黄土隧道渗涌水段施工技术研究

来源：职称驿站所属分类：建筑施工论文
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　　摘要：富水的黄土隧道开挖后易造成围岩泥化，基底变形，沉降量增大等危害，形成恶劣的施工环境，增加隧道开挖和排水的难度，降低隧道支护体系的防排水系统质量因此，正确处理施工中出现的渗涌水具有重要的现实意义。本文结合山西中南部铁路两届庄隧道工程实例，阐述了施工中针对大面积渗涌水地段所采取的针对性综合治理措施和方法，从而有效地控制住洞内渗涌水对施工的影响，并取得了良好效果。

　　关键词：黄土隧道,渗涌水,施工技术

　　1 工程概况

　　1.1 工程简介

　　两届庄隧道(起讫里程D2K354+100~D2K355+837)全长1737m，隧址区位于临汾~运城新裂陷九原山内，穿越浮山大断裂带，地形，地质，地貌复杂。洞身穿过段地表冲沟发育，受季节性降水影响，易造成开挖围岩含水率突增，围岩失稳坍塌现象。

　　1.2 工程水文地质

　　洞身穿过地层主要为第四系下更新统(Q2al)和上第三系中统(N2)，由粉质黏土，细沙，粗圆砾土组成。

　　因洞身穿过区处于第四系与第三系交接层，结合黄土隧道特点，原状基岩开挖后，渗水将汇集在交界层。

　　自D2K355+290隧底出现渗水，隧道逆坡施工，设计坡率4.9‰~5.4‰，围岩地质差，岩性变化频繁，仰拱位置岩性为粉细砂局部夹粉土薄层，无明显胶结，开挖位置有大量水渗出，围岩受渗水影响严重，总体围岩稳定性差，易引起坍塌。

　　施工发现渗水后，经业主，设计院，监理单位及我项目部对现场进行实际踏勘，综合考虑决定围岩变更为Ⅴ级复合式(原设计Ⅳ级复合式加强)。通过试验测定如下数据：

　　施工时最大涌水量25.6m3/d

　　土层含水率19.2%~24.5%

　　通过如上阐述可知，该段渗涌水隧道施工难度很大，大面积的渗水、频繁变化的围岩、黄土遇水后的变化都将成为施工的棘手问题，怎样合理科学的治理渗涌水成为安全施工的决定要素。

　　2 工艺简介

　　通过对渗水量的定期观测，结合量测数据，综合考虑施工安全、施工环境、施工进度等因素，决定隧道开挖选择三台阶(预留核心土)临时仰拱法。施工工序图见图1。

　　利用井点降水原理，对渗涌水段采用“降、疏、截、排”综合治理方案。

　　图1 施工工序图

　　3 工艺实施

　　3.1 三台阶(预留核心土)临时仰拱法

　　三台阶(预留核心土)临时仰拱法施工工艺流程为：上台阶超前支护→上台阶开挖→初期支护(出喷混凝土、格栅拱架、系统锚杆、钢筋网片、锁脚锚管、复喷混凝土)→中台阶左、右侧交错(间隔2~3m)开挖→初期支护→临时仰拱(封闭成环)→下台阶左右交错(间隔4~5m)开挖→初期支护→分台阶开挖核心部分及仰拱→仰拱初期支护→浇注仰拱混凝土及填充→防排水及二次衬砌[1]。

　　工法特点：缩短仰拱二衬至掌子面距离，安全步距有保证，有效控制了由于渗水的浸泡造成的失稳问题;工作面稳定，交错台阶及核心土利于控制黄土的外凸外拥;施工空间大，可以多作业面平行开展;工序转变灵活，对突发的涌水或突变的的地址易于控制;初期支护时间短，临时仰拱封闭提前成环，进尺少，围岩扰动小，易于保护渗涌水段黄土围岩的稳定。

　　实际施工中发现，地下水位上升较快，中台阶黏土含水量增大，进车辆碾压产生流塑、橡皮泥现象，为确保施工安全，保证下台阶正常开挖，除了采取临时仰拱加强支护措施外，中下台阶钢拱架采用垫块支撑，扩大拱脚受力基础面积，保证了初期支护的稳定。

　　3.2 井点降水

　　在富水区按照需求布设井点管，井点管底部设置滤水层，将井点管插入透水层，通过真空吸水泵将井点管内水抽出，通过排水管道将水排出，从而降低富水区四周地下水位[2]。

　　经现场定期观测得知，地下水位线位于下台阶下50cm仰拱填充面上1m位置，为防止下台阶开挖后渗水对拱脚的浸泡及地下涌水对仰拱基底的危害，有利于黄土层排水固结，便于今后仰拱的施工，根据地下水分布情况，在仰拱前端1m，距边墙1.5m位置开挖一1.5m×2.5m×3m集水井，将后方水沟流淌的施工用水及开挖后的渗涌水一并汇集排出。

　　由于渗水量大，加之逆坡施工，单纯依靠仰拱前端集水井排水，不能完全控制涌水。综合考虑后，仰拱施工时，在仰拱面上设置集水井。井点设在隧道两侧靠近水沟位置，按里程每10~15米交替设置1处，井底高程低于仰拱底不小于50cm，井口直径为1m，用预置的混凝土套管做护壁，在侧壁上钻R50的孔，安装泄水管并连接到两侧水沟底部，两侧水沟距泄水管下端30~50cm处进行封堵，有利于因逆坡施工带来的水体倒流对前方围岩的影响，井内配置潜水泵由专人负责24小时抽排降水，随进尺增加，需不断更换大功率水泵及排水管道直径，来保证降水效果，排水管道自仰拱端头一直连接到隧道出口外，并选择高程低于隧道最低仰拱面位置进行排放和储蓄，由此一方面可以保证已排水不通过渗流再次进入隧道内，再者可以保护当地自然水系平衡。降水图见图2。

　　图2 排水系统图

　　3.3 防排水系统控水措施

　　二次衬砌是隧道施工的最后工序，是后续运营的直接环境，其结构质量，排水系统直接关系到运营能否顺利。施工中为保证衬砌不渗不漏，做了如下加强控水措施：混凝土施工缝一律设置中埋式止水带，保证止水带埋设质量及搭接;衬砌钢筋一律绑扎，防止灼伤防水板，加大防水板搭接长度，保证焊缝质量;加密横向透水盲管数量，保证衬砌后渗水顺利排出，对于渗水量较大的部位，沿初支横向打设Φ50钢管并与横向盲管连接，确保渗水不随压差过大，上升到拱部。

　　4 工艺创新

　　因隧道渗水，原本设计的湿喷工艺无法满足“快循环、强支护、紧封闭”的施工原则，为保证初期支护质量，加快初支速度，施工中采用了干喷工艺，并将喷浆机改良为自动上料翻斗车，其特点为：需要工作人员少，原本的6人工作组，只需3人;节约材料，喷浆料直接入斗，减少倒运损失，速凝剂定量上料，避免以往工人上料的不确定性;风水分离技术应该用，减少对空压机的功率要求;因翻斗车移动自如，每循环不需重复安装，连续作业，功效提高10%。

　　实践证明，因渗水的存在，隧道内空气湿度大，干喷造成的粉尘浓度低，适合工人工作。

　　5 工艺实施效果

　　施工中通过量测拱顶沉降、水平收敛、仰拱填充面沉降等监控措施证实了应用三台阶(预留核心土)临时仰拱法有效控制了隧道初期支护变形及衬砌沉降。本文提供一组D2K354+880断面的拱顶沉降及上台阶水平收敛数据(经分析累计变形量小于2mm)，以示治理工艺实施的后期效果。监控量测见图3~4。