摘要：山海高速五指山特长隧道是海南少有的特长隧道，突泥及涌水是本隧道的预控重点。本文将通过分析反坡排水系统、监测涌水量及压力，结合超前地质预探、超前预注浆堵水，进行动态设计总结施工对策。
关键词：隧道；反坡排水；突泥涌水；超前地质探测
海南山海高速五指山特长隧道长约4.8公里，最大埋深约370m。五指山属低纬度热带海洋性气候，年平均降雨1348mm～1690mm。年雨量分配不均，五至十月为雨季，降雨量占年降雨的80%左右。当地植被发育，水土保持良好。
根据野外调查及钻探、物探资料，隧道出露地层为燕山期花岗岩、海西期花岗岩，以及第四系坡积碎石土、粉质黏土、残积砂质黏性土。根据勘察结果，隧道区有5条断裂构造或破碎带及1条岩性接触带通过。多表现为斜向低阻异常，物探推测断裂构造或破碎带，推测岩体破碎，裂隙极发育，岩石变质和风化作用强，围岩稳定性差易坍塌。
隧道穿越不同地层时代，各岩性差异风化较明显，断裂带区域结构面发育局部具较强的透水性，地表水顺各结构面渗入地下使得隧道区局部地下水较为发育。
突泥及涌水是本隧道预控重点，根据研究，全风化花岗岩隧道及其断裂破碎带涌水与突泥灾害演化过程，是漫长渗流与侵蚀强耦合过程，岩体在裂隙水力作用下发生侵蚀，慢慢流失使岩体孔隙、渗透率增长，随着时间的累计，颗粒物不断在四季随水迁移并累积在大体积侵蚀腔内，隧道开挖导致水压变化，水流流态在高压下易发生突变诱发突水突泥灾害。因此高围压施工过程中应重点监测初期的渗流侵蚀特性。
隧道碰到涌水段的时候，以前的工程多采用疏排的原则，通过管道暗沟、泄水洞渗沟及辅助导坑进行疏排水处理。但是这种早期处理方法，在注重环保、水保的今天已不适用，为防止运营后带来严重的环境问题、地质灾害以及破坏初始自然生态，新建隧道提倡“以堵为主，以排为辅；因地制宜、综合治理”的方案。具体如下：1、对普通裂隙水进行封堵；2、对破碎带或侵蚀古老通道内恒定大流量涌水进行疏排。3、对非古老涌水通道的破碎带进行封堵。
一、涌水段投入相关设备的技术参数
1、设计贯通部位在隧道中部，离隧道口大约为2500m，每隔300米设置一个集水井，水泵选用潜水排污泵；
2、电源：三相五线制380V、50HZ；
3、电机排水流量；250～300立方米/h；
4、电机排水扬程；15m；
5、电机功率；18-22kw；
6、集水井尺寸：2m（长）×2m（宽）×2m（深）；
7、排水管选用Φ200mm的消防钢管。
二、涌水段水量计算
（1）地下径流模数法
根据区域水文地质资料，燕山期花岗岩、海西期花岗岩地层地下径流模数M=2～5L/s.km²，含水岩组面积F=0.79×1.0km2=4.87km²。
根据公式Q=M×A=2103.8m³/d（式中：Q—涌水量m³/d；A—集水面积，4.87×1.0km²；M—径流模数，分析地质选5L/s.km²；d—天数，d）
（2）大气降水渗入系数法
隧道通过含水体集水面积（A）为4.87km²，年平均降雨量（W）为1400～1800mm，根据区域水文地质资料结合当地地形特征及植被覆盖情况，确定渗入系数α选用0.18，则全隧道涌水量为：Q=2.74α×W×A/d=4323（m³/d）
式中：Q—涌水量，m³/d；A—集水面积，4.87km²；α—入渗系数，选用0.18；d—天数，d
（3）半经验半理论计算，
为施工安全，五指山特长隧道反坡排水涌水量以最不利工况条件下的涌水量作为反坡排水方案的计算及编制依据，即按照4323m³/d计算，考虑隧道内阶段性涌水并不平均的特点，按涌水量1.5倍考虑，取值为6485m³/d。
隧道施工一段时间后后，观测各大出水点及边沟流量(渗水量)，观测记录结果见（图l）。根据经验公式计算的涌水量为4323立方米／d，而按隧道开挖段实际涌水量及涌水点进行统计分析，通过灰色理论或神经网络、时间序列分析等方法推测涌水量为5K-6K立方米／d，考虑排水系统富余系数仍取值为6485m³/d。
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（图1）
三、排水系统方式的选定
根据实际工程情况，隧道洞内采用集水坑接力式反坡排水方式排水。
(1)泵站级数
采用如下公式计算，泵站级数:m=(L×Z)/(h×r)，L:反坡抽水长度，Z:隧道排水坡度，L×Z=高差，h:水泵扬程，h=15mr:压力折减系数，取0.5；故m=（2600×0.0215）/（15×0.5）=7.16，取8个泵站，为安全起见，结合项目实际情况，实际按照每300米布置一个泵站集水井。
