岩溶隧道防排水施工技术.pdf

西 南 公 路 道瓦斯溢出量，并加强瓦斯监测。隧道瓦斯衬砌段 位置和长度应根据现场瓦斯监测结果确定，当设计6现场实施效果 瓦斯衬砌段检测无瓦斯时，应采用一般段设计施 根据地质勘测资料，洪福隧道将穿过煤系地 3 工； 当检测 吨煤瓦 斯含量 0.5m /t且 瓦斯压力 层，超前钻探及实际开挖结果表明，洪福隧道进口 3 0.15m /t时，可仅在二次衬砌和喷射混凝土采用气密 穿煤层、煤线数层，且局部含炭质岩，洪福隧进口 混凝土则可，其他按一般段施工。 段掌子面放炮后有短时间瓦斯涌出现象，最大绝对 隧道的排水系统设置了水气分离装置，利用瓦 3 瓦斯涌出量达7.65m/min。 斯气体比重较空气小的原理通过该装置排到隧道洞 由于业主、监理、施工单位高度重视洪福隧道 口以外。 的瓦斯防治工作，在制订洪福隧道施工期间瓦斯 防治措施的基础上，严格现场管理，认真执行 5洪福高瓦斯隧道现场管理 洪福隧道施工期间瓦斯防治措施中的有关规 瓦斯隧道的施工以“先探后掘，有疑必探，不 定，洪福隧道于2008年12月得以顺利贯通，未发生 明不进”为指导方针，坚持“超前预测、加强通 任何瓦斯事故。 风、瓦斯检测、杜绝火源”四项基本原则。瓦斯隧 道施工，必须把“一通三防两规范”（通风、防治 7结论 瓦斯、防治煤与瓦斯突出、防火、规范钻爆作业、 瓦斯在近几年来铁路和公路隧道频繁出现的一 规范电气设备管理）作为瓦斯防治工作的重点，建 种危害较大的隧道地质灾害。本文结合洪福高瓦斯 立、落实“一通三防两规范”管理制度，保证“一 隧道的施工过程，在实践中总结了瓦斯隧道施工过 通三防两规范”所需的人员、资金、装备。 程中的预防措施、应对方案、实施效果。根据本文 洪福高瓦斯隧道施工过程中建立了隧道地质超 的成果，得出以下结论。 前预测预报制度，瓦斯检测制度，瓦斯监控系统管 （1）瓦斯是隧道及地下工程的一个重要的地质 理制度，瓦斯防治设备、仪表的维护、校检制度， 灾害。近年来，修建在煤系地层中的公路、铁路隧 通风管理与测风制度，瓦斯排放制度， 隧道揭煤制 道逐年增多，尽管隧道防瓦斯施工技术不断发展， 度，电气设备管理制度，放炮管理制度。实行岗位 但由于瓦斯事故的突发性、变化性和惨重性使得瓦 责任制，严格实施指挥部瓦斯防治管理责任制，项 斯事故仍接连不断。在煤系地层中修建隧道存在三 目部瓦斯防治管理责任制，瓦斯防治专家责任制， 个技术困难：一是煤系地层多数含有瓦斯,有瓦斯爆 瓦斯检查员岗位责任制，超前钻探工岗位责任制， 炸危险；二是瓦斯压力高的地层,存在着煤与瓦斯突 监测工岗位责任制，测风工岗位责任制，洞口安检 出的可能；三是煤系地层一般为软弱围岩，尤其是 员岗位位责任制。 煤层中的软分层，用手可捻成粉碎状。因此，对瓦 洪福高瓦斯隧道施工过程中，为防止瓦斯隧道 斯隧道尤其是高瓦斯隧道施工防治技术的研究尤为 的事故发生，保证员工及其他隧道施工人员的人身 重要。目前我国瓦斯隧道施工技术还处于发展阶 安全，真正做到“安全第一，预防为主”，根据 段，近几年也出现了很多瓦斯隧道施工过程中因各 中华人民共和国安全生产法、建设工程安全 种原因引发的（特）重大事故。因此总结和研究瓦 生产管理条例等安全生产法律法规的有关要求， 斯隧道施工技术是十分必要的 参 照 铁路 瓦斯 隧道 技术 规范 （ TB10120- 200 （2）瓦斯隧道尤其是高瓦斯隧道施工前应根据 2）、煤矿安全规程及相关行业的瓦斯类技术标 该隧道的特点和难点，分析隧道施工、运营过程中 准、规范，制定了洪福隧道施工期间瓦斯防治措 可能存在的危害及风险。