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陕西省交通建设集团公司延延高速公路建设管理处 陕西延安 716004
摘要：隧道施工中最大的难题是对地下水的处理。因此，在遇到涌水的场合，首先要“治水”。应对隧道工程可能产生的涌水采取防、排、截、堵相结合的方法，因地制宜，综合治理。本文即结合具体工程实例详细阐述了高速公路隧道涌水的成因及隧道涌水的控制措施。
关键词：高速公路；隧道；涌水；大管棚；注浆
一、涌水对隧道施工的影响
采用矿山法在比地下水位低的位置开挖隧道时，通常在开挖地点产生自由水面，发生涌水是不可避免的。由涌水产生的问题可列举如下。
（一）掌子面的稳定性降低
矿山法施工是以掌子面自稳为前提的，但在裂隙发育的脆弱围岩和土砂围岩中，涌水会使掌子面稳定性降低，易于发生拱顶和掌子面的崩塌。
（二）隧道的支护质量降低
涌水使喷混凝土与围岩的附着变差，锚杆的锚固材料易于流失，造成支护质量降低。
（三）基底泥泞化
施工中，隧道的底部的含水比高，施工机械的走行扰乱基底使之泥泞化，造成作业效率和安全性降低。泥泞化显著的场合也会造成支护下沉等，对隧道的稳定性的影响是不能忽视的。
（四）因地下水位降低使地层下沉
地下水位下沉会使地层产生压密下沉，也会对地表面结构物产生有害的影响。地下水位降低因比地表面下沉的范围广，不仅在隧道周边，甚至离开数百米的位置，在粘性土的场合，也会产生压密下沉。
二、隧道涌水量评价
隧道涌水量的评价方法主要有以下几种：
（一）水平衡法
最常用的工具及手段，以水平衡为原理，在查明有保证的根本补给来源的情况下，确定隧道的极限涌水量值，适用于地下水形成较简单的情况，比如小型自流盆地等。
（二）解析法（地下水动力学法）
在隧道涌水量计算中应用较为普遍常用，但是容易受到人力、物力，经济及地形的影响限制。所以基岩地区多用此方法。以稳定流或非稳定流理论的裘布依公式、泰斯公式两大理论为基础，又研究出很多预测隧道涌水量的经验手段。
（三）比拟法
简便快捷，适用于已开工的隧道。预测的精度和试验段的施工段的相似性有关。越相似则精度越高，公式如下：
其中，Q 为隧道的涌水量；Q0为导坑或已开挖的隧道中的涌水量。
三、实例分析
（一）工程概况
某高速公路隧道富水段掌子面围岩多为强风化花岗闪长岩，节理裂隙发育，大面积渗水，稳定性极差。掘进至 ZK111 +725 掌子面时出现多处管状涌水，涌 水量在13m3/ h（312m3/d）左右，YK111 +658掌子面右侧拱腰出现大股状突水（16m3/h）（384m3/d），施工中止。
（二）隧道涌水原因分析
在隧道施工过程中，如果围岩比较松散或者围岩破碎，开挖方式不当、初期支护不及时，很容易造成断层、岩体松散段。地下水在水头压力和其他压力的综合作用下，克服阻力，会通过裂隙以突然的方式涌入隧道，称之为涌水，又称之为突水。涌水突泥不仅对隧道施工造成严重影响，而且给运营带来了极大的不便。
隧址区地下水，区域地貌特点是大梁山山脊，中部较高，隧道进出口的南北两端较低。
1、松散岩类孔隙水
这主要分布于隧址区范围的基岩山间沟谷内。含水岩组由第四系砂土及碎石土组成，平面上沿山间沟谷呈条带状分布，含水层断面呈三角形或梯形，含水层状态为层状，含水层厚度分布不均，一般约 1 m～7 m，最厚处达19.5 m，水量受颗粒级配影响较大。富水性较强，水化学类型为 HCO3-Ca· Mg型，矿化度 200 mg/L～400 mg/L，水质较好。
2、变质岩裂隙水
这主要分布于隧址区基岩山区，含水岩组主要由下太古界集宁群瓦窑口组、右所堡组麻粒岩、片麻岩及变辉绿岩、伟晶岩等组成，含水岩组岩性比较单一，特别是不能按岩性变化区分岩体内的隔水岩组与富水岩组，岩体的富水因素主要决定于岩体所处的外部环境：地形地貌、气候条件和岩体的内在因素：岩体内的各种裂隙（风化、构造）发育程度、裂隙间的结合程度、岩体的构造形态、岩体内分布的断裂构造性质与规模、产状等内外诸多因素，岩体的富水性、透水性及其变化规律严格受上述因素控制。地下水的赋存空间主要为岩体内的各种裂隙，并以普通的变质岩裂隙为主。