(2)抽水机配置
抽排水能力按最大涌水量考虑，选用大流量、中扬程抽水机，拟定排水设备为潜水排污泵QW200-250/300-15，排水流量为250/300m³/h；
(3)集水井布置及容量
集水井容量按1分钟最大涌水量考虑，集水井布置于隧道附属洞室内。涌水量/时间6485÷24÷60×1≈5m³，考虑施工和清淤综合确定，临时集水坑根据汇水段水量大小而定，设计集水井尺寸2m×2m×2m，容量8m³。集水井用5mm厚钢板焊制。
(4)抽水机数量
抽水机数量:n=V/(v×24×a)，V-洞内涌水量，取V=6485m³/d;v-抽水机排水量，v=300m³/h，a-流量折减系数取a=0.85计算n=1.06，泵站从洞内由内而外需配置1-2台抽水机。
(5)排水管路直径
反坡排水主管采用Φ200钢管，流速按2.5m/s计算则每小时过水量计算得:
3.14×0.1×0.1×2.5×3600=282.6m³/h，大于最大涌水量为Q=6485÷24=270m³/h，排水管直径满足要求。
按照以上计算结论及技术参数投入相关设备进行反坡抽排水，运行一年多来并经过两个雨季，山海高速五指山特长隧道反坡排水系统正常，现场无积水也无承压水出露，已完工二衬均无渗水。
隧道施工过程宜采用动态设计及信息化施工。减少人为对地质结构认识中的主观因素，动态的修正隧道设计中的相关参数，包括排水设施、衬砌形式以及围岩后期注浆加固的范围等。做好监控量测工作，针对花岗岩的⑴岩性⑵结构⑶构造⑷涌水量⑸变形与稳定等大量采集监测数据，对隧道掘进前方的地质情况作出预测，制定开挖支护和堵水方案，局部或全断面注浆加固止水方案。
四、注重超前地质预报进行预探
超前地质预报应以工程地质综合分析为核心，坚持粗查与精查，长距离与短距离探测、物探与钻探相结合的原则，结合前期地质成果及实际揭示情况，综合分析预报。按照第一级：地质调查+物探（TSP或地质雷达），第二级地质调查+物探（TSP或地质雷达）+地质钻孔（需要时），第三级地质调查+物探（TSP或地质雷达）+超前地质钻孔。
超前探测能了解地下水分布情况，在围岩破碎带坚持“每炮必探”，及时掌握前方岩内富水情况，避免发生突水突泥等险情。
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⑴表面雷达预报
地质雷达的优点精度很高，但探测深度较小且占用施工时间；TSP系统是较为先进的探测系统，但对探测人员要求高，搜索角较难确定。
主要采用SIR-20型地质雷达，配备100Mhz天线进行预报，同时地质工程师要全洞段观察，并分析采集数据，提交报告。
⑵TSP超前地质预报
长距离岩内富水探测采用TSP200系统，可准确预报工作面前方0-150m范围内及周围临近区域地质情况，通过软件可分析包括地质的结构面、地质构造及地下水的信息，确定其位置、规模及产状、性质。
⑶超前钻孔探水
选用TXU-75地质钻机，最大钻进深度可达75m满足隧道施工探水要求。探水钻孔的布置按隧道掌子面间隔布置，钻孔深度不应低于50m左右，超前钻孔要始终保持掌子面前方25m以上，探孔布置如下图：
总结：分析海南花岗岩隧道涌水原因，设计相关特长隧道反坡排水系统；研究施工过程中应收集涌水量、涌水压力及监控量测数据进行动态设计，并加强TSP、地质雷达等超前预报手段结合超前预注浆堵水，是保证隧道建成后安全运营的重要对策。
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参考文献
[1]王延福，勒德武，曾艳京，王晓明.岩溶矿井煤层底板突水系统的非线性特征初步分析[J].中国岩溶，1998，17(4).
[2]王建秀，朱合华，叶为民.隧道涌水量的预测及其工程应用[J].岩石力学与工程学报，2004，23(7).
个人简介
曾俊，1978年12月，男，汉，湖南常德市，本科学历，工程师（职称），研究方向：隧道地质及水害处理。
论文作者:曾俊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/12
标签：隧道论文; 水量论文; 地质论文; 超前论文; 抽水机论文; 集水论文; 物探论文; 《基层建设》2019年第29期论文;