瓦斯隧道若施工中开挖、 施。建立了瓦斯通风监控、检测的组织系统、测 通风、揭煤等环节出现纰漏，必将对整个隧道的安 定气象参数、瓦斯浓度、风速、风量等参数，低瓦 全生产造成重大的安全隐患，并将产生巨大的危 斯工区可用便携式瓦检仪，高瓦斯工区和瓦斯突出 害。施工过程中主要的危害有：塌方、窒息、瓦斯 工区除便携式瓦检仪外，并且配置高浓度瓦检仪和 燃烧、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出；（下转第 5 页） 瓦斯自动检测报警断电装置并配备救护队。 岩溶隧道防排水施工技术 (1.四川路桥桥梁工程有限责任公司成都610041 2.四川纳黔高速公路有限责任公司成都610041) 【摘要】厦门至成都高速公路叙岭关隧道位于四川盆地南部边缘与云贵高原的过渡地带，岩溶极其 发育。介绍了该隧道岩溶地质构造，溶洞出水量预测方法及岩溶流水方向，制定出合理、针对性强的治水 方案。 【关键词】岩溶隧道；防排水；施工 【中图分类号】 U455.49【文献标识码】B 12 高杰李林 2.1地下径流模数法 1 工程概况 隧道通过含水地段的正常涌水量Q，按下式计算 叙岭关隧道位于四川省叙永县境内的震东镇南 Q= M Fi 东5km，呈南高北低，为上下行分离的双洞隧道。其 式中：M平均地下径流模数，取自区域水 中左线隧道长4067m，右线隧道长4017m，左右隧道 3 2 文地质普查报告，相应值为21194m/(dkm）；F隧 洞室净距40m。隧道采用复合式衬砌，分围岩类别进 2 道通过含水体地段的集水面积，相应值为22.5km。 行初期支护，按围岩类别进行二次衬砌。 333 则: Q =2119422.5 m /d=476865 m /d=5.522 m/d 隧道地处构造侵蚀、溶蚀峰丛槽谷中山地貌 2.2降水入渗法（一） 区。隧道区大地构造部位处于川黔东西向构造体 Q(Q )=1000X (F a ) 12dcpiii 系，主要有落窝背斜、大安山向斜、柏杨坪向斜、 式中： X 多年月最大降水量的日均降水量， dcp 采桑坪背斜及F1、F2 、F3断层，节理发育。隧道区 取该地区气象站19962006 年计10年观察统计资料， 岩土体可分为第四系松散岩类、钙质泥岩、生物碎 多年月最大降水量为649.9mm（1996年5月），相应 屑灰岩、石灰岩类及碳酸盐岩类。 X 值为20.96mm；F隧道通过含水体地段的集水面 dcp 由上述可以看出，本隧道较典型的地貌有溶 2 积，相应值为5.60(4.07)km ；a降水入渗系数，根 洞、溶槽、岩溶洼地、岩溶漏斗及落水洞。影响隧 据现有区域资料，并参考位于本隧道进口处“U”型 道的水类型有孔隙水、基岩裂隙水、构造裂隙水、 溶槽谷的观察值，并综合考虑计算区段的地形、高 岩溶水。 程、 植 被、 土 壤、 岩 溶等 因 素取 值 0.6（0.7）； 2隧道涌水量预测 k 根据水文地质条件的涌水折减系数，主要受岩溶 根据岩溶水文地质专题研究报告，对隧道采用水赋存空间特征，含水体的富水透水性、地下运移通道 径流模数法和水均衡法中的降水入渗法作涌水量的的连通性及不动力特征等因素影响，取值0.6（0.7）。 3 总体性概略评估，在选取参数时，主要根据野外调 经计算：Q (Q)=29210.03(34371.97)m/d 12 3查结果及区域水文地质资料取值，在集水面积圈定 Q=Q+Q =63582m/d 12 方面，综合考虑地层岩性（控制富水性）、构造 2.3降水入渗法（二） （控制富水段）、地形地貌（影响补给条件）及隧 Q(Q )=2.74(F Xa) 12ii 道位置、埋深等因素影响。