淺談隧道施工防排水的應(yīng)急處理方案

隧道的防洪和排水是一項(xiàng)技術(shù)工作，尤其是在富水區(qū)的高原隧道。你的技術(shù)難度是顯而易見的。如果能夠成功管理隧道，不僅會(huì)影響隧道的建造質(zhì)量，還會(huì)重要影響隧道是否正常建設(shè)。以關(guān)角隧道5#斜井為例,介紹高原隧道治水的成功經(jīng)驗(yàn)。1斜井正洞現(xiàn)狀新建關(guān)角隧道是目前國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的鉆爆法施工高原隧道,也是西格二線的控制性工程。關(guān)角隧道為兩平行的單線隧道,線間距40m,兩線通過間距420m的橫通道相連。5#斜井位于青海省天峻縣境內(nèi),青海湖西側(cè),斜井井身設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1935.63m,正洞單線分割長(zhǎng)度4704m,斜井口高程3680.80m,斜井和正洞Ⅰ線交叉口處內(nèi)軌頂面高程3486.33m,斜井平均坡度10.08%,最大坡度15%。5#斜井正洞位于中等富水區(qū),巖溶發(fā)育,局部裂隙水大,尤其夏季受青海湖暖濕氣流影響,涌水量較大,實(shí)測(cè)夏季平均日涌水量約2.8萬m3。由于正洞及斜井涌水量大,再加上斜井長(zhǎng)度長(zhǎng),高差大等原因,施工防排水問題成為制約工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵問題。2排水方案比選隧道施工防排水工作,一般應(yīng)以排為主,采取截堵排相結(jié)合的綜合措施,但在實(shí)際的施工過程中,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況(地質(zhì)狀況、涌水量大小、水壓力、集中出水點(diǎn)的位置)選擇合適的治水方案,以達(dá)到快速、安全、有效的治水目的。比如,對(duì)于關(guān)角隧道5#斜井:(1)隧道涌水以基巖裂隙水為主,況且基巖裂隙貫通,地表水對(duì)地下水補(bǔ)給較大,因此在洞頂位置設(shè)置截水溝截?cái)嗟乇硭鳌?2)西寧方向地質(zhì)狀況復(fù)雜、圍巖破碎的Ⅳ級(jí)及以上圍巖,涌水量較大,采用超前帷幕注漿堵水。(3)地質(zhì)狀況較好段的集中涌水點(diǎn),采用集中點(diǎn)的徑向頂水注漿堵水。(4)對(duì)于大面積的散水,以排為主。3泵站設(shè)計(jì)3.1抽排水倉(cāng),抽排水倉(cāng)掌子面積水采用移動(dòng)潛水泵抽至斜井泵站,斜井已施工地段出水經(jīng)自然匯積到集水坑后引至附近的泵站水倉(cāng),泵站工作泵將水倉(cāng)內(nèi)積水抽排至下一級(jí)水倉(cāng),如此接力抽排至井外。3.2排水系統(tǒng)及應(yīng)急備用電源的配置5號(hào)斜井正洞承擔(dān)Ⅰ線2208m,Ⅱ線2496m的施工任務(wù),均為灰?guī)r地層,屬于中等富水區(qū),預(yù)測(cè)在該種地段施工中極易發(fā)生災(zāi)害性突、涌水的可能。預(yù)測(cè)5號(hào)斜井正常涌水量約5650m3/d,最大涌水量12801m3/d;所擔(dān)負(fù)的正洞Ⅰ、Ⅱ線正常涌水量約15391m3/d,最大涌水量36940m3/d。根據(jù)實(shí)際的涌水狀況,按預(yù)測(cè)的最大涌水量,設(shè)置安全可靠的排水系統(tǒng)及應(yīng)急備用電源;同時(shí)為降低風(fēng)險(xiǎn)后果,確保不發(fā)生長(zhǎng)大段落的淹井,水泵配置也考慮了一定的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急能力。