纱帽山隧道涌水治理和防水施工技术

在纱帽山隧道涌水段的处理过程中，针对涌水情况作分析判断，先排水降压，再注浆封堵，最后加强二衬防排水的施工控制，有效地治理了该处涌水，对今后同类问题的处理具有借鉴作用。 [中图分类号]U455.49 [文献标识码] B 1 工程概况 辽宁中部环线本辽高速公路纱帽山隧道位于辽阳市三星村与游击沟之间，为分离式隧道结构型式。隧道右线长1520m；左线长1511.7m。单洞净空10.25m×5.5m，隧道围岩主体由寒武系上寒武统石灰岩、震旦系钓鱼台组石英砂岩、页岩，太古界鞍山群大峪沟组变粒岩以及由于地质活动形成的构造岩等组成。 2006年12月8日，当隧道左线掘进至ZK27+629时，掌子面围岩在打钻过程中突然发生冒水，水柱呈喷射状，直径为40～50mm，长4m，高8m，流量达55m3/h。该掌子面围岩为二云石英片岩夹黑云绿泥斜长变粒岩，岩体破碎，裂隙发育，属于断裂挤压带构造。 2 纱帽山隧道涌水治理技术～ 2.1 洞内抽水机排水，确保工作面不被淹没 由于掌子面涌水量大，加之围岩渗水，整个流量达110m3/h，2h内洞内积水达1m多深。又因线路设计沿隧道掘进方向为反坡，洞内积水无法排出，地下水随时有淹没施工设备和供电线路的危险。为保障正常施工，采用200m3/h抽水机抽水，抽水管长达340m，出口到达洞口顺坡段，24h不间断工作，确保工作面不积水，保证洞内照明和供电安全。抽水期间，工作人员对抽水的流量和时间进行了详细的记录，为以后的变更设计工作提供了文字依据。为了及时掌握涌水流量的变化，每隔一周时间，采用三角堰测流量的简易装置对水量进行测定，水量开始为100～150m3/h，最后逐渐减少到40～50m3/h。 2.2 超前钻孔排水，加强初期支护进行隧道开挖经过对ZK27+629出水点周围钻孔发现，地下水集中在拱顶偏右侧1m的范围内，掌子面其它部位只有少量的渗水。钻孔孔径为50mm，长度为6m，表明集中出水在掌子面6m以前。 经过地质专家对涌水段山顶的踏勘，发现洞顶无地表积水，汇水面积较小，预计总汇水量为6×104～8×104m3。该处海拔为1400m，加之隧道埋深达140～150m，排除了地表积水的可能；再对该处的岩性分析发现，该处围岩为变粒岩，不存在溶岩地质的可能，即不可能出现暗流。通过观察该处围岩状况，掌子面围岩能达到Ⅳ级围岩的标准，经研究决定，该处围岩按S4加强支护形式继续掘进，增加I14工字钢，间距1m，喷锚支护及时施作。 开挖方法由全断面改为上下断面短台阶法进行施工，台阶长度≤5m，循环进尺缩短为1m，为防止开挖后围岩变形过大造成初期支护侵入衬砌净空，预留沉降量20cm，期间加强监控量测工作，发现问题，及时调整支护参数。 随着隧道的掘进，出水点位置由拱顶逐渐向断面右侧下部沿开挖轮廓线移动，围岩完整性和强度也逐渐增加。2006年12月20日，当隧道掘进至ZK27+620断面时，出水点位置固定在掌子面右侧的边墙脚处，不再向前延伸。通过对掌子面的围岩观察发现，该处有一条宽20cm的破碎带，和隧道中线夹角约80°，倾角约为85°，出水范围为拱脚向上1m～2m范围内。出水点随开挖移动剖面见图1。 从ZK27+620往前，围岩明显转好，达到Ⅲ级围岩标准，为不影响正常掘进，决定对该处地下水集中引出。对出水范围内岩层用2根MF12盲沟并排布设，盲沟末端和100塑料排水管连接，加设一层ECB复合防水板，再施作喷锚支护。经过此处理后，地下水由拱脚集中排出，在拱脚处设2m×1.5m×1m的积水坑，抽水机放在坑中抽水，隧道开挖从此不再受地下水的影响。 