山岭隧道高压涌水的环境危害与治理

山岭隧道高压涌水的环境危害与治理

游冬

贵州路桥集团有限公司 贵州 贵阳

摘要：涌水是侵蚀隧道工程的主要因素。结合现有隧道设计和施工技术，分析了控制水土流失的主要环节和难点。提出在水文地质勘探监测基地规划中，采用超前预注浆降压和限制涌水量是关键技术之一。研究成果已应用于岩溶隧道施工中，取得了一定的效果。

关键词：隧道；高压涌水；环境危害；控制技术

随着隧道的建设的增加，日益严重的是隧道涌水引起的环境问题。施工预防是一个很难解决的问题。以往“以排水为主”的设计策略长期以来对山区隧道的生态造成了负面影响，使我们付出了高昂的代价。

一、影响因素及控制难度

山岭隧道施工对自然环境产生较大影响的因素有:第一地面改造。临建及便道的危害性是土地硬化、粉尘、噪声、边坡失稳河道堵塞、固体废弃物等。建材开采危害性是植被破坏、水土流失、噪声、粉尘、固体废弃物等。弃渣危害性是，堵塞河道、形成人工岩堆。污水危害性是污染地表及地下水源。第二隧道施工。洞门刷方危害性是破坏植被,改变地貌与景观。噪声烟尘及尾气危害性是损害健康。射线与气体危害性是。损害健康,引起爆炸、燃烧。坍方涌水危害性是施工安全与资源浪费、地面塌陷与资源浪费、水土流失、地面沉陷。隧道水土流失的主要因素是涌水，施工控制难度大。其危害性主要表现在以下几个方面：

1.地下水位下降了。如果地下水位超过300米，地下水位将沿隧道急剧下降。

2.地面沉降区水土流失造成隧道穿越、砂石等固体物质和大量流水，造成隧道施工沉降和坍塌等环境问题。

3.危及施工安全。隧道涌水、涌泥严重威胁施工安全。

二、高压富水隧道防水设计与施工技术分析

1.防水设计分析。（1）设计理念。随着隧道排水环境问题的出现，隧道防水的概念被简单地考虑隧道的安全和功能防水所取代的“以排水为主”向“以堵为主，限量排放”，兼顾环境保护的方向发展。大多数设计隧道都给出了排水允许值，即位移控制，这是工程验收的重要组成部分。（2）抗渗性和支座设计。在山区隧道结构设计中，经常采用排水设计。本设计可归纳为围岩注浆防渗结构+隧道衬砌模型（图1）。

图1隧道抗渗设计模式及水压力分布示意图

2.施工技术分析。（1）防渗层施工技术。目前，在高水压区防渗层施工中，主要采用超前注浆和径向注浆。根据研究资料和有限元分析，注浆对改善断层带围岩应力分布、控制围岩变形具有重要作用。根据研究成果，水工隧洞系数折减法，考虑围岩、裂缝和衬砌的渗透性，外水压力折减率约为0~40%，主要取决于防渗层的施工质量，即：降低渗透率的效果。工程实践和研究结果表明，该山区隧道防渗层为5～8m厚度，性价比较高。调查地质、灌浆技术和质量检测技术是保证防渗层质量的三个重要环节。目前，地质勘探和灌浆质量检测主要采用钻孔法和物探法，不能满足施工要求是精度和内容。（2）灌浆材料与工艺。目前在灌浆基料的选择上，一般使用一定强度的水泥(如C35)在形成不透水承载力和降低地层渗透性方面起着重要作用。通过添加外加剂，可以调节水泥浆的凝结时间和机械性能，从而控制流动水泥浆距离，水泥浆从而提高力学性能。该技术已取得了许多成果，其中成本控制是关键。

三、某工程涌水危害及治理

进口共1675m段为碳酸盐岩地质岩溶隧道。地表岩溶地貌以岩溶峰谷为主，发育岩溶冲沟、岩溶槽和岩芽。包括溶洞、裂隙岩溶和岩溶管道（地下河）。约120～650m隧道埋深，最大压力3～4.6mpa。采用排水复合衬砌。全隧控制位移为0.23m3/（D·m）。二次衬砌为钢-混凝土结构，厚度45-55cm。抗渗不低于P8等级，施工方法为一级防水。