（三）隧道涌水的控制措施
1、大管棚施工
（1）大管棚设计
超前支护采用<108大管棚，单根长20m，环向间距30cm，搭接长度3m，拱部按150°范围布置。
（2）注浆参数设计
①注浆材料及配合比：注浆浆液采用水泥浆，水泥采用32.5（R）普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.8∶1～1∶1。
②注浆压力：0.5～1.0MPa。
（3）浆液扩散半径：不小于0.5m。
（4）单根钢管注浆量：
Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β
式中：r为钢管半径；L为钢管总长度，考虑与钻机连接，取25m；R为浆液扩散半径，取0.5m；η为地层孔隙率，堆积体η为12%；α为浆液有效充填率，取0.9；β为浆液损耗系数，取1.15。
经计算，单根钢管注浆量Q=2.66m3。
2、管棚施工
（1）钻孔
①从套拱中预埋的钢套管作为导向管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙，以确保在掌子面进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。
②为避免钻杆太长、钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象，开钻上挑角度控制在3°～5°之间，并用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。 （2）安装管棚钢管
①钻孔完成后及时安设管棚钢管，以避免出现塌孔。
②钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻<8出浆孔；管头焊成圆锥形，以便于入孔。
③接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
（3）注浆
①安装好钢管后即对孔内注浆，随时检查注浆质量。
②注浆参数：C∶S=1∶（0.6～1.0）（体积比），水泥浆水灰比为0.8∶1～1∶1，水玻璃模数为2.6～2.8，水玻璃浓度为35Be’；注浆顺序按“由外到内、间隔跳孔”的原则进行。
③液压注浆机初压控制在0.5～1.0MPa范围，终压为1MPa，持压15min后停止注浆。单孔进浆量应小于10L/min，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
（4）注浆效果检查
检查孔一般地段涌水量应小于0.4L/min，或进行压水试验，在1.0MPa压力下检查孔进水量应小于2L/min·m，否则应加密钻孔注浆。
（二）加强超前地质预报和监控量测
采用地质雷达和超前探孔，加强对涌水坍塌段围岩及坍塌体的探测，防止洞内涌出物清除后隧道洞身发生变形或再次出现坍塌。
（三）采用径向注浆，增设系统锚杆，增强二次衬砌的支撑能力
对坍塌段和坍塌影响段的初期支护进行补强，同时进行径向注浆，注浆深度为8～10m，并增设系统锚杆，改善洞身围岩支撑体系，让洞身围岩注浆后达到较好的自身支撑能力；同时对该段二次衬砌增加钢筋配置，在可能的地段可加厚二次衬砌的混凝土厚度。
（四）做好涌水引排
隧道地下水丰富，隧道涌水量较大，给隧道施工及施工安全造成很大影响。通过对涌水点的涌水进行引排和归槽（采用人工筑槽），将水引至排水沟。
参考文献：
[1]张正星，吴红军.康家楼隧道2号斜井涌水突泥空腔处理技术[J].公路，2014（05）
