浅谈隧道斜井施工反坡排水及涌水封堵处理技术

王全亮

中铁六局集团太原铁路建设有限公司 太原 030013

摘要：静乐丰润至兴县黑峪口高速公路大万山特长隧道1#斜井位于正洞K37+169.73右侧533m处，斜井井底与右线正洞交叉里程为K38+370，夹角22°14′38″，斜井洞身水平长1325m，高差136.85m，斜长1332.79m，斜井主通道坡度为-12%，中间设置6处缓冲平台（每处长35m），坡度-3%。论文详细介绍了斜井施工过程中洞内突发涌水的原因、处置措施及出水点封堵施工工艺等相关技术措施。

关键词：隧道工程 隧道涌水 反坡排水 封堵 安全质量

大万山隧道1#斜井含水段累计长度1315m，非含水段长度32m，洞体正常涌水量推荐值为410m³/d；古德曼经验公式法计算最大涌水量为828m³/d。其中中富水洞身累计长度420m，无强富水段落。

斜井施工中，掌子面K0+977处出现突发大量涌水，仅1小时内就将掌子面整体倒灌，经现场抽排水过程中对涌水量进行统计，掌子面平均涌水量约118m³/h，与洞体正常涌水量推荐值为410m³/d严重不符，造成施工降效。本文详细阐述了对斜井涌水的具体处理措施及针对局部集中出水点采取封堵处理等技术要点，确保涌水处理的合理性及安全性。

1.工程概况

静乐丰润至兴县黑峪口高速公路大万山隧道1#斜井，位于上明乡庄上村西南侧沟内，斜井洞口位置在正洞K37+169.73右侧533m处，与右线正洞交叉里程为K38+370，与正洞夹角22°14′38″，斜井洞身水平长1325m，高差为136.85m，斜长1332.79m，纵断面设计综合考虑斜井的出渣行驶安全等因素，共设置6处缓冲平台（每处35m），坡度3%。斜井主通道坡度为-12%，张角4.75°，排风道纵坡12%，送风道纵坡1.06%，排烟道采用在右洞上方打入左侧主洞设计方案，在接入位置采用增大右洞截面通过。

2.施工技术特点

2.1斜井坡度大，施工通风、排水、风水管电线布设等较为困难，上下导坑、仰拱及二衬施工相互干扰，交叉作业工效降低。

2.2二衬施工难度大，斜井长度为1332.79m，坡度为-12%，为保证安全步距，二衬从上向下施工，对于二衬台车的行走、定位、混凝土浇筑等工序存在较多安全隐患。

2.3斜井埋深136.85m，施工过程中，受季节性影响、地表裂隙水汇入洞内，给斜井掘进及抽排水增加了较大难度。

2.4斜井施工中，洞身及掌子面涌水点频发，且涌水量大于100m³/h，给反坡施工排水及涌水点封堵带来较多施工技术难题。

2.5受涌水汇集影响，给掌子面钻眼方向、装药以及爆破综合进尺带来严重技术挑战。

3.隧道涌水引排及封堵技术措施

3.1隧道涌水情况

大万山隧道1#斜井施工至掌子面里程K0+978时，在隧底上方高约50cm处突发两股中等规模的裂隙涌水，片刻之间渗水量开始逐步加大，并迅速发展为喷射状承压涌水，实测最大涌水量达4872m³/天，涌水持续时间7日之久。

大万山隧道1#斜井地勘报告、超前地质预报预测涌水情况及实际施工涌水情况如下表:

地勘报告、超前地质预报预测涌水情况及实际施工涌水情况

3.2隧道涌水原因分析

3.2.1地质构造分析

大万山隧道1#斜井受到地质构造影响较严重的桩号为K0+977～K0+400。其中在K0+977～K0+900区间中的涌水，受到F2走滑断裂构造的影响，为断层涌水。

3.2.2水源成因分析

大万山隧道1#斜井，涌水区间大多为角闪片岩、变粒岩、千枚岩、糜棱岩、角闪变粒岩等，其均为非可溶岩。结合现场情况及物探结论可知，发生涌水时与地面降雨之间未见明显的补给关联，涌水生要来源于基岩裂隙水，且水量非常丰富。

3.3隧道涌水治理措施

通过实测大万山隧道1#斜井最大涌水量及1#斜井客观的反坡排水实际情况分析，拟采取“排+堵”相结合的治理措施，即先对涌水进行引排，再对局部出水点进行封堵。根据洞内涌水量随着开挖掘进逐段递增的实际情况，在充分考虑实测最大涌水量的情况下，在抽排各级泵站的水泵选型上，遵循涌水量自下而上递增的实际，并考虑雨季影响，进行各级泵站的水泵组合最优配置。且在隧道初支成型段，局部段落集中出水点配合双液注浆堵，以实现最好治理效果。

