摘要：在高水压富水隧道施工过程中，地下水的一个非常重要的潜在隐患点，因为地下水的影响，较易产生涌水突泥故障乃至导致隧道垮塌，对作业周边环境和作业安全造成重大不良影响，给整个工程的实施和运营带来安全隐患，因此必须要提高对地下水控制的重视程度。本论文着重剖析了下述内容：一是地下水的流动特点，且采用地层增固、增加衬砌、限制排水规模等举措进行管控。二是隧道排水中泥砂、粒径控制问题，介绍高水压富水隧道中地下水的控制措施，希望能给类似的工程提供一定的可借鉴之处。
关键词：高水压；富水隧道；控制措施
1.引言
经过分析中外诸多隧道施工案例克制，若无法科学解决高水压富水隧道存在的涌水突泥问题，会对施工与日后运行造成不可忽视的影响。比如青函隧道，其位于日本，其主隧道长度为53.85km，其中有23.3km处于海底位置，最浅埋深距海底约为100m，在整个施工过程中工遇到四次较大的涌水突泥问题。其中，在吉冈作业坑以及北海道侧辅助隧道的涌水问题导致主隧道和辅助隧道大面积的淹没，各花费一年左右的时间来进行处理。还比如新永春隧道，其的地点是在我国的台湾，其是单线铁路隧道，总长4433米，当由隧道南段掘进至1812米时，在掌子面发生了较大规模的突水涌泥问题，突然出现的水量最高达到每分钟80立方米，最高时的水压为5MPa，泥石出现数量高达15000立方米，致使长达540米的隧道被掩埋，部分地段更改线路。在高水压富水隧道施工中，国内外都有着较多的涌水突泥问题，在地下水的控制方面，无论是理论还是实际都仍有欠缺，因此继续深入研究地下水管控方法有非常重大的实践价值。
2.隧道水压力和涌水量控制研究
2.1 地下水渗流规律分析
（1）渗流流量
通常来说，地下水是经管道、裂隙以及空隙等流向隧道，并且逐渐渗入隧道内部。在均匀介质中，地下水的渗流运动分为层流、紊流和混合流。这三种运动的渗流流量计算公式分别为：
表1 地下水渗流流量计算公式
.png)
计算公式表明，为了控制隧道的涌水量，可以通过降低渗透系数、水力梯度、改变裂隙宽度、粗糙程度以及流态指数等措施来实现。
（2）动水压计算
动水力是指土地中的稳定渗流、单位体积土骨架所受到的压力总和，其计算公式为： 。其中GD为动水力，与水流具有一致的方向； 为水的重度；I为水力梯度。
根据公式可以看出，可以通过减小水力梯度的方法来减小单位体积土骨架所受到的压力。
2.2 隧道水压力与涌水量管控举措剖析
2.2.1地层增固与止水举措
首先在决定隧道建设地点的时候，应当尽可能躲开高水压富水区，在岩石比较齐整的地方进行建造，或者将位置选择在具有较小渗透率的黏土亦或粉状黏土中，尽可能避免在水分占比较高的砂层亦或并不牢固的底层建造隧道，进而降低隧道中地下水出现的概率。具体到围岩而言，其本身硬度大，外形完整，相应水压较小，也就大大降低了支护结构的水压力。如果底层具有大于0.55的完整性指数，以及大于75的RQD指标，会对隧道水压力和涌水量的控制产生非常有利的影响。
其次可以采用注浆、旋喷以及搅拌等方面的方法来进行堵水和加固处理，使得渗透系数以及地层的空隙率有效降低，亦或采用在地下修建连续墙的方式，让其构成止水屏障，更改地下水的流动路线。若能把缝隙宽度管控在0.2毫米以下，把地层渗透率管控在每秒5到10厘米，亦或利用封闭的止水屏障进行管控，就能够大大降低隧道的水压力和产生的涌水规模。
若隧道修建在高水压地区，若采用提前预注浆的方式，则需要对隧道周围的过水道路加以封闭，让水压管控在0.3MPa以下，之后采用部分区域补浆和通道掘进后纵向灌浆等方式进行管控，若可以把水压管控在0.1MPa以下，将大幅提升渗漏水产生概率，并且避免二次衬砌出现缝隙。
除此之外还可以采用冷冻方法将水变为固体，从而使其流动性丧失，当水结成冰后，增加了其完整性和强度，从而有效抵抗水压力。通常来说，冰的强度大概处于0.3到5.5MPa，因此通过冷冻措施形成冻土能够起到十分良好的阻水作用，但是采用这种方法要注意考虑冻涨以及融沉作用，并且还要考虑到当水压力恢复后对于隧道地下水排出工作及架构所受力大小的影响。
2.2.2限排降压举措