实践中使用了3 种方法进 式中：X多年年均降水量，取该地区气象站 行涌水量计算。 19962006 年计10年年均降水量1172.6mm；F隧道 = 2 1j 2010年第4期西南公路XINANGONGLU 140 1 0 141 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 玻璃（ 模数为2.43.4，液度为3045Be）的体积比通 过含 水体 地 段的 集水 面积 （km ），相 应值 为 2 为1:0.51:1，凝结时间几秒到几十秒钟，抗压强度可 5.60(4.07)km ；a降水入渗系数，取值同降水入渗 达50200MPa。注浆加固范围应为隧道开挖轮廓线以 法（一），a取0.6（0.7）。 3 外12倍洞径，注浆段长应取20m 左右，注浆孔孔径 经计算：Q (Q )=10551.54(10642.46)m /d 12 3应为98108mm，注浆终止压力应为泥浆压力的 Q=Q +Q =21194m /d 12 23倍，浆液扩散半径为0.52.0m。第1循环混凝土止 从上述一种方法的计算结果看，径流模数法和 浆墙厚度应为1.02.0m，注浆孔成环状重叠，成为泥 降水入渗法（ 二）反映的是区域性岩溶与地质条件 浆骨架。注浆方式根据泥浆压力、导管插入深度， 而得出的涌水量，可视为“ 平均”的稳定涌水量； 采用袖阀管后退式注浆。 降水入渗法（ 一）反映的是丰水期（ 强降水期）时 4.2.2移位法 的涌水量情况，故涌水量偏大。根据隧道区的岩溶 如果溶洞与地表相连通，为地表的泄水或泄洪 发育特征和水文地质条件，涌水量预测最终取值结果 洞，且在地表层比较明显，那么应在地表进行改 33 为：正常涌水量21194m /d，最大涌水量63582m/d。 沟，并在溶洞口加盖钢筋混凝土盖板，同时在隧道 一侧增加导管，把上下溶洞连通，确保隧道支护不 3岩溶隧道防水原则 承受水压。如果溶洞季节性流水量较大，为裂隙渗 隧道防排水遵循“以排为主，防排结合，因地 水形成的，治水法同暗河处理方案。 制宜，综合治理”的原则，争取在隧道建成之后达到 4.3溶管处理 洞内基本干燥的要求，保证结构和设备的正常使用和 溶管涌水量不大，但是是长流水，而且含泥 行车安全。主要采用- 层共同防、排水方法，即初期 沙，容易堵塞排水管道。若采用外排治水方法，溶 支护、防水层、二次衬砌- 层结构根据涌水量大小制 管的水可能会汇集在隧道支护之后，那么水压力就 定合理防、排水措施：对于暗河、溶洞、溶管，则制 成倍增加，给隧道支护增加了附加力。因此，溶管 定专项治理方案；对于局部渗水，则先预测涌水量情 水的处理应该选择连通方案。通过红外线探水仪， 况，然后根据现场实际情况制定防、排水方案。 探明溶管流水方向，用导管把破坏的溶管连同，但 需预留一定坡度，防止泥沙淤积，堵塞管路。溶管 4初期支护及防、排水施工 处理布置见图1 所示。 4 .1暗河处理 （1）暗河在仰拱上部 暗河若是在仰拱上部，则采用改河的方法，把 河流从拱部沿拱腰、边墙修筑一条不小于原河流断 面的钢筋混凝土导管，把水向下引入原暗河流道。 （2）暗河在仰拱下部 暗河若是在仰拱下部，体积较小，且宽度和深 5防水层施工 度都较小，在隧道底部设置暗涵跨越；若是暗河体 积、规模都较大，采用桥梁跨越。 