2.3 注浆小导管封堵地下水 2007年3月经过近3个多月的排水，ZK27+620处的出水流量已经减少到10～20m3/h，期间排水总量达15×104m3，出水点水压已经明显减少，但ZK27+620前后2m范围内也出现了多处局部渗水，经过分析和论证，决定对该段6m范围的围岩进行注浆封堵。 注浆采用水泥-水玻璃双浆液，W∶C=0.8∶1～1.5∶1，水玻璃35Be，C∶S=1∶1～1∶0.3，注浆终压2MPa，注浆速度30～60L/min，凝结时间3～5min，缓凝剂加入1%～3%，扩散半径为1m。 小导管采用50×5热轧无缝钢管，单根长4m，间距60cm×60cm，呈梅花型布置。 小导管注浆施工工序： (1)用全站仪对施工段孔位做精确放样，孔位用红油漆编号注明，派专人看管。 (2)钻孔采用干法成孔，根据不同地质情况灵活级配钻机组合，如遇到卡钻、掉钻等事故时，适当调节工艺参数。 (3)为保障顺利下注浆管，钻孔完成提钻前用高压风冲洗钻孔，使孔壁及孔底岩粉尽量吹出。 (4)注浆管制做严格按设计参数进行，下管遇阻时可以借助钻机加压旋转，以保障下入预定深度。 (5)封孔时将空水泥袋填入孔间间隙，用钢筋捣实至50～80cm。 (6)注浆时如发现周围冒浆，注浆压力不能明显上升等异常情况，应采用间歇注浆法，此时应将注浆凝结时间调整为30～50s，每次注浆1～5min，停40s，待原注入浆液初凝变稠后再注，如此反复可使浆液在小导管周围达到均匀扩散的目的。 (7)浆液搅拌时严格按“水-水泥-砂-水玻璃"的先后次序进行。水泥、砂均要过筛，防止堵塞注浆管路，影响注浆效果。 注浆后，ZK27+620处的涌水明显减少，由股状逐渐变为渗水，地下涌水基本得到封堵。图2为ZK27+620涌水注浆后的情况。 2.4 喷射混凝土防水 注浆后ZK27+620前后2m范围局部还存在渗水(图2)。为减轻以后处理的压力，决定再对渗水部位施作喷射混凝土，喷射混凝土可采用先干喷，再湿喷的方法进行。为增加喷射混凝土的防水能力，在喷射混凝土可加入适当的防水剂。 3 二次衬砌的防水要点 3.1 防水层排水设施施工 作为隧道防水施工的重要环节，必须做好防水隔离层及衬砌背后的环向纵向排水盲沟管，防水板的施工工艺注意以下几点。 (1)防水板悬挂时间不宜过长，应在二衬施工前几天开始，防止土工布因吸水自重加大而下垂。 (2)凿除凸出物，割除锚杆头，防止防水板被尖角割破，影响防水效果。 (3)固定防水板应由拱顶向两侧逐渐展开，防水板尽可能和岩面密贴，防水板挂设时留有余量，以免防水板因混凝土压力而绷坏，拱顶部位存在空洞。 (4)接缝焊接应采用双面焊，保证焊接温度和搭接长度。 3.2 二衬防水施工 二次衬砌施工是隧道施工的最后一道工序，其质量的好坏将直接影响最终的防水效果，本隧道按照设计，二衬为C30防水混凝土，为提高抗渗效果，泵送混凝土加入8%防水剂，现场试验，抗渗效果达到P8级抗渗要求。 施工缝是整个衬砌施工的薄弱环节，在施工中应做好以下工作。 (1)对于环向施工缝，按设计要求增加背贴式止水带和中分式止水带。安装止水带时，要安装牢固，背贴式止水带要用挡头板夹紧，中分式止水带要用钢筋卡固定，钢筋卡再用挡头板固定，浇注混凝土时要防止止水带移动。 (2)对于间歇灌注形成的施工缝，应将混凝土表面凿毛，清除表面浮浆，高压水清洗表面，铺一层同标号的水泥砂浆。 4 结束语 (1)涌水处理过程中，打孔排水是前提条件，认真探明地质情况，为注浆封堵提供条件有着重要意义。 (2)涌水治理注浆是关键，注浆过程中要及时观察注浆效果，根据围岩情况及时调整注浆参数，确保浆液充分扩散、凝结，必要时要采用间歇注浆，达到较好的封堵作用。 经过上述处理后，ZK27+629～ZK27+620段施工二衬后达到了“不滴，不渗，不漏"的效果，排水系统畅通，达到了预期的效果，其成功经验可为类似工程的施工提供一定的借鉴作用。