實(shí)際施工中,經(jīng)過多個(gè)廠家水泵的比較,鑒于國(guó)產(chǎn)水泵在高原環(huán)境下無法達(dá)到額定的排水量及耐久性,難以滿足施工排水需要,最終選用了耐久性好、高效的進(jìn)口S2.100.200.1600.4(格蘭富)水泵(流量400m3/h,揚(yáng)程70m)。根據(jù)實(shí)際排水量大小,在每個(gè)泵站配置4臺(tái)該格蘭富水泵,同時(shí)配備2臺(tái)型號(hào)為300WQ600-50-132(流量400m3/h,揚(yáng)程50m)的國(guó)產(chǎn)水泵備用。另外根據(jù)斜井高差194.47m和水泵的揚(yáng)程斜井設(shè)5級(jí)泵站。4治水方案的選擇和充分利用4.1隧道洞內(nèi)排水針對(duì)隧道施工,截水主要是在洞頂?shù)乇聿扇∫欢ǖ拇胧┙財(cái)嗨?從而減小對(duì)洞內(nèi)涌水的補(bǔ)給,減小洞內(nèi)水量和洞內(nèi)堵排水的的困難,達(dá)到治水效果。如關(guān)角隧道,取樣地表水和隧道內(nèi)的水,經(jīng)水質(zhì)化驗(yàn)對(duì)比,成分基本相同;另外冬季洞內(nèi)水溫較底,因此可基本判定地表水對(duì)洞內(nèi)水補(bǔ)給較大?？刹扇〈胧┰诙错?shù)乇硇藿厮疁?減少雨水補(bǔ)給;另外如果有條件且成本不大的情況下,可在洞內(nèi)掌子面施工到河道下方時(shí),適當(dāng)改道地表河道,減少河水補(bǔ)給。4.2排水隧道施工防排水以排為主,排的前提是“疏”。必須做好透水盲管的布置和出水點(diǎn)的導(dǎo)引,使排水水路暢通,保證排水效果。4.2.1管縱向生長(zhǎng)方面以關(guān)角隧道5#斜井為例,洞身位于中等富水區(qū),部分段落開挖支護(hù)完拱、墻呈淋雨?duì)?。如圖1、圖2。針對(duì)上述情況,實(shí)際施工過程中:(1)加密盲管,原設(shè)計(jì)中等富水區(qū),環(huán)向盲管縱向8m一環(huán),但根據(jù)實(shí)際情況,明顯滿足不了排水要求,因此增加到3~5m/環(huán)。并在施工過程中加密固定點(diǎn),確保施工完襯砌混凝土后盲管暢通。如圖3。(2)加強(qiáng)土工布的鋪掛質(zhì)量,土工布遇水重量變大,因此必須加密固定點(diǎn)。(3)提高防水板的鋪掛質(zhì)量,重點(diǎn)檢查防水板有無破損、焊縫質(zhì)量和鋪掛平順度、松弛度。注意:針對(duì)整體水量較大的部分地段,鋪掛的土工布遇水變重,施工難度增大,影響鋪掛質(zhì)量,可采用雙層防水板(即在初期支護(hù)后緊貼著鋪掛一層防水板),第一層防水板引導(dǎo)水流,第二層防水板起防水作用。如圖4。4.2.2邊墻內(nèi)出現(xiàn)幾何涌水針對(duì)集中出水點(diǎn),如果水壓力不大,可以考慮集中引排到隧道水溝內(nèi)。如圖5、圖6,Ⅱ線格爾木方向DyK293+104前后,在施工過程中,在左側(cè)邊墻處出現(xiàn)幾股涌水,拳頭大小般的涌水奔涌而出,開挖后半個(gè)月水量沒有明顯減小,因此考慮將水引到左側(cè)排水溝中。4.3注漿堵水施工針對(duì)隧道施工,堵水主要是注漿堵水,可分為超前帷幕注漿堵水、徑向注漿堵水和集中出水點(diǎn)的頂水注漿堵水。如果施工過程中遇到涌水量較大,并且危及到施工安全,或影響到正常施工開展,則最有效的辦法就是進(jìn)行注漿堵水。注漿堵水主要是封堵裂隙、隔離水源、堵塞水點(diǎn),減小洞內(nèi)涌水量。