5.1优化防水材料 4.2溶洞处理 本 隧 道 采 用 1.5mm 厚 单 面 自 粘 式 EVA板 和 24.2.1帷幕注浆法 300g/m 无纺土工布合成的共挤防窜流复合防水板， 如果溶洞较大，占掌子面!50%以上，且为流动 全隧道满铺，该种防水板有耐腐蚀、耐老化、高强 的稀泥浆，地质超前预报预测溶洞顺隧道走向较 力耐穿刺的特性。防水板上布置防渗肋，把隧道划 长，则采用帷幕注双液浆法，一是封堵泥浆，二是 分成不同的防渗区，可有效方便的寻找到漏水位 硬结泥浆，使其有自稳能力，再进行初期支护加固 置。优化防水材料，能够更有效的提高隧道防水效 措施。一般选用水泥浆的水灰比1:1，水泥浆与水 果。防水板的技术要求见表 。 图1溶管处理布置 初支支护 混凝土 新建溶管 发育方向 溶管发育方向 初支支护 新建溶管 发育方向 混凝土 3 高 杰 李 林：岩溶隧道防排水施工技术 30cm的中埋式橡胶止水带，距混凝土表面20cm，用 钢筋卡固定在衬砌台车上，中间用浸沥青木丝板填 塞。 每一 模 混凝 土施 工缝 中间 ， 距混 凝土 表面 20cm处埋设3cm3cm带注浆管橡胶止水条，在施工 过程中模板挡头预埋1.5cm3cm厚的环状木条预留 槽，止水条嵌入槽中一半，另一半嵌在下一模混凝 土中。 5.2防水层施工工艺 6.2防水混凝土 如果隧道局部渗水，那么在初期支护表面设置 二次衬砌采用S8抗渗混凝土，选用复合高效防 型弹簧排水管，并与预埋在隧道边墙纵向10 软 水剂。灌筑混凝土时保证连续性，振捣必须密实。 式透水管相连接，根据渗水量大小适当调整排水管 间距，水管排水量大于渗水流量，保证在1倍以上。 7结束语 若无渗水或者渗水量较小，那么在每个渗水区至少 （1）要想彻底治理好岩溶隧道的涌水、漏水， 设置一道环向HC-3.5半圆软式透水管，透水管与预 应该选用准确、先进的地质预测、预报手段进行涌 埋在隧道边墙纵向10软式透水管相连接，10软 水量预测，然后制定出合理的治水方案，一次根 式透水管必须外裹耐腐蚀塑料布。各种排水管铺设 治，不留后患，确保隧道施工和运营安全。 完备之后，开始防水层施工： （2）岩溶处理应尽量避开雨季和暴雨天气，应 （1）进行初期支护表面杂物清理，把外漏的锚 与地方气象部门取得联系，合理制定治水方案，抢 杆头割掉，突出的混凝土凿平整，再补喷一层混凝 时机、抓旱季施工岩溶区域。 土，确保表面平整、圆顺。 （3）岩溶治水技术关键在于怎么能够判断出岩 （2）铺设衬砌背后的塑料防水板前，在防水板 溶流水方向，如何才能连通破坏的水系，保证隧道 2 内侧（靠近围岩侧）先铺设300g/m无纺布，无纺布 结构不受岩溶水影响。 用暗钉圈固定在喷射砼上。 （4）岩溶治水应以“ 排”为主，尽量在初期 （3）防水板铺设在已固定好的无纺布上，防水 支护之前处理岩溶涌水、漏水，并保证排水管路畅 板带粘性一面须朝向衬砌。 通，防止隧道施工之后管路淤塞。 （4）防水板铺设过程中，一定注意接头焊接。 （5）选用优质、耐腐蚀、耐老化、高强力耐穿 通常采用双缝熔接焊，焊后进行充气检查，合格之 刺的防水材料，能够保持隧道防水系统永远正常。 后，再进行下一道工序。 若是因腐蚀、破损等现象堵塞排水管，造成衬砌背 后积水，给隧道结构产生附加作用力，那么隧道就 6二次衬砌防水施工 产生了安全质量隐患。同时预防因防水板受腐蚀或 6.1止水带、止水条 者老化，导致隧道漏水，给安全行车造成后患。 