浅析隧道施工中的涌水处理方法

浅析隧道施工中的涌水处理方法

漆 辉

针对目前国内山区隧道围岩的地质实际情况，由于地质围岩节理发育，多为上覆含碎石亚粘土，下覆强~弱风化岩，裂隙且发育，地下水丰富，自稳能力差，围岩易坍塌。故而隧道中的涌水处理方法，首先应根据设计文件中关于隧道防、排水构造设计资料对隧道可能出现涌水地段的涌水量大小、补给方式、变化规律及水质成份等进行详细调查，钻探及地质工作的超前预报，按照“防、排、截、堵”相结合的原则，同时结合隧道工程地质实际情况因地制宜，采用经济合理、安全环保的治理方案，同时必须便于对隧道初期支护的施工。本文结合安徽山区高速公路隧道施工中出现的涌水情况，简要介绍几种防治方法。

1、采用超前钻孔将水排除法。其施工技术要求是：首先应使用轻型探水钻机或凿岩机进行钻孔；其次钻孔的孔位（孔底）应在水流的上方，钻孔时孔口必须有保护装置，防止事故发生，钻孔出的水必须及时排至洞外，防止对隧道底部浸泡，造成隧底产生沉降；再次钻孔必须超前于开挖面1—2个工序进行；

2、辅助导坑排水法。其施工要求是：一是辅助导坑的设置应接近正洞标高且低于正洞的底标高；二是辅助导坑应超前正洞10m以上，至少要超前2个施工工序；在此施工中，我们必须高度重视而做好防排水工作，务必将涌水或裂隙水引至洞外的排水系统之中。

3、采用超前小导管注浆法堵水、止水或超前固岩注浆法堵水；在隧道施工，我们大多数都是采用此种方法，但在实际施工中我们应做好

以下几点技术要求。一是超前小导管注浆法堵水、止水的施工要求是：（1）采用无缝钢管，其长度根据设计要求而定，管壁每隔10—20cm交错布眼，孔径6—8mm；（2）沿隧道纵向开挖轮廓线向外以10--30°的外插角钻孔，将小导管打入地层、也可以在开挖面上钻孔将小导管打入地层（根据地质的实际而定），小导管环向距离宜为20--50cm；（3）小导管注浆前，应对开挖面5米内的坑道，采用混凝土封闭，开成止浆墙；（4）钻孔及注浆顺序应由外圈向内圈进行，在同一圈内钻孔或注浆应间隔施工；（5）注浆时在孔口设置止浆阀，防止注浆时孔口跑浆。二是超前固岩注浆法堵水加固施工要点为：（1）注浆孔的布置角度及深度应符合设计要求，孔口位置与设计位置的允许偏差为±5cm，孔底位置偏差应小于孔深的10%；（2）注浆钻孔的孔壁应做到：孔壁圆、角度准、孔身直、深度够、岩粉清洗干净， 无水时应停止钻孔或注浆；（3）注浆顺序为：先注内圈孔、后注外圈孔，先注无水孔、后注有水孔，从拱顶顺序向下进行；三是注浆作业的技术要求：（1）浆液的浓度、胶凝时间、注浆压力应符合设计要求；（2）注浆结束后，应利用止浆阀保持孔内压力，直至浆液完全凝固；（3）加强对注浆过程的检查（压力、浓度、胶凝时间），发现问题及时处理；（4）单孔结束注浆的结束条件是注浆压力达到设计终压且浆液注入量在设计值的80%以上；（5）全地段结束注浆的结束条件是所有注浆孔均符合单孔结束注浆的结束条件，无漏注浆情况；（6）注浆结束后必须对注浆效果进行检查，如未能达到要求，必须进行补注；我们采用分析法进行检查，主要分析注

浆记录中每个孔的注浆压力、注浆量，在注浆过程中有无漏浆、跑浆，以浆液注入量估算浆液扩散的半径是否均与设计相符。

4、采用井点降水施工法要求：一是井点的布置应符合设计要求；二是有地下水的黄土地段，当降水深度为3—6m时采用井点降水；三是滤水管应深入含水层，各滤水管处于同一平面，同时检查有无漏气、漏水情况；四是必须连续不断进行抽水，并做好附近的地质变化观察；

