地下水对隧道施工的影响及处理方法浅析q

地下⽔对隧道施⼯的影响及处理⽅法浅析q
浅析地下⽔对隧道⼯程的影响
摘要隧道施⼯与地下⽔环境有着密切联系，作为地下线性建筑物，隧道在修建过程中不可避免地穿越不同⽔⽂地质体，形成集⽔廊道。

在隧道开挖过程中，地下⽔将涌⼊隧道,⼤量隧道涌、突⽔将对隧道造成严重影响。

⽂章分析了地下⽔对隧道⼯程的影响，对如何正确处理隧道中的地下⽔问题做了简要的探讨。

关键词地下⽔隧道施⼯涌⽔
Study on the influence of ground water on Tunnel
engineering
Abstract:Tunnel construction and groundwater environment are closely linked. As a kind of underground lineament building，the tunnel will inevitably pass through different hydrology geology in construction process thus forming a catchment corridor. During the excavation of tunnel, the groundwater floods the tunnel which will be seriously impacted by a lot of gushing water. This paper analyzes the impact of groundwater on the tunnel project and briefly discusses how to handle the groundwater problem properly.
Key words: groundwater tunnel construction gushing water
1引⾔
作为隧道施⼯的⼀个⽼⼤难问题，地下⽔不仅影响隧道的正常施⼯，也会影响隧道的正常使⽤。

在施⼯期间，地下⽔的作⽤不仅降低围岩的稳定性(尤其是对软弱破碎围岩影响更为严重)，使得开挖⼗分困难，⽽且增加了⽀护的难度和费⽤，需采取超前⽀护或预注浆堵⽔和加固围岩，有时甚⾄会使施⼯被迫停⼯，影响⼯程进展。

由于地下⽔渗流的影响，⼤量的隧道涌、突⽔将对隧道建设造成严重影响，甚⾄掩埋施⼯⼈员和机具；在隧道运营阶段，地下⽔的渗漏则隧道结构稳定、洞内设施运转、⾏车安全等产⽣诸多不良影响甚⾄威胁。

因
此，如何查明地下⽔的分布规律，经济、合理地处理好地下⽔问题，往往关系到隧道⼯程的成败。

2 地下⽔对隧道⼯程的作⽤
2.1地下⽔对隧道围岩作⽤的基本原理
在隧道施⼯过程中，为了保证施⼯质量，处理好地下⽔是不可回避的问题，这就需要我们对地下⽔对隧道围岩的作⽤机理有⼀个清楚的认识。

地下⽔与隧道围岩的作⽤⼀般包含物理作⽤、化学作⽤和⼒学作⽤三个⽅⾯，其作⽤直接导致岩⽯介质的物理性质和物理环境的变化及岩体⼒学性质发⽣变化。

地下⽔对围岩的影响则主要表现在:
(1)软化围岩：使岩质软化、强度降低，对软岩尤其突出，对⼟体则可促使其液化或流动，但对坚硬致密的岩⽯则影响较⼩，故⽔的软化作⽤与岩⽯的性质有关；
(2)软化结构⾯：在有软弱结构⾯的岩体中，⽔会冲⾛充填物或使夹层软化，从⽽减少层间摩阻⼒，促使岩块滑动；
(3)承压⽔作⽤：承压⽔可增加围岩的滑动⼒，使围岩失稳
2.2 隧道⼯程中地下⽔引起的主要灾害及致灾机理
⽔，作为地球上最为普遍的流体介质和最主要的液相成分，⼴泛地参与了⼯程体的各类地质作⽤。

隧道作为地下线性建筑物，修建过程中将不可避免地穿越不同⽔⽂地质,从⽽形成集⽔廊道通常有“⼗隧九漏”之说，涌⽔是隧道施⼯中常见的地质灾害，也是隧道运营中的主要病害同时也是其它地质灾害的最主要的触发和诱发因素之⼀。

隧道施⼯以及运营阶段，由于渗漏⽔，将会造成开挖时的突⽔、突泥、翻浆冒泥、塌⽅、浅层地下⽔及地表⽔枯竭、地表塌陷、对衬砌砼产⽣化学腐蚀等等。

隧道灾害后果严重，危害巨⼤，延误⼯期，降低了经济效益，造成不良的社会影响，严重的会造成⽣命财产的损失。

隧道岩体结构失稳与⽔的作⽤关系密切，地下⽔对岩体强度的影响不仅与⽔的赋存状态有关，还与岩⽯的性质和岩体的完整程度有关。

有的岩体浸⽔后强度降低或丧失强度主要是胶结物被⽔溶解，充填物中的细⼩颗粒被⽔潜蚀，岩⽯软化、疏松，充填物泥化等所致；有的岩体浸⽔后强度降低是由于⽔起润
滑剂作⽤加速岩体变形于破坏；有的岩体浸⽔后强度降低是⽔与矿物发⽣化学反映的结果。