在变形缝、围岩类别和衬砌类型变化处设置 表1EVA防水板技术参数 拉伸强度/MPa断裂伸长率%加热伸缩量/mm 项目 名称 纵向横向纵向横向延伸收缩 参数 300/50 mm 300/50 mm 40040026 冷温弯折性（- 35） 抗渗透性 （0.3MPa,30min） 无裂痕无透水参数 项目 名称 西 南 公 路 142 1 14 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 玻璃（ 模数为2.43.4，液度为3045Be）的体积比通 过含 水体 地 段的 集水 面积 （km ），相 应值 为 2 为1:0.51:1，凝结时间几秒到几十秒钟，抗压强度可 5.60(4.07)km ；a降水入渗系数，取值同降水入渗 达50200MPa。注浆加固范围应为隧道开挖轮廓线以 法（一），a取0.6（0.7）。 3 外12倍洞径，注浆段长应取20m 左右，注浆孔孔径 经计算：Q (Q )=10551.54(10642.46)m /d 12 3应为98108mm，注浆终止压力应为泥浆压力的 Q=Q +Q =21194m /d 12 23倍，浆液扩散半径为0.52.0m。第1循环混凝土止 从上述一种方法的计算结果看，径流模数法和 浆墙厚度应为1.02.0m，注浆孔成环状重叠，成为泥 降水入渗法（ 二）反映的是区域性岩溶与地质条件 浆骨架。注浆方式根据泥浆压力、导管插入深度， 而得出的涌水量，可视为“ 平均”的稳定涌水量； 采用袖阀管后退式注浆。 降水入渗法（ 一）反映的是丰水期（ 强降水期）时 4.2.2移位法 的涌水量情况，故涌水量偏大。根据隧道区的岩溶 如果溶洞与地表相连通，为地表的泄水或泄洪 发育特征和水文地质条件，涌水量预测最终取值结果 洞，且在地表层比较明显，那么应在地表进行改 33 为：正常涌水量21194m /d，最大涌水量63582m/d。 沟，并在溶洞口加盖钢筋混凝土盖板，同时在隧道 一侧增加导管，把上下溶洞连通，确保隧道支护不 3岩溶隧道防水原则 承受水压。如果溶洞季节性流水量较大，为裂隙渗 隧道防排水遵循“以排为主，防排结合，因地 水形成的，治水法同暗河处理方案。 制宜，综合治理”的原则，争取在隧道建成之后达到 4.3溶管处理 洞内基本干燥的要求，保证结构和设备的正常使用和 溶管涌水量不大，但是是长流水，而且含泥 行车安全。主要采用- 层共同防、排水方法，即初期 沙，容易堵塞排水管道。若采用外排治水方法，溶 支护、防水层、二次衬砌- 层结构根据涌水量大小制 管的水可能会汇集在隧道支护之后，那么水压力就 定合理防、排水措施：对于暗河、溶洞、溶管，则制 成倍增加，给隧道支护增加了附加力。因此，溶管 定专项治理方案；对于局部渗水，则先预测涌水量情 水的处理应该选择连通方案。通过红外线探水仪， 况，然后根据现场实际情况制定防、排水方案。 探明溶管流水方向，用导管把破坏的溶管连同，但 需预留一定坡度，防止泥沙淤积，堵塞管路。溶管 4初期支护及防、排水施工 处理布置见图1 所示。 4 .1暗河处理 （1）暗河在仰拱上部 暗河若是在仰拱上部，则采用改河的方法，把 河流从拱部沿拱腰、边墙修筑一条不小于原河流断 面的钢筋混凝土导管，把水向下引入原暗河流道。 （2）暗河在仰拱下部 暗河若是在仰拱下部，体积较小，且宽度和深 5防水层施工 度都较小，在隧道底部设置暗涵跨越；若是暗河体 积、规模都较大，采用桥梁跨越。 5.1优化防水材料 4.2溶洞处理 本 隧 道 采 用 1.5mm 厚 单 面 自 粘 式 EVA板 和 24.2.1帷幕注浆法 300g/m 无纺土工布合成的共挤防窜流复合防水板， 如果溶洞较大，占掌子面!50%以上，且为流动 全隧道满铺，该种防水板有耐腐蚀、耐老化、高强 的稀泥浆，地质超前预报预测溶洞顺隧道走向较 力耐穿刺的特性。