5、深井降水施工法的的施工技术要求是：一是当降水深度大于6m时采用；二是在隧道两侧地表面布置井点，间距为25—35m，井底应在隧道底面以下3—5m处，井位按梅花桩布置在开挖线以外。对于渗透水较小时，也可采用洞内降水法降低地下水；三是做好抽出水后的地面排水工作；

6、承压水排放和高压水处理施工法。在隧道施工中，当我们发现在隧道开挖工作面前有承压水，在不影响围岩稳定的情况下，可采用注浆前排水降压，也可采用超前钻孔、辅助坑道排水，但必须超前10—20m的距离，最短不低于2倍掘进进尺；在遇有高压水危及施工安全时，首先采用排水法降低地下水的压力，然后进行注浆封堵涌水，在注浆过程中应先周围注浆，对准水源方向注，切断水源，最后顶水注浆，将涌水堵住。

隧道施工监控量测监理

王礼洪

摘 要：介绍高速公路隧道监测工作由第三方实施的方法。 关键词：公路隧道 第三方 施工 监理 1． 工程概况

铜陵至汤口高速公路全长公里，其中隧道总长（按右线单线计）8514m，占本路线总长的7.3%。本项目共有14座隧道，其中8座连拱式隧道，连拱式隧道总长1711米；6座分离式隧道，分离式隧道（按右线单线计）长6843米；隧道单洞累计米。本项目隧道主要分布在皖南黄山。为了便于管理及充分发挥科研单位的特长，经过招投标确定由某著名高校负责隧道监控量测工作。通过本项目对第三方的监理工作，获得了一套有效的监理办法。 2． 驻地建设监理

应要求监测单位要有独立的办公及住宿条件。办、住应分开。驻地面积应能满足办公和日常生活。生活设施应齐全。制定单位名称铭牌、路口指示牌以方便相关人员检查。制定人员组织、工作职责、考勤记录表、晴雨表等必须的上墙制度。安装通讯及网络设施，保证24小时联络畅通。注意专门设置仪器设备保管室，以免对仪器设备的保护和管理。 3． 编制监测计划

督促监测单位编制详细的监测计划。监测计划应包括以下内容： 3．1编制依据

监测依据应执行国家及行业强制标准、合同、相关协议和设计施工图纸，还要将与施工单位签定的技术合同协议书纳入考虑范围。 3．2监测的目的、意义

主要从新奥法方面来讲述监测的意义就是要经过监测数据的现场分析、处理，及时取得监测数据进行动态、优化设计，以节省资金和保证施工运营安全。本次监控量测的目的主要有：1）通过围岩压力和支护结构内力测定，了解支护结构的受力状况和应力分布，对原支护结构形式、支护参数和支护时间做出评价；2）通过测定锚杆内力，了解锚杆的工作状态；3）通过水平收敛、拱顶下沉量测、回归分析了解围岩变形规律，对原支护结构形式、支护参数做出评价，并为二次衬砌施做时机做出判断。 3．3隧道概况

主要描述本项目地形、地质及水文等情况、隧道基本情况（诸如隧道名称、里程桩号、长度、围岩类别等。 3．4监测内容

根据相关规定，本项目隧道监测内容分为必测与选测项目。

表1 监控量测项目与目的

监测类别 序号 量测项目 1 必测 2 3 4 5 6 7 选测 8 测试目的 及时了解围岩岩性的变化情况、节理裂隙的发育洞内观察 情况、隧道内淋水情况及支护裂隙等 周边位移 判断围岩的稳定性，确定二次衬砌的施做时间 拱顶下沉 及时掌握隧道整体的稳定情况 锚杆拉拔力 抽检锚杆的拉拔力，判断锚杆的施工质量 锚杆内力量测 锚杆内部受力状况，判断锚杆的工作状况 与拱顶下沉对比，间接反映隧道的稳定及隧道拱浅埋段地表沉降 部以上围岩的运动状况 判断复合式衬砌中围岩载荷大小，判断初期支护围岩压力 与二次衬砌各自分担围岩压力的情况 钢支撑内力 量测型钢支撑内应力，推断作用在型钢支撑上的压力大小。判断型钢支撑尺寸、间距及设置型钢支撑的必要性 支护混凝土内应量测二次衬砌内应力、喷射混凝土层内轴向应力 力，了解支护衬砌内的受力状态 9