（1）可利用洞中的水亦或大气降水来有效拉低地下水位，把隧道周边的水流位置，比如花岗岩、粉土、粉状黏土、全强风华砂岩等位置经过采用科学的排水举措让隧道水压减小，管控工作面位置的涌水规模。依据有关资料和施工经验可知，通常来说如果采取有效措施把地层中的水分占比下降至12到20个百分点，可以大幅提高地层抗剪水平。
（2）采用科学的疏导举措更改地下水的水流路径，比如经过建设排水洞、铺设排水管、钻设排水孔等堵断地下水流通路径疑惑更改地下水水流路线，进而让隧道作业面位置的涌水量及水压大幅减小。
（3）利用隧道建设初始阶段支护的表面纵向浇灌浆液，亦或进行衬砌之后用浆液进行回填，这样也可以让水压和涌水量大幅减小。
（4）把配有闸阀的排水设施装设在涌水处，依据现实状况与需求管控水的压力与排出数量。
（5）运用可以拆卸、替换、清洗的排水设施，保证可以顺利排水，让隧道周边的水压大幅减小。
2.2.3隧道二次衬砌抗水压问题
依据隧道设计实践以及可靠性和经济性的考虑，如果隧道上方水头小于30m，也就是水压力小于0.3MPa，通常可以进行全封堵结构，特别是在地铁区间隧道以及地下车站处，埋置深度通常都小于30m，水压力处于0.3MPa以内，因此大多采用以堵水为主的全封闭防水结构。若隧道周边水的压力在0.5MPa以下，则能够运用断面方式，核心架构运用C30～C50、厚度为30～80cm的全封闭的钢筋混凝土架构，而且采用科学的增强底板、抵抗渗漏、防止地下水流出等举措，能够把隧道结构的抗水压问题和结构稳定性问题解决。
3.隧道水中泥沙控制问题
隧道排水如果泥沙较多，或者是泥沙粒径较大将会造成以下几方面问题：（1）容易局部掏空隧道初期支护背后的地层，使得围岩抗力变小，支护结构应力集中，从而出现结构开裂问题。（2）泥沙量过大会堵塞排水系统，导致衬砌背后水压力发生一定程度的升高，最终使得二次衬砌发生开裂问题（3）泥沙容易在排水沟中沉淀，给清洗带来困难。（4）如果泥沙排放量较大还有可能导致地面的塌陷问题，同时地下水位下降，给下游的河流造成污染。因此在隧道施工中除了要对排水量进行限制外还要严格限制水中泥沙量以及颗粒粒径，除此之外还有其他排放指标也要保证合格。
3.1 排水中泥砂含量的限制
根据有关规定，在全部降水运行过程中抽排水含砂量应符合：粗砂含量低于1/50000；中砂含量低于1/20000；细砂含量应低于1/10000。如果能够严格满足这个标准就能有效降低泥砂抽出的影响。由于大多数高水压富水隧道排水中都存有细砂或中砂，并且考虑到隧道完工后排水性的特点，应将泥沙含量控制在1/10000以内。
3.2 颗粒粒径的限制
通常来说，在隧道防水板后的排水盲管具有0.1～0.2mm的等效孔径，为了反避免排水系统出现堵塞问题，应尽量使泥砂颗粒物悬浮，以便排出，泥砂颗粒粒径通常需要处于0.2mm以内。
4.结束语
地下水的合理控制一直是高水压富水隧道的棘手问题之一。因此我们要不断在实际工程中总结经验，深入研究相应的防治措施，加强先进技术设备的应用，采取科学合理的主动排水和防水措施，有效的控制好地下水问题。
参考文献：
[1]傅子仁，查念祖，薛文城．新永春隧道高压涌水段处理过程之探讨［J］．岩石力学与工程学报，2004，23（S2）：5053－5061．
[2]郭小红．厦门翔安海底隧道风化槽衬砌结构可靠度分析［J］．隧道建设，2011，31（4）：411－415．
[3]陈海明，班凤其，刘小伟．非饱和土抗剪强度指标C，φ值和含水量ω的关系［J］．合肥工业大学学报，2006，29（6）：736－746．
[4]周书明．青岛海底隧道总体设计与施工［J］．隧道建设，2013，33（1）：38－44．
作者简介：杨忠山（1983-），男，山东临沂人，工程师，本科，主要从事项目工程管理。
论文作者:杨忠山
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/7
标签：隧道论文; 水压论文; 地下水论文; 泥沙论文; 水量论文; 地层论文; 粒径论文; 《基层建设》2019年第31期论文;