3.3.1涌水引排总体方案

为确保隧道围岩的稳定和施工安全顺利掘进，需及时将掌子面涌水抽排至洞外，现场采取“横向截水+纵向抽排”综合排水体系方案，即根据涌水量情况，首先沿斜井洞身纵向隔一定距离设置横向单坡截水沟，将斜井地面汇水进行划区规范；其次将若干横向区段截水，集中汇集至斜井地面纵向排水沟；最后通过斜井洞身纵向设置的三级沉淀池集中沉淀后，由大功率污水泵集中抽排至洞外。

根据大万山隧道1#斜井涌水量情况，分别设置“引截、抽排”治理措施；即沿斜井地面，在缓坡平台处设置横向引截水沟，并沿斜井洞身边沟分级设置固定式（带沉淀）抽排泵站及中转集水池，在掌子面10m范围内设置设置胶管小功率移动式污水泵。

3.3.1.1引排设备配置

本文实测大万山隧道1#斜井K0+400-K0+800范围掌子面最小涌水量为33m³/h，最大涌水量为203m³/h，平均出水量118m³/h。按平均涌水量配置抽排设备，以满足掌子面涌水在2个小时内全部抽完为原则，则掌子面最少需配备5台7.5kw污水泵，2台30kw污水泵；集水池最少需配备3台30kw离心泵，1台15kw增压泵；每处固定泵站设置1台140kw污水泵。其配置理论为：

1、 7.5kw污水泵在既有扬程40m的范围内，理论抽水量20m³/h，有效率为55%，即在既有效率情况下理论抽水量为11m³/h；根据掌子面距集水池的距离计算，扬程在允许范围内，掌子面5台7.5kw污水泵理论抽水量为55m³/h，在考虑到20%水泵老化折损抽水能力，故5台7.5kw污水泵理论抽水量为44m³/h。

2、30kw离心泵在既有扬程50m的范围内，理论出水量为100m³/h，有效率为70%，即在既有效率情况下理论抽水量为70m³/h；在考虑到20%水泵老化折损抽水能力，故1台30kw污水泵理论抽水量为56m³/h。

3、30kw污水泵，既有扬程为70m，理论最大抽水量为70m³/h，有效率为60%，即在既有效率情况下理论抽水量为42m³/h，由于有增压泵进行辅助增压，故不考虑到水泵老化折损抽水能力等因素。

4、设备配置表

3.3.1.2 引排技术措施

1、考虑及时充分汇集掌子面涌水，做到将洞身段汇水与掌子面涌水进行分区排放，则在临近掌子面10m范围内设置临时钢板围堰，在钢板围堰里面放置5台7.5KW胶管污水泵及2台30KW污水泵，将掌子面汇集的水尽可能直接抽排至临时集水池（固定带沉淀泵站到掌子面之间每隔80m设置一道临时截水沟及临时集水池），临时集水池内放置3台30KW污水泵，通过接力的方式将水抽排至固定带沉淀泵站。

2、本方案分别在斜井洞口向内600m和1000m两处位置，分别设置固定带沉淀抽排固定泵站；固定泵站沉淀池自左向右分三个区域，分别为一级、二级、三级沉淀池（6m/3m/3m），且在三级沉淀区内放置1台工业级潜水排污泵（功率140KW、流量200m³/h，扬程100m）；沉淀池之间用两块1.5m×1.55m厚1cm的钢板进行隔离，钢板正反两侧焊接10#槽钢加强，防止变形。在钢板对应沟壁位置利用膨胀螺栓制作简易角钢抽拉槽，钢板上部焊接吊环，便于清理沉淀池内淤泥。一、二级沉淀池间钢板为全封闭普通钢板，二、三级沉淀池间钢板上钻孔，钢板外裹土工布一层，便于污水过滤渗透。

3、为确保固定带沉淀泵站三级沉淀池顶面与斜井调平层顶面保持一致，不影响施工车辆通行，故而在固定带沉淀泵站沉淀池顶口，采用I16工字钢焊接1cm钢板作为水沟盖板， 进行整幅铺盖；考虑抽排工作必须连续进行，现场将随时备用足够数量的大功率污水泵、离心泵及相应配套管路，并备用足够功率的发电机组，确保应急保障。

4、对于反坡掘进的富水隧道而言，全程采取“截+排”措施尤为重要。本方案根据洞内出水点位置，从斜井洞口至成型二衬之间的每处变坡平台位置均设置了横向贯通型截水沟（0.6m×0.4m），将相邻变坡平台间的洞身地面汇水统一归集至侧沟集水池（1.2m×1.2m×1m）内，集水池利用斜井自然坡度，将集满的水，通过纵向贯通侧沟汇至下方集水池，最终统一引排至固定带沉淀抽排泵站，集中抽排至洞外。

3.3.2涌水封堵总体方案

3.3.2.1对边墙及底板局部出水部位进行单点基面处理，主要是以单个出水点为圆心，对于拱顶局部淋水点，注浆范围至少要在处理淋水点区域外侧向外5米，进行钻孔，钻孔3个为一个单位（包含注浆孔1个、泄压孔1个、引流孔1个），布置钻孔的目的是导流集水；最后在区域范围内制作承压止浆岩盘进行注浆，完成出水点的涌水封堵。注浆选用材料主要为水泥、水玻璃、无机化学堵水材料。