3．5断面及测点布设、测试方法 3．5．1断面布置

断面数量应根据下列表进行设计布设。

地表下沉量测的测点纵向间距（单位：m） 净空位移、拱顶下沉的测点间距（单位：m） 埋深h与隧道开挖宽度B 2B＜h B＜h＜2B h＜B

以表格形式列出各隧道各类围岩各项监测内容的具体数量。

断面数量的确定应从国家隧道施工技术规范相关内容和设计图纸要求这两方面充分考虑。并应遵守如下原则：1）设计单位有指导意见的，按设计单位的指导意见考虑布置；2）若设计单位没有指导意见的，按规范规定选择具有代表性地段进行布置。

当然，在施工过程中可根据实际情况做适当调整。

净空位移量测的测线数

测点间距 20~50 10~20 5~10 条件 围岩 硬岩地层（断层破碎带除外） 软弱地层（不产生很大塑性地压） 软岩（产生很大塑性低压） 土砂 洞口埋深小附近 于2B 10 10 10 10 施工进展200m前 20 20 施工进展200m前 30 30 10 10 10 10 20 10~20 30 20 地段 开挖方法 全断面开挖 短台阶法 多台阶法 一般地段 洞口附近 埋深小于2B 特殊地段 有膨胀压力或偏压地段 四条或六条 选测项目量测位置 三条或六条 四条或六条 每一台阶三条水平测线 一条水平线 二条水平线 每一台阶一条水平测线 四条或六条 每一台阶三条水平测线 三条或六条 四条或六条 每一台阶三每一台阶三条水条水平测线 平测线

二次衬砌要求：1、各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；2、已产生的各项位移已达预计总位移量的80%~90%；3、周边位移速率小于0.1~/d，或拱顶下沉速率小于0.07~/d。

然后根据这些原则来确定需要的断面数量，并以图表的形式具体到每座隧道。主要内容应包括隧道名称、测试内容、围岩情况、监测断面数量，并应具体量化到里程。其断面里程可随同隧道纵断面图一起画出，这样比较直观且浅显易懂。当然由于隧道地质的不可预见性，在今后的施工当中应根据具体开挖的地质情况进行调整。

3．5．2测点布设及测试方法 3．5．2．1周边位移

在预设点的断面隧道开挖爆破后在不超过两天沿着隧道周边、拱顶、拱腰和边墙部位分别埋设测桩。测桩深度30cm，钻孔直径φ42mm，并用快硬水泥或早强剂固定。测桩应根据能保证外露在喷射混凝土之外来确定。采用JSS30A型数显式收敛仪量测。 3．5．2．2拱顶下沉

与周边位移布置在同一断面。在拱顶固定一带倒三角环的测桩。然后用水准仪进行测量。 3．5．2．3锚杆内力

沿隧道周边分别在拱顶、拱腰及拱脚打5个钻孔，孔径φ60mm。钻孔深度视围岩类别不等，一般II、III类围岩，IV、V类围岩。每个钻孔内安装一根测力锚杆，每个锚杆上预置4个钢筋计。安装完毕用频率计测定并记录下每个钢筋计的读数作为初值。 3．5．2．4锚杆拉拔

将锚杆外端挖出，采用强度焊条将相同直径的锚杆（要求伸出40cm）对焊，露头部分穿过中空油缸，然后用夹具夹住锚杆头并使锚具紧贴中空活塞，连接手摇油管，摇动油泵手柄，观测压力指示器读数。 3．5．2．5洞内观察