[2]曹学强.康家楼隧道斜井涌水处治技术研究[J].公路，2014（05）
摘要：隧道施工中最大的难题是对地下水的处理。因此，在遇到涌水的场合，首先要“治水”。应对隧道工程可能产生的涌水采取防、排、截、堵相结合的方法，因地制宜，综合治理。本文即结合具体工程实例详细阐述了高速公路隧道涌水的成因及隧道涌水的控制措施。
关键词：高速公路；隧道；涌水；大管棚；注浆
一、涌水对隧道施工的影响
采用矿山法在比地下水位低的位置开挖隧道时，通常在开挖地点产生自由水面，发生涌水是不可避免的。由涌水产生的问题可列举如下。
（一）掌子面的稳定性降低
矿山法施工是以掌子面自稳为前提的，但在裂隙发育的脆弱围岩和土砂围岩中，涌水会使掌子面稳定性降低，易于发生拱顶和掌子面的崩塌。
（二）隧道的支护质量降低
涌水使喷混凝土与围岩的附着变差，锚杆的锚固材料易于流失，造成支护质量降低。
（三）基底泥泞化
施工中，隧道的底部的含水比高，施工机械的走行扰乱基底使之泥泞化，造成作业效率和安全性降低。泥泞化显著的场合也会造成支护下沉等，对隧道的稳定性的影响是不能忽视的。
（四）因地下水位降低使地层下沉
地下水位下沉会使地层产生压密下沉，也会对地表面结构物产生有害的影响。地下水位降低因比地表面下沉的范围广，不仅在隧道周边，甚至离开数百米的位置，在粘性土的场合，也会产生压密下沉。
二、隧道涌水量评价
隧道涌水量的评价方法主要有以下几种：
（一）水平衡法
最常用的工具及手段，以水平衡为原理，在查明有保证的根本补给来源的情况下，确定隧道的极限涌水量值，适用于地下水形成较简单的情况，比如小型自流盆地等。
（二）解析法（地下水动力学法）
在隧道涌水量计算中应用较为普遍常用，但是容易受到人力、物力，经济及地形的影响限制。所以基岩地区多用此方法。以稳定流或非稳定流理论的裘布依公式、泰斯公式两大理论为基础，又研究出很多预测隧道涌水量的经验手段。
（三）比拟法
简便快捷，适用于已开工的隧道。预测的精度和试验段的施工段的相似性有关。越相似则精度越高，公式如下：
其中，Q 为隧道的涌水量；Q0为导坑或已开挖的隧道中的涌水量。
三、实例分析
（一）工程概况
某高速公路隧道富水段掌子面围岩多为强风化花岗闪长岩，节理裂隙发育，大面积渗水，稳定性极差。掘进至 ZK111 +725 掌子面时出现多处管状涌水，涌 水量在13m3/ h（312m3/d）左右，YK111 +658掌子面右侧拱腰出现大股状突水（16m3/h）（384m3/d），施工中止。
（二）隧道涌水原因分析
在隧道施工过程中，如果围岩比较松散或者围岩破碎，开挖方式不当、初期支护不及时，很容易造成断层、岩体松散段。地下水在水头压力和其他压力的综合作用下，克服阻力，会通过裂隙以突然的方式涌入隧道，称之为涌水，又称之为突水。涌水突泥不仅对隧道施工造成严重影响，而且给运营带来了极大的不便。
隧址区地下水，区域地貌特点是大梁山山脊，中部较高，隧道进出口的南北两端较低。
1、松散岩类孔隙水
这主要分布于隧址区范围的基岩山间沟谷内。含水岩组由第四系砂土及碎石土组成，平面上沿山间沟谷呈条带状分布，含水层断面呈三角形或梯形，含水层状态为层状，含水层厚度分布不均，一般约 1 m～7 m，最厚处达19.5 m，水量受颗粒级配影响较大。富水性较强，水化学类型为 HCO3-Ca· Mg型，矿化度 200 mg/L～400 mg/L，水质较好。
2、变质岩裂隙水
这主要分布于隧址区基岩山区，含水岩组主要由下太古界集宁群瓦窑口组、右所堡组麻粒岩、片麻岩及变辉绿岩、伟晶岩等组成，含水岩组岩性比较单一，特别是不能按岩性变化区分岩体内的隔水岩组与富水岩组，岩体的富水因素主要决定于岩体所处的外部环境：地形地貌、气候条件和岩体的内在因素：岩体内的各种裂隙（风化、构造）发育程度、裂隙间的结合程度、岩体的构造形态、岩体内分布的断裂构造性质与规模、产状等内外诸多因素，岩体的富水性、透水性及其变化规律严格受上述因素控制。地下水的赋存空间主要为岩体内的各种裂隙，并以普通的变质岩裂隙为主。