地下⽔的改造作⽤有静⽔压⼒作⽤和动⽔压⼒作⽤。

这两种作⽤都使岩体发⽣⽔⼒劈裂，使裂隙的连通性增加，张开度增⼤，从⽽增加渗透能⼒，除此之外，动⽔压⼒作⽤还能使裂隙⾯上的充填物发⽣变形和位移，尤其是剪切变形和位移，由此导致裂隙的再度扩展。

从地下⽔作⽤致灾机理看，有静⽔推⼒、有效应⼒变化、渗透压⼒增⼤、⽔⼒楔⼊、冰劈、⽔的加载、⽔化、⽔击、⼟体冻融、淋溶和沉淀等作⽤。

岩⽯在⼀定的⽔压⼒下所产⽣的物理的、化学的和⼒学的作⽤过程是导致⼯程岩体发⽣变形破坏的根本原因之所在。

其结果是，第⼀，在降低结构⾯及岩体强度的同时，消弱岩块之间的联系，增加岩块的⾃由度及活动度，加快岩体向破碎-松散介质转换的进程，从⽽使岩体的强度和变形特性发⽣根本性的变化；第⼆，由于化学作⽤主要发⽣于不同成因、不同规模的结构⾯及其附近，因此可以显著提⾼岩体的有效空隙度，增强其贮⽔和导⽔能⼒，从⽽提⾼岩体应⼒场及稳定性对渗流场变化的敏感度。

化学作⽤是地下动态剧变诱发岩体失稳的前提与基础。

⽔-岩之间的⼒学作⽤对⼯程体的影响主要是通过地下⽔⽔量动态剧变使⼯程体应⼒环境恶化来体现。

在绝⼤多数情况下，岩体浸⽔后强度降低与孔隙⽔压⼒作⽤是分不开的。

通常情况下，岩⼟体中渗流场和应⼒场通过某种⽅式维系着⼀种动态平衡关系，当其中任何⼀⽅发⽣变化时，另⼀⽅都会通过他们之间的联结⽅式⾃动调整，以达到新的平衡。

如果某⼀⽅的变化超过⼀定幅度，这个平衡体系就有可能被破坏，从⽽诱发⼯程体地质灾害的发⽣。

⼰有的研究成果表明岩⼟体的失稳破坏机理可以采⽤突变理论来加以解释。

当结构的演化⼰经处于临界状态时，微⼩的扰动便可诱发结构的失稳的发⽣,这种结论可以很好地解释隧道围岩失稳的发⽣与外界因素的相关性，如隧道围岩经过⽔的软化等作⽤后，处于临界稳定状态，在应⼒调整、放炮扰动等外界因素的影响下，发⽣的塌⽅、层状围岩地下洞室的弯折内⿎破坏。

3 隧道施⼯过程中涌⽔灾害成因分析及处理⽅法
3.1 隧道涌⽔灾害的成因
隧道开挖后，由于⼈为破坏了原有围岩体中地下⽔的渗流条件，会使隧道洞⾝成为地下⽔以不同形式(渗出、滴流、股流及⼤范围突⽔等)向外排泄的地下廊道，形成涌⽔灾害。

它不仅影响隧道建设的正常施⼯，⽽且还会影响到隧道建成后的安全运营，有时甚⾄会使隧道结构发⽣破坏，中断⾏车，造成巨⼤的经济损失。

⽽隧道围岩在渗透性能⽅⾯具有强烈的⾮均质性和各向异性，所引起的涌突⽔地质灾害往往具有强烈的不确定性，严重影响着围岩的稳定，威胁隧道的安全，对隧道建设及运营⾮常不利。

因此在隧道建设阶段确定其涌突⽔⽅位和⽔量，并采取相应涌⽔灾害防治对策⼗分必要。

3.2 隧道涌⽔灾害处理⽅法
3.2.1 隧道⼯程防排⽔设计原则
(1)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，初期涌⽔量很⼤时，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，这类涌⽔对隧道施⼯影响很⼤，对运营影响相对较少，由于隧道围岩与其他⽔体⽔⼒联系较弱，涌⽔仅为裂隙含⽔，防排⽔设计时多采取以排为主的形式。

(2)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时，涌⽔量往往由⼩到⼤的变化，然后趋于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(地表⽔与地下⽔)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，堵住地表⽔体补给，因此防排⽔设计的采取以堵为主的⽅式。

