挖好的支護，對掌子面在富水區域增打排水孔，等流水量小于14L/s，打4～8米長的超前孔，插入花孔超前小導管，注C.S漿液，C.S漿液的配比為水泥：水玻璃=1：0.5，水灰比為0.7～0.9，水玻璃模數m=3，波美度Be=35，注漿初壓0.5～1Mpa，終壓2～2.5Mpa，做超前支護后再進行打孔開挖。
3.1.2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，對側壁富水區增打排水孔，插入φ42的橡皮軟管把水從側壁引出，如果面積較大，排水孔位置最好采用梅花形布置，架設16＃工字鋼，間距0.8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，噴混凝土后的側壁除引水區外，其它區域不準有線狀漏水現象，否則增打排水孔，重新噴鋼纖維混凝土封閉。
3.1.3二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下引至下部排水溝，彈簧排水管一般情況下可以15米設置一道排水管，但在滴水嚴重的部位可以3～5米增設一道排水管，順次鋪設350g/m2土工布和防水板，鋪設要求緊貼巖面。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。
3.2 對石灰巖區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，因為石灰巖的節理沒有板巖和砂巖發育，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。
3.2.1超前支護在石灰巖區域，這種溶洞會經常出現，溶洞出現后，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，石灰巖區域如果巖石條件好，圍巖能達到Ⅲ～Ⅳ級，就可以不用注漿固結，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，開挖后支撐薄而產生塌方。
3.2.2初期支護開挖后如果溶洞洞徑小于0.8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0.8～1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0.8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。
3.2.3二次支護出現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。
3.3 對砂巖區域的孔隙水、裂隙水的處理砂巖一般呈塊狀、層狀。塊狀砂巖為砂狀結構，粒徑2～0.5mm，受水浸泡后結構變得疏松，強度降低。層狀砂巖為粉砂結構，粒徑0.05～0.005mm，層理發育，更為發育者為片狀，三維抗壓強度差別很大，δc＞60 Mpa，而δa、δb在5～20 Mpa之間，有很明顯的方向異性，且節理發育，受水的影響很大，層理面、節理面之間飽和水時面與面之間粘結力大大減弱，這種情況下很容易導致塌方。片理化程度很高的砂巖一般產生于兩種巖石的接觸面之間，由于受到強烈地質改造而產生蝕變，蝕變后的砂巖，地下水在這種部位往往很發育。
塊狀砂巖在公路巖石等級劃分中大多能達Ⅳ類圍巖的標準，節理一般不太發育，孔隙水對隧道開挖和支護后的穩定影響不大，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；層狀砂巖的支護參照碳質板巖的支護形式，砂巖區域除裂隙水外，孔隙水也比較發育，初期支護后，由于孔隙水的散失，穩定變形量比較大，隧道開挖半徑為：R洞+r留，其中R洞=5.95m（隧道開挖半徑），r留=0.12m（開挖預留變形量），松動圈的影響范圍較大，所以采用WTD25L=450mm錨桿鎖固，錨桿間距為80cm，梅花形布置，噴混凝土封閉，再作二次支護，支護形式同碳質板巖區域的支護形式。