洞内观察主要包括爆破后工作面的岩性、结构面发育程度、产状、涌水情况，锚杆有无拉断，已喷层有无裂缝、剥离或剪切破坏，钢拱架有无明显压扭变形，以及特殊地质（如断层、溶洞、暗河等）等情况进行定性描述和记录。并采用数码相机进行摄影和分析。

3．5．2．6围岩与初支间压力及两层衬砌之间的压力

在每个断面上，沿隧道周边拱顶、拱腰及边墙埋设5~7个压力传感器，将XYJ-2型钢铉式压力传感器分别埋设在围岩与喷射混凝土之间及喷射混凝土与二次衬砌之间。围岩与喷射混凝土之间的压力盒在喷射混凝土之前埋设，喷射混凝土与二次衬砌之间的压力是在挂防水板之前安设。。混凝土达到初凝强度之后开始测取读数。IV、V类围岩只测二次衬砌承受的围岩压力。量测采用频率计进行。

3．5．2．7钢支撑受力

将钢筋计焊接在型钢钢拱架靠近围岩侧，对于格栅钢拱架将钢筋计直接焊接在截断的主筋上。钢支撑安装完毕后即可测取读数。测点布置同喷射混凝土轴向应力测点布置相同。量测采用频率计进行。 3．5．2．8支护衬砌应力

沿隧道周边拱顶、拱腰及边墙在喷射混凝土内和二次衬砌混凝土内埋设5个传感器，注意二者点位轴向应一致。对于喷射混凝土在围岩初喷以后，在初喷面上固定应力计，然后再复喷，将传感器全部覆盖并使传感器居中。复喷混凝土达到初凝强度后开始测取读数。V类围岩不做此量测。对于二次衬砌待浇筑到位置的时候埋设传感器，待初凝后读数。 3．5．2．9浅埋段地表下沉 地表下沉按下图进行布设。 3．6数据采集

现场数据采集应由专人负责。测取的读数录入设计好的原始记录表中。数据应完整（包括施工时间、具体里程等）且确保正确无误。采集数据的频率如表。

净空位移和拱顶下沉的量测频率

位移速度 距工作面距离 量测频率

10mm/日以上 10~50mm/日 5~1mm/日 1mm/日以下 0~1B 1B~2B 2B~5B 5B以上 1~2次/1日 1次/1日 1次/2日 1次/1周 场监控量测项目、量测方法及频率

序项目名称 号 方法及工具 布置 量测间隔时间 16d~1个月 1~3个月 每次爆破后进行 1~2次/天 1~2次/天 1~2次/周 1~2次/1次/2天 周 1次/2天 1~3次/月 1~3次/月 1~15d 大于3个月 岩性、结构面产地质和支护状及支护裂缝开挖后及初期支护后进1 状况观察 观察或描述，地行 质罗盘等 各种类型收敛每10~50m一个断面，每2 周边位移 计 断面2~3对测点 水平仪、水准3 拱顶下沉 每10~50m一个断面 仪、钢尺或测杆 锚杆或锚索各类电测锚杆、每10m一个断面，每个4 内力及抗拔锚杆测力计及断面至少做三根锚杆 力 拉拔器 开挖面距离量测断面前后＜2B时，1~2次/天。 5 地表下沉 每5~50m一个断面，每断面至少7个测点，每水平仪、水准尺 隧道至少2个断面。中线每5~20m一个测点 开挖面距离量测断面前后＜5B时，1次/2天。 开挖面距离量测断面前后＞5B时，1次/2周。 洞内钻孔中安围岩体内位设单点、多点杆每5~100m一个断面，每6 移（洞内设式或钢丝式位断面2~11个测点 点） 移计 1~2次/天 1次/2天 1~2次/周 1~3次/月 开挖面距离量测断面前后＜2B时，1~2次/天。 围岩体内位7 移（地表安设点） 地面钻孔中安每代表性地段一个断开挖面距离量测断面前后＜5B时，1次/2设各类位移计 面，每断面2~11个测点 天。 开挖面距离量测断面前后＞5B时，1次/2周。 1~2次/1~2次/1~3次/1次/2天 天 周 月 8 围岩压力及两层支护间各种类型压力盒 每代表性地段一个断面，每断面宜为15~20压力 个测点 钢支撑内力支柱压力计或每10榀钢拱架支撑一9 及外力 其他测力计 对测力计 支护、衬砌各类混凝土内每代表性地段一个断内应力、表应变计、应力10 面，每断面宜为11个测面应力及裂计、测缝计及表点 缝量测 面应力解除伐 围岩弹性波各种声波仪及11 在有代表性地段设置 测试 配套探头