(3)溶洞:如果隧道穿越的岩层中有⼤量溶洞的存在，在隧道施⼯中可能出现涌⽔、突泥等危害性的事故。

当隧道穿越岩溶很发育的地区，隧道周围地下⽔很丰富，给隧道防排⽔带来了很到的困难。

隧道通过岩溶发育的地区，特别是有⼤量溶洞存在的地区，需要采取“引”、“堵”、“越”、“绕”等处理措施，此外处理后的隧道衬砌背后往往可能存在空洞等不密实的现象。

岩溶地区隧道防排⽔多采⽤“多道防线、层层设防”的办法，其主要⼯程措施有:围岩注浆堵⽔、溶洞回填堵⽔、加强排⽔和防⽔。

对于岩溶地区的⼩量岩溶地下⽔，以及经过注浆、回填堵⽔后存在的岩溶地下⽔应当以疏排为主。

(4)截:对于隧道覆盖层地表⽔及坑洼等进⾏处理，在隧道外⾯⼭体迎⽔坡设置截⽔天沟，⽬的是截排地下⽔，减少地表⽔的⼊渗。

(5)对于涌⽔量⼤、⽔压⼒⾼的断层破碎带，⼭体内蓄⽔量⼤，且有充⾜地表⽔源供给，其表现为喷射状股流，并夹有泥质的涌⽔地段，⼀般情况下采⽤超前钻孔排⽔、长管棚注浆堵⽔。

(6)其他因素:隧道防排⽔设计中还应综合考虑如岩性、构造、地貌、隧道的埋深情况、隧道上⽅的地表是不是有⼤量居民居住等因素。

当有⼤量居民居住在⽣活⽔源以地下⽔为主的隧道上⽅。

这样⼀般采⽤以堵为主的对策。

因为以排为主会破坏地下⽔的平衡从⽽影响居民的⽤⽔。

另外当隧道的埋深较深时，这时地应⼒很⼤，⼀般不适合堵。

3.2.2 隧道防排⽔注意事项
(1)富⽔段:周边⽔压⼒较⾼的区段，应进⾏专门的抗⽔压⼒衬砌设计，保证隧道衬砌在⽔压⼒作⽤下部开裂不发⽣过⼤的变形。

(2)堵:围岩条件较差且地下⽔量较⼤时，采⽤注浆⽌⽔并加固围岩、隧道衬砌完⼯后在注浆。

(3)隧道开挖前预注浆，⼀般适⽤于集中涌⽔点较多，开挖前按照设计要求对富⽔地段先进⾏超前预注浆，确保开挖后⽆⼤的突涌⽔，为安全开挖和隧道防⽔创造条件。

(4)引排地下⽔:在隧道处隧底岩溶涌⽔，由于受⼤⽓降⽔影响，⽔量难以控制，因此要此种情况下要引排地下⽔。

(5)对隧道涌⽔量较⼤地段或⼀些集中储⽔点，特别是岩溶较发育的地区。

为了保证施⼯安全以及防⽌地表塌陷和⽔源枯竭等，⼀般采取单液或双液注浆堵⽔。

(适⽤于隧道埋深较浅)
总之在隧道的防排⽔⼯程措施的提出中应综合地考虑隧道所在地区地层岩性、隧道埋深、地区岩溶情况等因素，必须根据隧道所在地区的实际情况，合理选择隧道的防排⽔⼯程措施。

4 隧道运营阶段隧道渗漏⽔灾害成因分析及处理⽅法
4.1 隧道渗漏⽔灾害成因分析
隧道开挖使地下⽔渗流场发⽣改变，隧道周边的地下⽔集中向隧道⽅向排泄，隧道开挖后，在隧道周围⼀定范围内形成了围岩松动区，在此范围内，由于地层原始地应⼒的调整，围岩产⽣变形，裂缝张开，从⽽使地下⽔沿张开裂缝流⼊隧道，长期以来，⼈们对隧道渗漏⽔病害的危害性认识不⾜，在隧道设计上存在重结构，轻防⽔的倾向;另外隧道防排⽔设计上存在的诸多漏洞，隧道施⼯质量控制不佳等都是造成隧道渗漏⽔的主要因素。

4.2 隧道渗漏⽔灾害处理⽅法
渗漏⽔的治理应采取“以排为主，截、排、堵相结合；先拱后墙、拱堵墙排，集中涌⽔处设管引排，因地制宜，综合整治”的处理措施，主要包括：地表⽔截流、⼤⾯积渗⽔的防⽔抹⾯、集中渗漏⽔和涌⽔的埋管引流以及压注浆液等⽅法。

