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隧道变形及其控制技术(4)
涌水对策及围岩补强
(一)涌水对策
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”, 才能谈到其它,这是不言而喻的。
地下水是造成掌子面不稳定的因素之一,围岩遇水后的强度降低,粒子间的
有效应力减小,土的抗剪强度减少等都是造成掌子面不稳定的原因。这些问题在
土砂围岩中尤为严重。
伴随涌水造成掌子面不稳定的现象,是一个起因于水的流动问题。流出的地
下水流速超过保持围岩稳定的极限流速 v 后,掌子面就处于一种流沙状态,完全
丧失了自稳性。因此在隧道中地下水对策的概念是用 Darcy 法则的地下水流速 v
和渗透系数 k 及动水坡度 i(=水头 h/水平距离 l)的关系 v= k·i=k·h/l 表达
的。
( 1)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。
1)伴随涌水,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。
2)伴随涌水,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。
3)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。
4)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。
5)地下水位降低造成井户枯竭。
( 2)涌水对策的种类和适用性
涌水对策,大体上积极进行排水的地下水位降低方法(排水工法)和降低地
层渗透系数减少涌水的方法(止水工法)两大类。选定涌水对策时,除维持掌子
面自稳性外,与对地表面的影响也有关系。
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一般说,山岭隧道中通常采用的地下水对策见表 。

表 隧道涌水对策和主要使用条件
分类工法主要适用条件
排水工法重力排水工法排水坑道大量、高压、未固结围岩
排水钻孔适用所有条件
井点小埋深、未固结围岩
强制排水工法管井水位降低 5m 以下
真空井点小埋深、未固结围岩
复水工法补给复水工法不容许地下水位降低的场
止水工法地层固结工法药液注浆工法合
冻结工法
止水壁
压气工法

选定涌水对策时可按图 的流程进行研究。

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图 隧道涌水方法的研究流程

选择那一类方法除考虑埋深、涌水压、水源等条件外,还要考虑环境影响等
条件。
一般说,因为降低地下水位对围岩稳定性的效果比较高,因此在涌水对策中,
都优先选择排水工法。同时也能够缩减开挖成本和提高施工的安全性。
在选择上述对策时,首先要进行详细的涌水调查,掌握地下水的动态和水量
的大小及动向。要考虑围岩条件、涌水量、埋深、周边环境条件等综合因素决定。
1)围岩条件
·地质构成、构造(含水层的赋存状况等);
·涌水量
·涌水区间的长度;
·埋深等
2)周边环境条件
·有无近接结构物等;
·周边水利用情况;
·洞外排水径路的能力等。
(3)排水工法
排水方法有利用重力的自然排出的排水钻孔、排水坑道以及利用井点的强制
排水方法。其选择可参考图 的流程进行。

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图 地下水位降低工法的研究流程
地下水位降低对策有利用排水钻孔和排水坑道的自然排水和利用井点和深井
点等强制排水两大类。
图 表示强制排水对策的设计步骤。
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图 强制排水对策的设计步骤
在排水工法中井点和管井是用真空泵作用在排水管前端的负压,强制排出地
层中的地下水的方法。因能够缩短降低地下水位的时间,与其它工法比较,在渗
透系数小的细砂~粉细砂是适应的。
排水工法的选择最重要一点是:是否适合该地质条件和地下水状态。地下水
位降低工法是利用水位差使地下水流动的方法,因此,掌握地下水的赋存形态(裂
隙水、地层水)和围岩的渗透性是很重要的。地层水与构成地层的土粒子的粒度、
组成,渗透性有密切关系。图 是重力排水对策能够适应的土的粒度范围。
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图 排水工法的适用范围
采用排水工法时,除考虑埋深、涌水压、水源等,还要考虑地上的状况、周
边环境等外部条件