3．7观测资料整理、分析及反馈

1~2次/天 1~2次/天 1次/2天 1~2次/周 1~2次/周 1~3次/月 1~3次/月 1次/2天 原始数据还不能直观反应围岩动态和支护结构工作状态的力、应力和位移等情况，需要对数据预处理，以此进行各种情况的分析和处理。具体方法不详述。但在数据处理时一定要严格将温度的影响纳入考虑范围。

根据处理出来的数据要进行分析以求指导隧道施工。 1）周边位移分析与反馈

隧道拱顶下沉和水平收敛是判断围岩稳定性的主要项目。根据公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）规定，隧道周边相对允许位移值如下表：

隧道周边相对允许位移值表 覆盖层厚度 ＜50m 50~300m ＞300m 围岩类别 IV III II 注：①相对位移值是指实测位移值与两测点距离之比，或拱顶下沉与隧道宽度比； ②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值； ③I、V、VI类围岩可按工程类比初步选定允许值范围； ④本表所列数值可在施工过程中通过实测和资料积累做适当修正。 利用非线性回归的方法作出变化曲线，推测变化规律，指导下一步施工。

2）锚杆轴力量测数据分析与反馈

锚杆轴向应力是检验锚杆效果与锚杆强度的依据。可根据锚杆极限抗拉强度与锚杆应力的比值K（安全系数）做出判断。一般K值不能低于1。若K小于1，应改用高强度钢材加工锚杆或加粗锚杆或加密锚杆。

3）围岩压力分析与反馈

由量测数据做围岩压力分布曲线。围岩压力大小与围岩位移量及支护结构的刚度相关。围岩压力大，则作用于初期支护结构的压力也大。有两种情况：一是围岩压力很大且变形量也很大，此时应加强支护，以限制围岩变形可控制围岩压力的增长；另一种是围岩压力较大 但变形量不大，这表明支护时机和支护的封底时间可能过早或支护尺寸及刚度太大，这时应修正设计参数。

4）喷层应力分析与反馈

喷层混凝土应力一般指较大的切向应力。喷层应力值与围岩压力值及位移量大小有密切关系。喷层应力大的原因是围岩压力和位移量大及支护力度小。喷层应力过大会产生喷层开裂、剥落、起鼓等现象，此时应增加喷层厚度、改变锚杆参数、改变封底时间、调整施工措施等。

5）地表下沉分析与反馈

对于地表下沉量过大或出现增加的趋势，则应采取加强支护和调整施工措施，可考虑适当加强初期支护和缩短开挖循环进尺。倘若出现横向地表位移，则应加强量测分析。 3．8人员组织、仪器设备 3．8．1人员

监测人员应能满足施工需要。尤其要按投标及合同的人员进行核查，对于人员变更的应按人员变更程序进行资质审核。应要求监测单位做人员组织图并应提供联系方式。人员请假制度应严格按监理程序执行请销假制度。 3．8．2仪器设备

仪器设备数量、性能应能满足监测需要。对于需要标定的仪器设备必须经具有资质的单位进行鉴定方可投入使用。仪器设备应定期检查以保证检测的正确性。 4．现场监理

现场监理应做好如下工作：

督促监测单位及时进行埋点和监测工作。最好每次监测时应能相互联系。要求测点应做好明显的标记，并做好保护工作；

4.2 对于锚杆拉拔等重要项目应三方（监测、承包人、监理）到场； 复核监测数据处理结果，并根据提供的资料和设计单位进行动态优化设计和指导承包人进行工序安排；

明确监测单位和承包人的职责，协调两者之间的关系；

具体细化监测单位的工作（包括表格的统一、反馈资料的上报方式及时间等）。