岩溶隧道地下水防治施工技术

客运专线岩溶隧道地下水防治
摘要：岩溶隧道地下水是导致隧道地质灾害发生的主要原因之一。

科学合理的地下水防治方法是保障施工安全的基础，本文以实际工程为例，介绍了岩溶隧道地下水处置的基本原则和工程对策，提出了对岩溶隧道地下水处置的建议。

关键词：隧道；地下水；防治
0.引言
造成隧道工程地质灾害的重要因素就是岩溶与地下水，高压富水岩溶地层是经过地表层水以及地下水在补给、渗漏、循环以及径流过程中，可溶性岩层受到了物理破坏作用和化学物质溶解，使之形成了一种特殊性的地质环境。

隧道穿越高压富水岩溶地层，由于地下水的渗透性和对岩层的侵蚀作用，极易发生涌水、突泥、坍塌等地质灾害，也造成了对地下水资源的浪费。

如何解决富水岩溶隧道灾害防治和对地下水的有效利用问题，是亟待解决的技术难题。

本文依托工程实践，应用超前预报、超前钻孔、超前帷幕注浆及地下水引流利用技术，解决了上述问题，以期对类似工程提供参考。

1.工程背景
DK593+466.41～DK623+941，该项目施工任务共30.520km。

全长20761m，管段内共12.5座隧道。

属云贵高原剥蚀—溶蚀低中山、低山丘陵和高原盆地地貌，沿线主要位于云贵高原及边缘过渡地带。

岩性主要是灰岩、白云岩类可溶岩，板岩、泥岩、砂岩、页岩及煤系地层相间分布，局部地段有玄武岩分布。

不良地质主要有岩溶，且岩溶发育。

线路穿越可溶性碳酸盐岩地层，地下形态主要是溶洞、落水洞等。

地下水入渗条件较好，主要为岩溶裂隙水，在开挖过程中经常遇见地下岩溶洞穴、溶洞以及岩溶裂隙水等，并伴随着突水、突泥，且出水点多而分散。

其中以茅坪山隧道涌水最为严重，最大涌水量可达到72200m3/d。

地质灾害风险极大，岩溶水防治是隧道工程施工的重点和难点。

2.溶洞水处理的基本原则
在溶洞处理过程中应本着"方案合理、结构安全、保持水土环境、施工易操作、工程成本低"的原则，确保隧道通过岩溶地段时顺畅安全。

对于岩溶水的处
理原则主要采用排堵结合、以排为主、带水施工，二衬施工时对隧道结构防排水进行加强设计施工的处理方法，部分地段采用超前帷幕注浆堵水方式进行处理。

3. 岩溶水预防技术
对于已探明的岩溶区域，为保证隧道施工的安全性，主要是以预防为主，常用的岩溶预防措施主要有地质预报与超前钻孔、超前支护、短进尺与弱爆破、信息管理等措施。

3.1 地质预报与超前钻孔结合运用
由于隧道地质复杂，必须未雨绸缪，在正式施工前掌握隧道地质情况，即在管理实施中纳入超前地质预报，根据设计文件有关资料，在隧道施工前利用TSP、红外探水、地质雷达及地质素描等手段对掌子面实施超前地质预报，以查明溶洞的分布范围、类型情况（大小、有无水、溶洞是否在发育中及有无充填物）、岩层的稳定程度和地下水流情况（有无长期补给来源，雨季水量有无增长）等。

在施工时根据地质预报资料并结合现场情况采用超前地质水平钻孔手段进一步探明前方岩溶地质，尽量摸清其分布及发育的状态和规模，由此来判断其产生的危害性及影响程度，从而决定下一步的施工预防和技术措施。

施工时利用超前水平地质钻机对开挖前进方向进行30--60m的钻探，一般可按照断面大小布设3～6个孔，拱顶及拱脚尽量都布设钻孔，钻机钻孔时要固定牢固，不得随意摆动。

在岩溶高发地段，必要时结合风钻进行5m超前钻孔，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。

3.2 超前帷幕注浆
当探明前方为可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部地段时，根据地质预报资料，预测水压大于 1.5Mpa，涌水量难以控制，开挖后围岩无法自稳极可能产生严重突水突泥地段，采用超前帷幕注浆。

注浆钻孔的布置,应综合考虑多项因素，包括钻孔作业要求、毛洞断面大小、含水层分布情况、岩溶（岩层裂隙）发育情况、单个注浆钻孔的作用范围、注浆段长、注浆范围等，超前预注浆注浆钻孔宜长短结合并呈伞形辐射状布置，施工中则应根据具体情况适当调整。

帷幕注浆孔口布置图见图4-1,注浆纵断面布置见图4-2。

图4-1 孔口布置图图4-2 注浆纵断面布置图开挖后先对掌子面进行压浆固结，以增加掌子面的稳定性。

压浆采取全断面超前帷幕注浆，加固范围掌子面及开挖轮廓线外5m～8m，钻孔深度30m，注浆压力0.5～3.0MPa。

浆液扩散半径为2.0～3.0m，注浆方式采取前进式分段注浆，分段长3m～5m ，即钻进3m～5m ，注3m～5m。

注浆材料采用水泥单液浆或水泥水玻璃双液浆。

采用定量定压相结合方式进行注浆结束标准控制。

结束注浆的标准是注浆压力达到设计终压，但是注浆量达到设计注浆量的80 %以上，只有达到上述标准，才能结束注浆。

注浆参数见表4-1。

4.隧道地下水利用
对于失水地区可以采用设置洞口集水池收集涌水，安装多级泵，通过抽水向蓄水池送水，失水村落分别修建蓄水池进行输水。

以茅坪山隧道为例，对隧道地下水的引流方案如图1所示。

图3 反坡排水平面示意图
地下水的再利用方法施工流程如下：施工准备——调查隧道内适合人畜及灌溉使用水源——“生活饮用水水源水”水质分析检验——测量水量——测绘布管路线位置及高程——施做集水池（与压力池及蓄水池可同时施做）——布设管道(泵房建设可同时施做)——安设水泵——初始调整——正常运营。

地下水利用方案的关键在于：
a).掌握了隧道区域水文地质和环境特点，即反坡隧道施工、大型充填溶洞、断层岩溶角砾岩等区段隧道施工涌水安全风险大；岩溶地下水难以和不宜水封堵，区域地面居民生活及生产的地下水资源施工流失风险大。

b).根据本富水岩溶隧道反坡施工情况，设计并制订了隧道常规和最大涌水位置的反坡排水总体方法和设备选型配套，并在隧道底部具有落水洞处研发应用了浮力自动启闭单向排水装置，可减少按装隧道排水设施，降低工程费用及耗能。

c).根据复杂岩溶地质区岩溶地下水不宜封堵、区域环境地下水资源流失敏感的特点，采用洞内岩溶裂隙地下水丰富区隧道洞内侧边钻井集水、引水洞、洞外引水管等措施，解决地表居民生活和灌溉用水，形成流失地下水的再利用方法。

5.结论与建议
隧道在施工过程中未发生一起安全事故，岩溶水的防治方案科学合理，保障是隧道施工质量和进度。

对防治方案总结如下：
1.超前地质预报结合超前钻孔是指导隧道岩溶水防治的基础，其预测精细化程度直接关系到岩溶水处置方案的效果。

2.超前帷幕注浆对岩溶水具有一定隔断、封堵作用，工程应用效果显著。

3.对于特殊地理环境，要充分探查水文地质情况，在施工过程中对岩溶水的处置方案要充分考虑地下水的引流、地下的局部汇聚等特殊因素，防治地下水对铁路后期运营造成安全隐患。

参考文献
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