（三）隧道涌水的控制措施
1、大管棚施工
（1）大管棚设计
超前支护采用<108大管棚，单根长20m，环向间距30cm，搭接长度3m，拱部按150°范围布置。
（2）注浆参数设计
①注浆材料及配合比：注浆浆液采用水泥浆，水泥采用32.5（R）普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.8∶1～1∶1。
②注浆压力：0.5～1.0MPa。
（3）浆液扩散半径：不小于0.5m。
（4）单根钢管注浆量：
Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β
式中：r为钢管半径；L为钢管总长度，考虑与钻机连接，取25m；R为浆液扩散半径，取0.5m；η为地层孔隙率，堆积体η为12%；α为浆液有效充填率，取0.9；β为浆液损耗系数，取1.15。
经计算，单根钢管注浆量Q=2.66m3。
2、管棚施工
（1）钻孔
①从套拱中预埋的钢套管作为导向管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙，以确保在掌子面进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。
②为避免钻杆太长、钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象，开钻上挑角度控制在3°～5°之间，并用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。 （2）安装管棚钢管
①钻孔完成后及时安设管棚钢管，以避免出现塌孔。
②钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻<8出浆孔；管头焊成圆锥形，以便于入孔。
③接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
（3）注浆
①安装好钢管后即对孔内注浆，随时检查注浆质量。
②注浆参数：C∶S=1∶（0.6～1.0）（体积比），水泥浆水灰比为0.8∶1～1∶1，水玻璃模数为2.6～2.8，水玻璃浓度为35Be’；注浆顺序按“由外到内、间隔跳孔”的原则进行。
③液压注浆机初压控制在0.5～1.0MPa范围，终压为1MPa，持压15min后停止注浆。单孔进浆量应小于10L/min，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
（4）注浆效果检查
检查孔一般地段涌水量应小于0.4L/min，或进行压水试验，在1.0MPa压力下检查孔进水量应小于2L/min·m，否则应加密钻孔注浆。
（二）加强超前地质预报和监控量测
采用地质雷达和超前探孔，加强对涌水坍塌段围岩及坍塌体的探测，防止洞内涌出物清除后隧道洞身发生变形或再次出现坍塌。
（三）采用径向注浆，增设系统锚杆，增强二次衬砌的支撑能力
对坍塌段和坍塌影响段的初期支护进行补强，同时进行径向注浆，注浆深度为8～10m，并增设系统锚杆，改善洞身围岩支撑体系，让洞身围岩注浆后达到较好的自身支撑能力；同时对该段二次衬砌增加钢筋配置，在可能的地段可加厚二次衬砌的混凝土厚度。
（四）做好涌水引排
隧道地下水丰富，隧道涌水量较大，给隧道施工及施工安全造成很大影响。通过对涌水点的涌水进行引排和归槽（采用人工筑槽），将水引至排水沟。
参考文献：
[1]张正星，吴红军.康家楼隧道2号斜井涌水突泥空腔处理技术[J].公路，2014（05）
[2]曹学强.康家楼隧道斜井涌水处治技术研究[J].公路，2014（05）