4.2.1 衬砌背后压注⽔泥浆、⽔泥砂浆及⽔泥—⽔玻璃双液浆
根据渗漏⽔的轻重，衬砌背后注浆应采⽤初次注浆和检查注浆。

初次注浆采⽤⽔泥砂浆，检查注浆材料采⽤纯⽔浆。

当地下⽔压⼒较⼤、⽔流速度快、渗漏严重时，应采⽤可灌性好、结实率⾼、快凝早强、凝结时间可调的⽔泥—⽔玻璃双浆液。

4.2.2 衬砌内部压注丙凝化学浆液
主要⽤于隧道渗漏⽔量较⼩、⽔流分散、不利于引排的拱部施⼯缝、衬砌裂缝及个别出⽔点。

进⾏衬砌内部注浆，以封闭⽔流通道及衬砌裂隙，或使⽔流相对集中，便于引排。

4.2.3 喷抹砂浆防⽔层法
主要⽤于拱部⼤⾯积出现⾯漏、⽹状裂缝渗漏⽔的情况，对主要出⽔点在凿槽引排、嵌缝堵漏后，喷抹砂浆防⽔层，防⽔层厚度为20mm～25mm。

4.2.4嵌缝堵漏法
主要⽤于局部施⼯缝浸⽔、渗⽔等⽔量较⼩的部位处理。

隧道环向施⼯缝堵漏采⽤嵌⼊复合式膨胀橡胶条，结合凿槽埋管，将⽔引⼊测沟；隧道纵向缝堵漏采⽤嵌⼊式⾃粘型⽌⽔条进⾏封堵。

4.2.5 凿槽排⽔法
主要⽤于拱、墙单点线流、股流、射流等⽔量较⼤⽽不易⽤以上⼏种堵⽔措施处理的渗漏部位。

其⽅法是从渗⽔点起凿槽，在槽中埋设半个聚氯⼄烯管或塑料排⽔板，外⽤防⽔砂浆封闭。

4.2.6 可排⽔⽌⽔带预防施⼯缝渗漏
可排⽔复合橡胶⽌⽔带是能对环向施⼯缝中的渗⽔进⾏“先排后堵”的新型⽌⽔带。

可排⽔复合橡胶⽌⽔带为内置式⽌⽔带，设置在衬砌厚度的中间，横断衬砌环向施⼯缝。

当环向施⼯缝内出现渗⽔时，渗⽔沿环向施⼯缝流⾄⽌浆滤⽔带，由于⽌浆滤⽔带可渗⽔，渗⽔很容易进⼊排⽔通道，并由其排⼊隧道的排⽔系统。

如果部分渗⽔在穿越⽌浆滤⽔带时沿⽌⽔带与混凝⼟之间的间隙横向流动，则会遇到粘贴在⽌⽔带翼缘上的遇⽔膨胀橡胶条的阻挡。

遇⽔膨胀橡胶条遇⽔后膨胀，使⽌⽔带翼缘与混凝⼟之间的间隙密实，渗⽔沿横向流动，阻⼒增⼤，从⽽提⾼⽌⽔带的⽌⽔能⼒。

4.2.7 连拱隧道中隔墙⽔平施⼯缝渗漏的防治
该处渗漏的防治是⽬前⼯程上的⼀个难点，通过实践，发现采⽤⽔平型可排⽔⽌⽔带可取得较好效果。

即在⽔平施⼯缝中，将⽔平型可排⽔⽌⽔带设置在衬砌厚度的中部，在⽔平施⼯缝上，渗⽔从衬砌外侧向洞内⽅向流动时，当遇到⽔平可排⽔⽌⽔带的阻挡后，由于⽌⽔带上部翼缘覆盖有滤⽔层，因⽽渗⽔会在重⼒作⽤下改变⽅向，向下流⼊可排⽔⽌⽔带的排⽔通道，再经⽔平排⽔通道纵向流⼊环向施⼯缝的排⽔通道，并由其进⼊隧道的排⽔系统。

5 结语
隧道建设是⼀项系统⼯程，只有在充分掌握地下⽔活动特性的前提下，采取适当的措施才能保证地下⼯程的安全。

隧道⼯程中的地下⽔问题已经是个⽼话题了，本⽂简要分析了地下⽔对隧道施⼯及运营的影响，并提出了处理隧道中地下⽔问题的⽅法。

所提及的⽅法或许是陈旧了。

笔者认为尽管基本⽅法不算新鲜,具体内容应有所补充和发展,如注浆,到底注什么浆液好,怎样注浆才能达到⽌⽔的⽬的,这些则是我们应该继续研究的课题。

所以,笔者建议有关单位对注浆理论、注浆材料、注浆⼯艺和注浆设备等作进⼀步研究。

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