防水板上布置防渗肋，把隧道划 长，则采用帷幕注双液浆法，一是封堵泥浆，二是 分成不同的防渗区，可有效方便的寻找到漏水位 硬结泥浆，使其有自稳能力，再进行初期支护加固 置。优化防水材料，能够更有效的提高隧道防水效 措施。一般选用水泥浆的水灰比1:1，水泥浆与水 果。防水板的技术要求见表 。 图1溶管处理布置 初支支护 混凝土 新建溶管 发育方向 溶管发育方向 初支支护 新建溶管 发育方向 混凝土 3 高 杰 李 林：岩溶隧道防排水施工技术 30cm的中埋式橡胶止水带，距混凝土表面20cm，用 钢筋卡固定在衬砌台车上，中间用浸沥青木丝板填 塞。 每一 模 混凝 土施 工缝 中间 ， 距混 凝土 表面 20cm处埋设3cm3cm带注浆管橡胶止水条，在施工 过程中模板挡头预埋1.5cm3cm厚的环状木条预留 槽，止水条嵌入槽中一半，另一半嵌在下一模混凝 土中。 5.2防水层施工工艺 6.2防水混凝土 如果隧道局部渗水，那么在初期支护表面设置 二次衬砌采用S8抗渗混凝土，选用复合高效防 型弹簧排水管，并与预埋在隧道边墙纵向10 软 水剂。灌筑混凝土时保证连续性，振捣必须密实。 式透水管相连接，根据渗水量大小适当调整排水管 间距，水管排水量大于渗水流量，保证在1倍以上。 7结束语 若无渗水或者渗水量较小，那么在每个渗水区至少 （1）要想彻底治理好岩溶隧道的涌水、漏水， 设置一道环向HC-3.5半圆软式透水管，透水管与预 应该选用准确、先进的地质预测、预报手段进行涌 埋在隧道边墙纵向10软式透水管相连接，10软 水量预测，然后制定出合理的治水方案，一次根 式透水管必须外裹耐腐蚀塑料布。各种排水管铺设 治，不留后患，确保隧道施工和运营安全。 完备之后，开始防水层施工： （2）岩溶处理应尽量避开雨季和暴雨天气，应 （1）进行初期支护表面杂物清理，把外漏的锚 与地方气象部门取得联系，合理制定治水方案，抢 杆头割掉，突出的混凝土凿平整，再补喷一层混凝 时机、抓旱季施工岩溶区域。 土，确保表面平整、圆顺。 （3）岩溶治水技术关键在于怎么能够判断出岩 （2）铺设衬砌背后的塑料防水板前，在防水板 溶流水方向，如何才能连通破坏的水系，保证隧道 2 内侧（靠近围岩侧）先铺设300g/m无纺布，无纺布 结构不受岩溶水影响。 用暗钉圈固定在喷射砼上。 （4）岩溶治水应以“ 排”为主，尽量在初期 （3）防水板铺设在已固定好的无纺布上，防水 支护之前处理岩溶涌水、漏水，并保证排水管路畅 板带粘性一面须朝向衬砌。 通，防止隧道施工之后管路淤塞。 （4）防水板铺设过程中，一定注意接头焊接。 （5）选用优质、耐腐蚀、耐老化、高强力耐穿 通常采用双缝熔接焊，焊后进行充气检查，合格之 刺的防水材料，能够保持隧道防水系统永远正常。 后，再进行下一道工序。 若是因腐蚀、破损等现象堵塞排水管，造成衬砌背 后积水，给隧道结构产生附加作用力，那么隧道就 6二次衬砌防水施工 产生了安全质量隐患。同时预防因防水板受腐蚀或 6.1止水带、止水条 者老化，导致隧道漏水，给安全行车造成后患。 在变形缝、围岩类别和衬砌类型变化处设置 表1EVA防水板技术参数 拉伸强度/MPa断裂伸长率%加热伸缩量/mm 项目 名称 纵向横向纵向横向延伸收缩 参数 300/50 mm 300/50 mm 40040026 冷温弯折性（- 35） 抗渗透性 （0.3MPa,30min） 无裂痕无透水参数 项目 名称 西 南 公 路 142 1 14 学兔兔 w w w .x 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