铁路隧道工程地下水的排堵措施

摘 要：对隧洞施工中出现的地下水所应采取的对策，应根据隧洞周围的地层条件和环境条件来确定究竟选择排水法，还是选择止水法，这一点是非常重要的。在研究处理地下水的对策时，应采用符合条件的有效的施工方法。 一般当地下水渗流以静储量为主时，采用以排为主的方式；以动储量为主时，采用以堵为主的方式。

关键词：隧道 地下水 处理

隧道地下水的处理是隧道施工的一大技术难点 隧道施工地下水的处治问题一直困扰着隧道工程界，对地下水作用的认识仍未达成共识，隧道地下水处治的理念和方式。主要创新点如下： 明确提出高水压的概念，建立隧道衬砌水压力计算的概念模型，提出针对隧道不同埋深段及地下水发育状况采取不同处理策略的隧道防排水原则，研究成果为高压富水隧道设计提供了理论依据。基于环境保护、施工安全等因素的考虑，在对隧道地下水的处理方式上，更多采用以堵为主的方式，这对于涌水量少、静水压头低的隧道，很容易做到，而在高水压、富水地段，如何实现以堵为主，安全、可靠地进行隧道的施工，却非易事。只有科学防护和有效排堵，才能解决隧道地下水隐患。

1、地下水的探测和预报

1.1 TSP地质超前预报系统

TSP超前地质预报系统探测又称震测法，它的基本原理是应用了震动（声）波的回声原理。震动（声）波是由选定位置进行小型爆破所产生，布局一般是大约20个爆破点沿着隧道隧洞左壁或右壁平行于洞底成直线排列，孔深1.5m，点距1.5m，这样由人工制造一系列有规则排列的轻微震源，形成地震源断面。这些震源发出的地震波遇到地层层面、节理面，特别是断层破碎带界面和溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等不良地质界面时，将产生发射波（声），对反射波进行采集处理后形成反映相关界面的隧道隧洞影响点图和隧道隧洞剖面、平面图，供分析人员参考。TSP203地质超前预报系统在软岩和极硬岩的任何地质条件下，探测距离为250m～500m（硬岩300m～500m，软岩250m～400m），最高分辨率可达1m，能准确地预报隧道施工前方范围内的地质条件和岩石特性的变化，对施工顺利进行具有直接指导意义。

1.2 水平长距离钻探法

水平长距离钻探是一种较精准有效的地质探查方法，可与震测法探测技术相互配合使用。震测法探测具有快速且大范围探查隧道前方地质状况的功能，而水平长距离钻探则兼具有取芯及排水的功能。水平钻探可采用钢索及反循环双套管两种方式。

1.3 掌子面编录预测法

通过对掌子面已揭露地质体（岩层、不良地质等）进行观测与编录，对掌子面地质体向掌子面前方延伸情况进行有依据的推断。

2、对施工中可能发生突、涌水部位的分析

2.1隧洞通过的断层、向斜、背斜核部位置。

2.2可溶岩与非可溶岩接触界面部位。

2.3结构面是工程区内地下水活动的重要通道，是隧洞可能突水的部位。

2.4根据大突水点的涌水特征：一般有渗、滴水段——线状渗水段——集中涌水段——高压喷水段，当隧洞由渗、滴水段进行线状渗水段时，应做好出现集中涌水的准备。

2.5风钻孔内出现浑水，前方可能有涌水；若浑水能喷射5m以上，则前方可能有大于30L/s～50L/s的涌水；当超前钻孔内出水能喷射3.5m以上，或涌水速度大于7m/s，或风钻孔内有涌水速度大于14m/s的出水，则前方可能出现大于20L/s的涌水。

3、地下水的处理

3.1 排水

地下水渗流以静储量为主时，采用以排为主的方式。当隧道涌水量以静储量为主时，初期涌水量很大，表现为突水，随着时间的推移，涌水量不断衰减，最后仅为滴水或渗水，贯通性裂隙含水围岩和孤立溶洞中的围岩涌水多属此类。这类涌水对隧道施工影响很大，对运营影响相对较小。

地下水渗流以动储量为主时，采用以堵为主的方式。以动储量为主的含水围岩，发生隧道涌水時，涌水量往往由小到大地变化，然后趋于与动储量相当的稳定值，即隧道的涌水量等于补给量。这类隧道涌水包括岩溶水因充填裂隙的地下水力梯度增加或冲刷加剧而逐渐贯通，并与其他水体（地表水或地下水）发生水力联系时的涌水，以及与地表水有水力联系的断层破碎带的涌水。防排水主要作用是切断水力联系通道，堵住地表水体的补给。因此，防排水设计时多采取以堵为主的方式。

3.2 灌浆堵水

注浆布置。根据注浆范围、注浆段长、单孔堵水范围、围岩及含水层分布、开挖尺寸、操作条件等确定。钻孔按长短搭配形成伞状辐射状布置，并考虑来水方向分布，按最不利条件设孔，以求治水效果。布孔沿拱部开挖轮廓间隔0.3m～0.5m排列。根据地下水量大小，可布置为单层、双层或三层，内外圈孔按梅花状排布，终孔处孔与孔之间保持3m～5m，外层孔距隧洞边维持5m距离。

钻孔结构。选用稍大孔径，以增大散浆面积，以Φ90～Φ100为好。开孔直径取Φ110，钻3m的内孔。

注浆材料。注浆材料主要为水泥与水玻璃双浆液，在双浆液中，水泥与水玻璃之比为1：0.5。

注浆方式。采用分段上行式注浆，即钻孔一次完成后，由孔底向孔口注浆，注浆孔不必重复钻进。裂隙发育围岩破碎地段采用上下行式，即由孔口向下分段注浆。

分段长度。根据围岩裂隙情况确定。裂隙发育、涌水量在10m3/h以上时，采用下行式注浆，段长5m～10m。裂隙不发育或不够发育时，采用上行式，分段长为20m～30m或15m～20m。每一循环留8m～10m长不开挖，作为下段注浆的止水岩盘。

注浆操作技术。准备工作：设置注浆泵站，需要时搭设注浆台车，准备作用材料设备，并试运转；确定注浆参数：浆液胶凝时间由注水实验确定，进水量大时，1min～2min；中量时，3min～4min；小量时，6min左右。水灰比由稀向浓升级注入2：1或1：1。注浆压力按涌水压的3倍考虑。注浆压力及进量与设计一致时即可停止注浆，注清水洗管后拆管；合理安排开挖工序与注浆工序的钻孔：安排两者平行作业，合理安排上下左右开孔先后，以利于钻孔与爆破的作业；检查效果：注浆后工作面钻3个～5个检查孔，取岩芯测涌水量。

4、结束语

铁路隧道地下水通过排水灌浆处理措施，不仅能改善岩体的力学性质，从注浆施工情况来看，注浆压力一般能到达设计终值，采取对已经加固的地层挖开来看，大部分浆液能劈开岩层相互贯通，使围岩得到挤压，充填的比较密实，胶结的也很牢固，降低了岩体的含水量； 有效地控制了隧道的整体下沉，同时也加快了施工进度。因此，采用排水灌浆法在有地下水的隧道中进行止水效果明显，施工简便，建议同行在今后的隧道施工中大力推广应用，并不断总结经验提高改进措施。

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作者简介：

许道连，男，（1978.12-），汉族，安徽全椒人，本科，中铁二十一局集团第三工程有限公司，项目总工。