富水地质条件对隧道施工的影响及对策

　　摘要：本文通过工程地下水地质环境和补给形式的分析，提出对各种地下水的处理措施。
　　关键词：地下水；地质；隧道；影响；处理
　　1、地下水的地质环境
　　我国西南省份山多，且地质复杂，地面和地下水丰富。有一座高速公路隧道位于哀牢山主峰地带，该山是两条江河水系的分水岭。该条高速公路位于亚热带地区，每年6-10月为雨季，年降雨量丰富。该路路线海拔1600-2200m，隧道采用上下行分离的双洞单向行车双车道结构，隧道单洞总长6727m，上下行最大埋深分别为309m和331m.虽然隧道埋深达300余米，由于地表水和地下水极为丰富，地质条件很差。
　　隧道的地质构造属上三叠统—碗水组T3y地层，少量属路马组T3l地层。地质构造次级褶皱发育，受走向断裂的干扰破坏，地层重复而构造重迭、递错，使向斜支离破碎，残缺不全。隧道围岩的岩性相对比较复杂，硬质岩有：板岩、含炭质板岩、弱变质灰岩；超基性侵入岩体。软质岩有：砂岩、泥岩。由于山体受大断裂及次一级构造的影响，隧道穿越自稳性极差的炭质板岩、泥岩、溶缝极为发育的灰岩及较富水的砂岩及断裂带，强度较低，自稳能力差，且岩性经常娈化，地质条件恶劣，施工难度很大。
　　2、地下水的补给形式
　　隧道经过区域水文、地质条件极为复杂。隧道位置为一河流发源地，隧道沿线地表有三条常年水沟，隧道又两次穿越该河的冲程层，地表水和地下水极为丰富，由于岩体节理裂隙发育，地表水易成为地下水的补充。路线区域内分布松散层孔隙水、碳酸盐岩岩溶水和基岩裂隙水三大类，其中基岩裂隙水分布最为广泛，又以碎屑岩裂隙水为主。
　　松散层孔隙水在砂性土中相对较丰富，接受大气降水补给，径流排泄不畅，常年滞水，而粘性土，水量相对贫乏。碳酸盐岩只在隧道部分出现了少量灰色灰岩接受空隙水和炭岩裂缝水的补充。基岩裂隙水广布于各类碎屑岩、变质岩和岩浆岩中，其中以碎屑岩裂缝水为主。基岩裂隙水接受大气降水、地表水和其他水源的补给，水力梯度大，排泄运移速度快。
　　路线附近农民在隧道山体上曾有两条农田灌溉水渠，常年有水，隧道进洞400m后，两条农田灌溉水渠的水已干枯，说明渠中水已沿裂隙从隧道中排出，可见山体裂缝发育，地表水很容易沿裂缝进入隧道。
　　裂缝水从岩体裂缝楔入使岩体凝聚力降低，内摩擦角减小，力学强度降低，易引起塌方。由于隧道地段常年有裂隙水从岩体涌出，特别在岩性变化界面处涌水尤为突出。总之，由于水文地质条件复杂，水是影响隧道施工的主要因素。
　　根据施工《地质现场记录卡》也可证明，隧道几次发生塌方的地段就是地下水丰富的地段，所以，在相同的围岩情况下，有水和没水对岩体的整体稳定性影响极大，也可以说，构成隧道围岩稳定的因素，不仅仅取决于围岩的类别或强度，水的影响已成为最主要的因素。
　　在整个施工过程中，水的问题始终是一个困扰施工安全、质量和进度的关键性问题，工程质量在某种程度上就决定于对水的处理上是否成功。
　　3、对地下水的处理措施对地下水的处理，其总体思路是：堵、疏、防相结合综合治理的原则。
　　3.1 对碳质板岩区域裂隙水的处理碳质板岩片理化程度高，片理面之间充填物主要是有机质、滑石、蛇纹石，较宽的片理面之间还有泥沙质充填物，方解石岩脉顺着横切片理面的节理缝侵入，所以开挖后很可能沿着片面滑塌，也可能沿向深层贯通的节理缝产生大型塌方。在这样的围岩条件下，裂隙水也最容易富集，大型塌方也就最易发生，所以在这种围岩条件下，处理好地下水就显得尤为重要。
　　3.1.1超前支护通过超前预报的手段提前发现富集水的情况后，加固已开挖好的支护，对掌子面在富水区域增打排水孔，等流水量小于14L/s，打4～8米长的超前孔，插入花孔超前小导管，注C.S浆液，C.S浆液的配比为水泥：水玻璃=1：0.5，水灰比为0.7～0.9，水玻璃模数m=3，波美度Be=35，注浆初压0.5～1Mpa，终压2～2.5Mpa，做超前支护后再进行打孔开挖。
