隧道涌水处理方案研究

隧道涌水处理方案研究
摘要：随着我国经济的不断回暖和基础设施建设项目数量的逐步增加，隧道工程项目建设规模逐步扩大，建设数量也在不断增多，隧道涌水作为该项工程建设常见的问题之一，对其处理方案的研究分析也就具备重要价值，本文在概述隧道涌水的基础上，研究了隧道涌水国内外分析现状，然后以太行山隧道涌水为例进行分析，研究了太行山隧道涌水所在区域的地质特征和处理方案基本要点，将为我国隧道涌水问题解决提供更多思考。

关键词：隧道涌水；处理方案；技术
引言
隧道工程建设数目的不断增多，尤其是部分高寒地区、盐碱地或者是喀斯特地貌区域的隧道工程项目建设，其涌水问题层出不穷，具体原因各有不同，但一旦该问题处理不当，很容易造成隧道工程项目建设最终质量的不合格或者是其他严重问题，影响项目的最终竣工，因此，本文对隧道工程涌水问题处理方案的研究，也就具备重要意义。

1.隧道涌水概述
隧道涌水一般是指隧道工程掘进过程中破坏了原来地层中含水层结构的地质条件，导致该区域范围内的水动力条件和周边地区的围岩力学平衡状态发生了改变，进而使地下水水体存储的能量在高速流动状态下瞬间释放，导致该能量对周边环境产生一定的动力破坏。

一般而言，在隧道工程施工中遇到暗河、溶洞、承压水等不良地质状况时，就很容易发生大规模的涌水事故。

1.国内外研究现状
由于隧道涌水问题是在复杂地质条件下极易发生的工程事故类型之一，在建设过程中很容易导致成本增加或者是工期延长等诸多问题，因此国内外强化了对隧道涌水的研究，一般主要包括隧道涌水径流水量模拟研究、隧道涌水水环境安全风险评估研究、隧址区植被覆盖度时空变化特征研究和隧道涌水防治研究四方
面。

以隧道涌水防治研究为例分析，Abdollahi 等学者曾借助Flac3D有限差分
软件渗流模块，建立了隧道项目建设的三维数值模型，进而得出了注浆措施对隧
道涌水防治效果良好的措施，为减少隧道建设涌水量和有效降低衬砌外压奠定了
扎实基础。

1.案例工程概况
昔阳（晋冀界）至榆次高速公路是《山西省高速公路网调整规划》中“3纵
12横12环”中第七横的重要一段，位于山西省中部地区，项目总体为东西走向，起点位于晋冀界处，东接河北省规划衡水至昔阳高速公路，终点位于晋中市榆次
区西接龙湖高速公路，图1即为项目概况图。

工程中的太行山隧道位于山西省昔
阳县与河北省赞皇县壤附近，隧道近东西向展布，穿越太行山北段，隧道进口位
于赞阜县王家坪村西侧500米处，隧洞出口位于普阳县茶叶洼村南侧700米处。

隧道设计为左右分离式，两洞内侧边墙最大间距为35米，左右线均属特长隧道，隧道总体走向呈265°。

图1 工程概况示意图
1.项目所在地区特征
隧址区位于太行山北段，地貌单元为构造侵蚀剥蚀中山区和构造溶蚀侵蚀低
中山区。

区内地貌受地层岩性、断层及太行山东西两侧差异气候所控制，大致以
隧道中部河流（K3+300附近）为界分为东中西三个亚地貌单元，隧址区东侧地貌
多为陡坡、中缓坡、树枝状冲沟，且植被茂密、以乔木为主；西侧地貌多卡斯特
溶蚀地貌，发育有陡坎、陡坡、蛇曲状深切冲沟、小型溶洞等，植被较稀疏；中
部为典型的“太行山峡谷”，呈“U”字型宽谷，发育有高度上百米的直立陡崖、
陡坎，植被在垂向上具有分层性，多为灌木。

隧址区地面最高点标高约为1420
米，对应的里程桩号为K5+900附近，最低点位于隧道进口附近，高程约为490m，最大高差约930米。

隧址区构造形态总体上被西侧的太行山大断裂所控制，东部（进口-中部段）为一向斜构造，西侧为北西-西向缓倾斜单斜构造。

受太行山隆
起影响，隧址区平行分布有7条近SN向断层，断层均印支期构造运动的产物，
燕山期和喜马拉雅期均有不同程度的继承。

根据地质调查及钻探成果，隧址区的地层从东往西可分为三大类,第一类为
下元古界(Pt1)变质岩及侵入体，岩性复杂，受多期构造影响，发育有多条断层
及向斜，地层多为高角度分布，岩性主要砂质板岩、火山集块岩、变砂岩、变质
安山岩及辉绿岩脉体等，这类地层属于较为坚硬岩夹较软岩，岩体总体上较为完整，围岩质量较好：第二类为长城系(Ch2)变质岩，岩性较复杂，地层总体上向
西倾斜，受大行山大断裂影响，发育有3条逆断层，岩性主要为石英岩状砂岩、
页岩、石英岩等，这类地层总体上岩质较坚硬，岩体较完整，围岩质量较好，局
部受断层影响带影响围岩稳定性差;第三类为寒武系(c)及奥陶系(0)海相沉积岩，以平行不整合接触关系覆盖在长城系地层之上，地层总体向西倾斜，倾角较缓，
岩性主要为白云岩、石灰岩、泥灰岩、页岩等，这类地层除寒武系下统外，总体
上较坚硬，岩体多为较完整状，围岩质量相对较好，寒武系地层以软质岩为主，
围岩质量较差。