1.涌水量及环境影响概述。隧道水平导板施工至PDK1+481段时，注浆过程中出现涌水、涌泥现象。隧道的深度是2.2米。根据现场情况，立即停止灌浆，撤离施工设备和灌浆材料，启动应急预案。涌水和涌水见图2和图3。

图2平导PDK 1+481掌子面出水位置(单位:m)

图3涌水在平导中形成深度约60 cm的河流

2. 涌水机理及风险评价。在分析地质构造、岩溶发育、地表地质填图、钻孔地质记录等资料的基础上，结合物探、钻探资料，分析了突水机理，得出了突水机理：涌水和涌泥是通过隧道岩溶水溶性嵌缝（管）与断层层有关，施工过程中地层扰动的泥水压力破坏了岩石隧道泄洪道的岩溶水排泄，造成大量的水和泥浆涌出。通过涌水危险性分析，得出巷道整个工作面处于断层带内，巷道纵轴呈二维延伸，难以绕开。岩溶管道含水量大，主要分布在隧道左侧。主要危害有：（1）围岩承载力降低。涌水和浸水将直接降低隧道围岩的承载力，恶化隧道围岩的稳定性。特别是隧道底板仍处于断层带。导致整体坍塌和沉降是因为稳定性降低，过长的浸泡时间。（2）土壤侵蚀。根据对地表和隧道内水文观测的分析，水体单位是该地区的主要水道及排水量，适用于下游和下游居民的生产生活。长时间的大量排放可能小面积导致土壤侵蚀、地表退化和断层扩大，以及后期对环境的重大影响。在此基础上，对施工提出如下建议：基底稳定措施十分重要；掌心后开挖段初期支护的加固部分应足够长，以承受可能的动、静荷载（水流、土石方）；超前支护措施的单环长度应大而不小，强而不弱。治水方案主要是封堵和控制排水时间。施工后期无环境隐患。

3.控制计划的制定和实施。环境问题是排水造成的，并留下环境生态隐患，但如果出现硬块，不仅现有施工工艺难以施工，而且对支撑结构造成较大的水压，

这可能是对结构安全的威胁。我们面临着安全与环境之间的冲突。经讨论，提出了处理方案和建筑措施。总体治水方案的思路是“引排、限量、限时”。施工方案：掘进工作面注浆墙施工完毕后，进行全断面超前帷幕灌浆和围岩径向灌浆。灌浆范围为墙外5～8m，径向灌浆3～5M，中心涌水20～30m里程前后；超前支护小导管，开挖台阶后5M进行径向灌浆；后方初期支护加强；加强水文监测对结构裂缝位移和内力的监测。总结本工程的综合治理技术如下：（1）地质优先预报。通过地质填图、物探、隧道内外地质钻探等手段，研究了不良地质涌水区的分布空间、性质、含水层形态、富水特征及水文参数。结合隧道施工理论，分析了隧道施工对工程的危害，并提出了施工建议。（2）控制区灌浆合格。全断面帷幕灌浆采用“分区、分区、集中、封堵”的策略。通过调整灌浆方案和工艺参数，在涌水段严格执行控制区的灌浆质量标准，实现控制区内的灌浆；遵循“钻孔导水，一次封孔一次”的原则，采用“分散回用，集中使用”的方法局部渗漏水采用“封堵”。通过技术措施的实施，将防渗层排水和二次衬砌水压控制在设计允许范围内。

4.防治效果检查。从防渗层施工到工程竣工，历时45天。经处理后，现场观测表明，地表裂缝未进一步发育，山体稳定，地下水位无进一步下降趋势。雷达测得的第二层渗透系数约为4MPa/m，即第二层的有效渗透系数。隧道内发生了10多起喷水事故，并成功地采用了相同的综合控制策略。全隧未发生突水事故，造成人员和财产损失。与以往同类工程相比，涌水造成的水土流失有所缓解。水位下降面积小于5km2，水断层面积小于0.6km2。通过在供水区新建供水渠道，有效控制了影响。

结果表明，引起水土流失隧道涌水量主要工程因素。“限水层设计”的关键原则是降低围岩水压。地质勘查和水文监测是水处理方案的基础，勘探方案必须继续进行局部地质调查，超前注浆减压、限制排水及相关施工技术是防治水土流失的有效方法。

参考文献:

1. 李浩.隧道防水工程对化学灌浆技术的需求[N/OL].中国灌浆网,2018-08-07.

[2]王苗.关于我国隧道工程的技术进步[J].铁道科学,2018,22(1):72-77.