　　3.1.2初期支护开挖后立即喷钢纤维混凝土封闭，钢纤维用佳密克丝RC6535BN型，参量35Kg/m3，初喷厚度3～5cm，对侧壁富水区增打排水孔，插入φ42的橡皮软管把水从侧壁引出，如果面积较大，排水孔位置最好采用梅花形布置，架设16＃工字钢，间距0.8米，采用WTD25L=350mm锚杆锁固，锚杆间距为80cm，梅花形布置，再喷混凝土至找平工字钢，喷混凝土后的侧壁除引水区外，其它区域不准有线状漏水现象，否则增打排水孔，重新喷钢纤维混凝土封闭。
　　3.1.3二次支护把初期支护的橡皮软管贴洞壁加长引至下部排水沟，按初期支护后侧壁的滴水情况布置弹簧排水管，弹簧排水管紧贴洞壁从隧道顶部沿同一桩号向两侧下引至下部排水沟，弹簧排水管一般情况下可以15米设置一道排水管，但在滴水严重的部位可以3～5米增设一道排水管，顺次铺设350g/m2土工布和防水板，铺设要求紧贴岩面。浇筑二衬混凝土，为了避免在浇筑混凝土的过程中橡皮管受挤压而堵塞，顺着橡皮管的走向外面包一层3mm厚的铁皮，因弹簧排水管自身有一定的强度，所以不必采用特殊的保护措施。
　　3.2 对石灰岩区域的岩溶水的处理岩溶水的最大特点：集中、量大，相对来说流水面不是很宽，因为石灰岩的节理没有板岩和砂岩发育，孔隙水和裂隙水相对来说较小，但地下水从溶洞排出，水头压力几乎不受外阻力折减，外水压力全加到直接阻挡水头的岩面上，如果挡水岩面失去支承力后，就很难在自重、围岩压力和水压力作用下保持自稳。
　　3.2.1超前支护在石灰岩区域，这种溶洞会经常出现，溶洞出现后，要么有高压力的岩溶水，要么有大量泥沙流，液体压力都很高，破坏性很大，所以超前支护就显得尤为重要，在探明前方地质情况后，打孔排水、排沙，因为岩溶水具有量大、集中的特点，所钻排水孔孔径稍大且集中，这样有利于水的快速排出，石灰岩区域如果岩石条件好，围岩能达到Ⅲ～Ⅳ级，就可以不用注浆固结，但必须等到流水量减至14L/s以下，才可以进行开挖，以免因水压力过大，开挖后支撑薄而产生塌方。
　　3.2.2初期支护开挖后如果溶洞洞径小于0.8米，用16＃工字钢顶死五分钢板封堵洞口，五分钢板上钻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实空腔，如果溶洞洞径达到1米或大于1米，洞口需埋间距0.8～1米的工字钢，工字钢上先铺一部分五分钢板，用厚1米的浆砌片石封口，洞径小于0.8米，再用前面的方法封堵，外喷钢纤维混凝土封闭，找平工字钢。
　　3.2.3二次支护出现溶洞的位置最少要安置一道弹簧排水管，其它方面同前面的二衬方法。
　　3.3 对砂岩区域的孔隙水、裂隙水的处理砂岩一般呈块状、层状。块状砂岩为砂状结构，粒径2～0.5mm，受水浸泡后结构变得疏松，强度降低。层状砂岩为粉砂结构，粒径0.05～0.005mm，层理发育，更为发育者为片状，三维抗压强度差别很大，δc＞60 Mpa，而δa、δb在5～20 Mpa之间，有很明显的方向异性，且节理发育，受水的影响很大，层理面、节理面之间饱和水时面与面之间粘结力大大减弱，这种情况下很容易导致塌方。片理化程度很高的砂岩一般产生于两种岩石的接触面之间，由于受到强烈地质改造而产生蚀变，蚀变后的砂岩，地下水在这种部位往往很发育。
　　块状砂岩在公路岩石等级划分中大多能达Ⅳ类围岩的标准，节理一般不太发育，孔隙水对隧道开挖和支护后的稳定影响不大，不用超前支护，初期支护采用喷混凝土封闭即可，二次支护按一般支护形式；层状砂岩的支护参照碳质板岩的支护形式，砂岩区域除裂隙水外，孔隙水也比较发育，初期支护后，由于孔隙水的散失，稳定变形量比较大，隧道开挖半径为：R洞+r留，其中R洞=5.95m（隧道开挖半径），r留=0.12m（开挖预留变形量），松动圈的影响范围较大，所以采用WTD25L=450mm锚杆锁固，锚杆间距为80cm，梅花形布置，喷混凝土封闭，再作二次支护，支护形式同碳质板岩区域的支护形式。