进一步对昔阳（晋冀界）至榆次高速公路太行山隧道地下水情况
进行研究分析，通过钻探揭示其底层地质特征，完成了隧址区内各类勘探钻孔5
个的工程地质钻探。

总之，通过对昔阳（晋冀界）至榆次高速公路太行山隧道洞身范围内地下水
以基岩裂隙水和碳酸盐岩溶水为主。

变质岩、火山岩裂隙含水岩段总体上表现为
弱富水性，出水状态以点滴状为主，局部段落为淋雨状出水，在构造带内有突水
的可能；石英岩状砂岩孔隙裂隙含水岩组表现为强-中等富水，出水状态以淋雨
状为主，局部地段为点滴状；碳酸盐岩岩溶水含水岩组总体上表现为强-中等富水，出水状态可能以淋雨状为主，洞体开挖，在溶洞发育地段及构造带内有突水
涌泥的可能，表1即为该隧道分段落围岩涌水情况统计表。

表1 分段落围岩涌水情况统计表
序号工作面
正常涌
水
量
d/m3
最大涌水
量d/m3
备注
1
出
口出口右洞22186143
2出口左洞22166761 3出口小计443412904
4
3
#斜井
3#斜井右洞大
里程
355260
5
3#斜井左洞大
里程
331523
6大里程小计686783
7
3#斜井右洞小
里程
255658
8
3#斜井左洞小
里程
463853
9大里程小计7181511 13#斜井正洞合
14042294
0计
1
1
2
#斜井
2#斜井右洞大
里程
224537
1 2
2#斜井左洞大
里程
215594
1
3
大里程小计4391131
1 4
2#斜井右洞小
里程
16773471
1 5
2#斜井左洞小
里程
1701351
1
6
大里程小计33783822
1 7
2#斜井正洞合
计
38174953
1.隧道涌水处理方案要点
以昔阳（晋冀界）至榆次高速公路太行山隧道内3#斜井建设过程中遇到的涌水问题详细分析隧道涌水的处理措施，由于太行山3#斜井掌子面施工至于
XJK1+040，在钻孔过程中掌子面出现喷射状涌水，喷射距离约7m，洞内涌水量达到25000m³/d，在工程出现涌水后邀请专家进行现场踏勘，确定了采取探孔的方式为处置方案提供依据。

根据现场踏勘进行研判，确定3#斜井所遇涌水为股状裂隙水，此段落应为破碎段石英岩状砂岩，石英岩为主，沿掌子面裂隙发生大量涌
水，且为断裂段穿越水系，掌子面围岩整体性较好，部分区域存在导水裂隙带。

为满足隧道设计质量要求，专家及施工团队对隧道外轮廓采取与轴线成约30°外
张角钻进约20m深的探孔，提供了1-7号孔的超前钻孔情况，7、6、5、4号孔根
据钻孔进尺情况推断有0.4-1.0m宽的裂隙，并根据出水浑浊情况，推测裂隙中
存在松散填充物。

在此基础上，建议针对1~7号孔进行注浆，尤其是对7、6、5、4号孔，建
议采用较黏稠水泥浆液，建议水灰比0.5：1，也可采用双液浆、水泥砂浆，不宜
采用凝固时间过快的材料，确保浆液的有效扩散半径。

注浆建议从下部7号孔开
始往上往右依次注浆，注浆可采用3m长孔口管；如果注浆过程中，下部出水孔
出现串浆现象，可采用木楔封堵下部的出水孔，以便形成相对静止的水以防水泥
浆液的流失，浆液凝固后，可拔出木楔便于排水。

根据前期地址勘察及钻孔情况，左侧围岩裂隙相对发育，建议注浆完毕后再在4、5、6、7号孔之间补打3个检
查兼注浆孔、再在7号孔左侧下方增设2个注浆孔，外张角建议30°左右。

在该
段工程总注浆总量控制在50-80方的前提下，可以先行注浆孔适当加大注浆量，
后续方案再根据注浆后的效果进行相应优化，图2即为隧道截面段施工示意图。

在此基础上，施工单位依据此方案通过通过钻孔泄压和注浆的方式将出水量控制
在8000m³/d，稳定两天时间后，采取对掌子面120个炸药孔进行处理。

首先，设
置炸药孔深度3.5m、孔径4.2cm，对涌水压力大的炸药孔洞采取16号钢筋抵压
的方式对炸药进行固定，同时对涌水压力大的炸药孔洞采取增加泄压孔的方式卸
除水压，两个孔洞间距5cm，深度相同，相互支撑，以此完成开挖过程中最难处
理的部分，通过涌水段落工程施工。

图2 隧道截面段施工示意图
1.结论与分析
本文以昔阳（晋冀界）至榆次高速公路太行山隧道为研究对象，在简单论述
隧道工程项目涌水问题的基础上，分析了现阶段国内外关于隧道工程项目涌水问
题处置的研究现状，然后详细分析了昔阳（晋冀界）至榆次高速公路工程项目基
本情况，对昔阳（晋冀界）至榆次高速公路项目的地址情况进行研究分析，最后
以太行山隧道内3#斜井建设过程中遇到的涌水问题详细分析隧道涌水的处理措施，为隧道工程施工中处理相似问题提供了一定经验参考。

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