對(duì)水量、水壓較大的出水地段,應(yīng)采用超前帷幕注漿進(jìn)行堵水;對(duì)散狀出水應(yīng)采取“以排為主”的方式進(jìn)行施工,水量較大時(shí),可采用徑向注漿堵水;對(duì)股狀集中涌水點(diǎn),采取對(duì)出水點(diǎn)頂水注漿為主的方式進(jìn)行治水。4.3.1井內(nèi)+地面對(duì)于涌水的施工管理關(guān)角隧道巖溶發(fā)育,在施工過程中要做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和超前水平鉆探。如果探測(cè)到或?qū)嶋H過程中出水點(diǎn)水壓高、水量大,水流一段時(shí)間后水量并無明顯的減小,此種出水點(diǎn)的巖溶裂隙比較發(fā)育、通道發(fā)達(dá),在不同的里程,其出水點(diǎn)的位置也不盡相同;或出水點(diǎn)水壓較低,但掌子面出水點(diǎn)較多,尤其初期為黃色帶泥狀涌水,隨著時(shí)間的推移,涌水量往往還會(huì)加大。為保證施工安全,防止發(fā)生突水安全事故,對(duì)出現(xiàn)上述情況的掌子面考慮進(jìn)行帷幕注漿。如5#斜井Ⅱ線西寧方向DyK293+551處,掌子面底部、中部、拱部都不同程度的出現(xiàn)涌水,水量大,出水量約1200m3/h,水壓力大,噴射5~7m遠(yuǎn)。如圖7、圖8。針對(duì)上述情況,正常施工已不可能,并且經(jīng)觀察水量并無減小,因此考慮對(duì)DyK293+554~DyK293+527(其中DyK293+554~DyK293+551段為止?jié){墻)段實(shí)施超前帷幕注漿進(jìn)行堵水。4.3.2全廠徑向注漿法對(duì)于開挖后拱、墻出現(xiàn)大面積“淋雨?duì)睢被蚨喙尚」蔂畹挠克温?并且正常施工排水壓力較大,單純的盲管排水難以滿足排水要求,為了減小排水壓力、改善施工環(huán)境、減少運(yùn)營(yíng)期排水量,對(duì)出水段落采用徑向注漿。比如斜井井身斜0+421~斜0+448段,該段呈大面積“淋雨?duì)睢?且總體水量較大,考慮對(duì)前方正常施工的影響和后期的運(yùn)輸條件等,采取徑向注漿堵水。4.3.3頂水注漿出水點(diǎn)開挖后局部出現(xiàn)集中涌水,且水量和水壓均較大,而其它部位并無明顯的集中出水點(diǎn)。為了減小洞內(nèi)涌水量,確保正常施工,對(duì)這種出水點(diǎn)采用頂水注漿。如圖9。Ⅱ線DyK294+110左側(cè)起拱線部位出現(xiàn)集中涌水且水量較大,考慮頂水注漿。如圖10。通過實(shí)施注漿堵水,大量的地下水被封堵,保證了施工的正常進(jìn)行,雖然掘進(jìn)過程中不斷出現(xiàn)新的涌水點(diǎn)或涌水段落,但實(shí)施注漿堵水后,使大的集中涌水被分散,水壓力減小,整體上抽排水量減小,堵水效果明顯。4.4環(huán)更新施工過程注漿由于注漿堵水的實(shí)施過程中大部分工序被迫暫停,影響整體施工進(jìn)度,況且一個(gè)循環(huán)的注漿堵水時(shí)間較長(zhǎng)(一個(gè)循環(huán)帷幕注漿27m一般需要20~40d時(shí)間),成本也相應(yīng)較大,因此在施工過程中,是否需要注漿要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有所取舍。通常情況下,遇到涌水整體較大但圍巖情況較好的情況,首先應(yīng)先在掌子面的不同位置施做探孔,一方面可以起到放水效果,另一方面可以探明前方水量的大小和水壓力,為下一步的措施提供依據(jù)。如圖11。5建設(shè)項(xiàng)目防洪排澇的質(zhì)量控制5.1初期支護(hù)防水板的鋪設(shè)拱墻襯砌與初期支護(hù)間設(shè)置防水板與土工布,仰拱部位根據(jù)實(shí)際情況在富水區(qū)仰拱底部涌水段設(shè)置防水板與土工布,另外在仰拱端頭沿環(huán)向施工縫鋪設(shè)一幅寬的防水板和土工布。