3.3.2.3封堵施工要求

1、对治理段部位破碎带进行临时加固，形成表面机理承压止浆盘，待注浆承压，目的防止跑浆、串浆，集中封堵涌水。

2、清理至基岩，通过钻孔，寻找出水裂隙，进行注浆，注浆泵压力设计为静水压力的2～3倍，也可根据现场实际情况进行调节。

3、注浆过程中细致观察，围岩、支护自稳能力，及整体出水部位，通过注浆要前后形成对比，便于达到整体质量效果。

（1）施工设备、材料参数

1）注浆钻机及注浆设备工具

2）ZTY-28风钻3台，钻头φ42；

3）搅拌桶QJB-250气动双层搅拌桶一台；

4）2ZBQ-6/15型两用型气动注浆泵2台；

5）孔口管、混合器、抗震压力表、吸浆管、高压胶管；

6）混合器：选用人字型三通混合器；

7）抗震压力表：选用YK-1型耐压160Kgf/cm2的抗震压力表；

8）高压胶管：选用直径20mm双层钢丝编制的高压胶管,允许压力25MPa。

（2）注浆材料及主要性能

注浆材料是注浆堵水工程中的一个重要组成部分，它关系到注浆工艺、工期、成本及注浆效果。因此，注浆材料是直接影响注浆经济指标的重要因素。

1）选用RSS-化学堵水材料和水泥交叉注浆，消除淋渗水以达到治理目标为原则。

2）根据岩层的渗水原因选用注浆材料，在岩层孔隙较小的情况下选用RSS-液体无机化学堵水材料，受注面裂隙较大，为防止跑浆、串浆，需要选用RSS-无机速凝粉状化学堵水材料。

RSS无机化学堵水材料参数

3）RSS-速凝粉状化学堵水材料是一种速凝型高效防潮，抗渗，堵漏材料，也是极好的无机粘结材料，该材料为单组份，灰白色粉料，分为速凝型和缓凝型两种，速凝型主要用于抗渗堵漏，而缓凝型主要用于防潮，防渗。

（3）施工工艺

1）钻孔

①对隧道边墙及底板涌水部位，进行区域划分，以单点出水为圆心，根据现场实际情况设计以1米或者若干米为半径的圆，进行基面处理开挖至基岩，寻找出水裂隙。对出水裂隙进行直接钻孔，孔深设计1～3米，根据现场情况而定，设计钻孔以3个孔（泄压孔、导流孔、注浆孔）为一个单位，单位数量根据现场情况而定，钻孔完成后，进行填埋，采用速凝粉状化学堵水材料，层层累计形成承压止浆垫，防止跑浆串浆；

②隧道拱顶涌水设计涌水区域，根据现场单点外缘边侧向外延伸5米范围，确定区域，进行布置梅花型钻孔，钻孔深度1～3米，根据实际情况而定，钻孔完成下放孔口管套装，制作承压止浆垫。承压止浆垫均采用RSS速凝粉状化学堵水材料进行制作，保证管口能够很好承压，完成整体注浆。

2）注浆

①注浆流程

清理基面加固→布设钻孔→注浆材料→注浆泵→输浆管→控制阀→孔口管→注浆→停浆→封孔→冲洗管路→倒孔→补设加密孔→二次注浆→再封孔→清理→冲洗管路

②注浆顺序

注浆从下往上依次注浆，水泥浆单液浆采用循环式注浆；RSS-无机化学堵水材料双液浆采用一次性纯压式注浆。

③施工采用低密度，扩散性强的RSS-系列高分子无机化学堵水材料结合水泥基注浆材料。水泥水灰比为1:1（质量比），无机化学材料浆液与水泥浆为1:1（体积比），注浆初始压2—5MPa；

④每次针对钻孔注浆都要进行交叉进行，必要时现场配备两台注浆泵同时施工，保证一次性完成整体封堵。

3）观察，复注，清场

①每个钻孔一次性注浆完成后，停泵，观察半小时，敲打注浆管。

②进行复注，保证浆液注浆孔内的饱和度，密实性。

③清理施工现场，做到施工标准化。

4.结束语

斜井施工反坡排水及涌水封堵处理技术，坚持“以排为主、排堵结合”的治理原则，对已开挖段渗漏及涌水采取“纵横截排+注浆封堵”进行综合处理，并随时加强施工期间涌水量的监测及预测，根据预计的涌水量，合理修正抽排及封堵方案。

通过切实可行的“横向截水+纵向抽排+注浆封堵”综合技术措施，辅以“科学组织管理、严谨规范操作”成功解决了大万山特长隧道1#斜井突发中等规模的断层涌水后带来的系列施工技术难题，达到了预期的效果；在确保施工安全质量的前提下，大大的改善了施工现场环境，确保了施工进度。

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