运营隧道渗漏水处理施工方法
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【摘 要】公路隧道是公路的咽喉部分，若隧道局部产生破坏就会造成整段高速公路不能使用，导致巨大的经济损失和不良影响。渗漏水病害是公路建设中的通病之一。对于因在隧道施工中存在薄弱环节及不良地质的综合影响，在隧道二次衬砌混凝土施工完成后在部分地段上会出现隧道渗水现象，文章采取隧道钻孔灌浆和增加排水孔施工方法，操作简单，施工时间短，隧道安全，保障了公路隧道运营的畅通。
前言
隧道内防排水一般设计采取“以排为主，防、排、截、堵塞”综合治理的原则，洞内行车道两侧设排水沟，在初期支护和二次衬砌间铺设防水板、盲沟，与二次衬砌施工缝止水带及侧墙底部泄水孔组成综合排水系统，将围岩裂隙水引至排水沟，水沟部位每间隔20m设一个Ф10cm泄水孔，洞内排水沟水采取自流方式排出洞外，再经路基边沟及涵洞排至天然沟渠。
对于因在隧道施工中存在薄弱环节及不良地质的综合影响，在隧道二次衬砌混凝土施工完成后在部分地段上会出现隧道渗水现象，渗水严重时会影响隧道内车辆通行安全及造成隧道变形，破坏隧道的整体稳定性。对上述特殊情况下出现的隧道渗水现象采取钻孔灌浆和增加排水孔的措施进行防渗处理的施工。经过施工探索，四川武通路桥工程局（即武警交通第二总队向家坝工程项目部）在2008年开创了“隧道渗水处理施工方法”，并于2008年在向家坝水电站左岸对外交通3#隧道渗水地段进行了应用，取得了良好的效果，受到了业主单位的好评，相应的技术方案在重庆市人民政府科技顾问团主办的全国公开发行期刊《科学咨询》杂志2008第19期上发表。
1.施工方法特点
对于因在隧道施工中存在薄弱环节及不良地质的综合影响，在隧道二次衬砌混凝土施工完成后在部分地段上会出现隧道渗水现象，采取隧道钻孔灌浆和增加排水孔施工方法，操作简单，施工时间短，隧道安全，保障了公路隧道运营的畅通。
2.适用范围
本方法适用范围广泛，主要用于隧道内因各种不良地质原因影响或隧道施工存在的薄弱环节造成的渗水部位处理。
3.工艺原理
隧道钻孔灌浆可以增加隧道洞室的不良地质的整体强度，提高潜在滑动面上的抗剪强度，有效地阻止隧道变形；增加排水孔可及时疏导出隧道山体内的积水，降低隧道内的水压力，减少对隧道山体中的不良地质的侵蚀破坏。
灌浆孔距与排距为2m×2m，孔深入岩6m，段长分为二段，第一段2m，第二段4m；钻孔直径为D56mm。每排7个孔。
排水孔孔距与排距为2m×2m，孔深入岩8m，钻孔直径76mm。隧道排水孔周边人工该槽，其尺寸为长18500mm×宽100mm×深60mm。每个槽打D76排水孔8个，孔内置D50mm长7.5m塑料排水盲管，孔口置D50mmPVC管（0.5m/根）。
4.施工工艺流程及操作要点
4.1施工工艺流程
沿洞中心纵轴线8m为一个循环。施工第一个沿洞纵轴线8m范围内的Ⅰ序（2m段）钻孔灌浆施工第一个沿洞轴线4m范围内Ⅱ序（4m段）钻孔灌浆施工沿洞轴线第一个2m范围内直径D76排水孔施工进行下一单元循环施工。施工中保证各循环中作业步距不变进行循环施工。
图1断面布置示意图
4.2操作要点
4.2.1施工范围
沿隧道洞纵轴线方向桩号渗水范围；垂直方向从交通洞底板中心线高程3m开始，沿交通洞边墙和顶拱布置灌浆孔和排水孔。
4.2.2施工准备工作
施工用电从隧道洞口变压器接入并自备25KW发电机一台，照明借用隧道灯光，施工用水从洞外用水车拉运。
4.2.3灌浆孔钻孔
1）钻孔要求干钻，禁止开水钻，以确保施工不至于恶化隧道岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。钻孔先中间后两侧，孔位按正方形布置，从上而下两边对称进行。