土工布鋪設(shè)前先割除初期支護(hù)上外露的鋼筋、鋼管、鐵絲等凸出物,并用水泥砂漿抹平。防水板在初期支護(hù)基本穩(wěn)定并驗(yàn)收合格后進(jìn)行鋪設(shè)。防水板與土工布分開鋪設(shè),先在初期支護(hù)上鋪設(shè)土工布,再利用設(shè)置的粘結(jié)點(diǎn)(熱熔襯墊)把防水板用熱熔手法焊接,焊接應(yīng)牢固可靠。鋪設(shè)防水板環(huán)向鋪設(shè)時(shí),先拱后墻,先標(biāo)出隧道中線,然后使防水板橫向中心線與隧道中線重合,將拱部焊接固定好后,向兩側(cè)下垂鋪設(shè),邊鋪邊焊,下部防水板壓住上部防水板。鋪設(shè)防水板的注意事項(xiàng):(1)要重視基面處理,尖銳的棱角會(huì)割破防水板,影響防水效果。(2)Ⅲ級(jí)及以下圍巖要重視噴錨的厚度和噴錨平整度,否則射釘打不上巖面,就不能很好的固定防水板和土工布。(3)熱熔墊圈的材料要求,熱熔墊圈的熔點(diǎn)和防水板的熔點(diǎn)接近,才能保證在不破壞防水板的前提下,將防水板和熱熔墊圈牢固焊接。(4)防水板鋪設(shè)的松弛度,防水板鋪設(shè)必須松緊適中,不能拉緊或出現(xiàn)大的鼓包,鋪設(shè)好的防水板與基面凹凸起伏一致。才能保證混凝土施工時(shí)既不漲破防水板,又能保證襯砌混凝土和初期支護(hù)之間不脫空。(5)防水板鋪設(shè)完成后,對(duì)其表面進(jìn)行全面的檢查,發(fā)現(xiàn)破損及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊,確保防排水效果。5.2土體布置進(jìn)水間距隧道環(huán)向盲管通常為Φ50軟式透水管,縱向盲管通常為Φ75或Φ80軟式透水管。對(duì)于富水區(qū),環(huán)向盲管縱向間距必須根據(jù)實(shí)際情況安裝,要以散水能夠順暢的排出為目的,不能單純的依據(jù)設(shè)計(jì)間距設(shè)置,縱向盲管同樣根據(jù)水量大小布置彎出間距將水引向進(jìn)水孔進(jìn)而排到水溝中。盲管安裝注意事項(xiàng):(1)盲管宜采用5cm長(zhǎng)錨固釘及防水板窄條錨固在巖面上,錨固釘間距宜按50cm布置。(2)盲管出水彎頭段應(yīng)用PVC硬質(zhì)彎管(邊墻進(jìn)水孔管)套在上面,以起到保護(hù)和導(dǎo)引作用。(3)防水層半包括盲管,以半包括形式鋪設(shè),在盲管兩側(cè)必須加密固定暗釘,沿盲管縱向的暗釘固定間距不宜大于50cm,并盡量減少此區(qū)域內(nèi)的防水板空鼓范圍。(4)進(jìn)水孔處的防水板開孔必須保證圓順,孔徑應(yīng)略小于進(jìn)水孔外徑,以能利用防水板彈性,使孔密貼穿過防水板,孔縫不漏漿,防止?jié)沧⒍我r砌混凝土?xí)r漿液堵塞或影響盲管的排水和過濾性能。5.3混凝土安裝注意事項(xiàng)隧道襯砌環(huán)向施工縫一般采用中埋橡膠止水帶和外貼橡膠止水帶,縱向施工縫一般采用中埋鋼邊橡膠止水帶和外貼橡膠止水帶。縱、環(huán)向止水帶搭接處必須用熱熔焊機(jī)焊接密貼。止水帶安裝的注意事項(xiàng):(1)止水帶對(duì)稱安裝,伸入模內(nèi)和外露部分寬度必須相等,環(huán)向中埋止水帶用鋼筋卡固定在襯砌端頭模板上,以保證止水帶在整個(gè)施工過程中位置的正確。(2)混凝土澆注前應(yīng)校正止水帶的位置,保持其位置準(zhǔn)確、平直。(3)熱熔焊焊接時(shí)要注意焊接時(shí)間,應(yīng)根據(jù)熱熔焊