2）钻进过程中应对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速），地下水及一些特殊情况作现场记录，如遇地层松散，破碎时，加密分段固结灌浆，待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。
3）采用潜孔冲击钻或旋转钻钻进，同时须备带套管
4）钻孔时应注意以下几个方面问题，一是钻空人员均站在搭建的钢管架平台上进行高空作业，安全第一，施工人员必须系好安全带，防止掉渣砸伤过往车辆几行人；二是钻孔有可能钻在二衬钢筋上，此时应移孔位，不能破坏二衬钢筋为原则
4.2.4灌浆施工
1）灌浆材料：
固结灌浆材料采用普通，所用水泥标号为P.0.42.5，灌浆用水泥应保持新鲜，受潮结块者不得使用，水泥从出厂到使用时间不得超过3个月，灌浆材料在制浆时必须称量，其误差不大于5%。灌浆用水应符合拌制水工要求。灌浆过程遇有特殊情况可选用下列外加剂：①速凝剂：水玻璃、氯化钙、三乙醇胺等；②减水剂：苇浆废液，铬木素等；③稳定剂：膨润土及其它高塑性粘土等。
外加剂与水的配合比例，根据现场的实际情况通过试验确定。所有外加剂凡溶于水者，均应以水溶液状态加入。
2）灌浆方法：实行分段灌浆，第一段段长2m，第二段4m，自上而下灌浆。采用孔口封闭、孔内循环灌浆方法，整个灌浆过程采用手工记录；灌浆泵采用jzb-2灌浆泵，孔口利用机械栓塞加压封孔。
3）灌浆压力：分段灌浆压力为：第一段0.10MPa，第二段根据钻孔地质情况不小于0.10MPa，不超过0.5MPa，施工时根据收敛观测和拱顶下沉量测数据，调整相应的灌浆压力。
4）浆液浓度原则上按2：1、1：1、0.8：1、0.5：1的浓度控制，视灌浆的吃浆量情况，现场调整配置。对塌方形成的空腔部位可采用0.5：1的水泥浓浆或0.5：1：1水泥砂浆回填灌注。
5）钻一孔，灌一孔。做好灌浆记录。
6）特殊情况处理：
①灌浆过程发生冒浆、漏浆时，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、间歇灌浆等方法处理。
②灌浆过程发生串浆时，若串浆孔具备灌浆条件，则同时进行灌浆（灌浆采用一泵一孔灌注）；否则将串浆孔孔口用灌浆塞塞住，待灌浆结束后，串浆孔再继续钻进和灌浆。
③灌浆工作须连续进行，若因故中断，按照下述原则处理：
尽可能缩短中断时间，及早恢复灌浆；中断时间超过30min，立即进行重新钻孔，而后恢复灌浆；
④在孔口有涌水的灌浆孔段，在灌浆前应测记涌水压力和涌水量，根据涌水情况采取下列措施：自上而下分段灌浆；灌浆结束采取屏浆措施，屏浆时间不少于1h；闭浆待凝时间不少于48h；必要时在浆液中掺加适量速凝剂。
⑤大量耗浆孔段的处理；
遇有大量耗浆孔段时，首先应降低灌浆压力，减少并限制其注入率，并视耗浆量情况，采用浆液中掺速凝剂，待该段耗灰量超过2t/段，仍不见压力回升，地面又无漏浆的迹象，则应停止灌浆，待凝24h后复灌；复灌时注入率逐渐减少，则应灌至正常结束；复灌时注入率仍很大，灌浆难于结束时，则重复以上步骤，再待凝后复灌至正常结束；
4.2.5灌浆结束条件
在设计压力下，当注入率小于1L/min时继续灌注30min，结束灌浆。
4.2.6排水孔施工
在隧道渗水设置排水部位周边人工该槽，其尺寸为长18500mm×宽100mm×深60mm。每个槽打D76排水孔8个，孔深8m，孔内置D50mm长7.5m塑料排水盲管，孔口置D50mmPVC管（0.5m/根）。
其工艺流程为划线该槽打孔装盲管并固定。
图2 排水孔布设示意图
槽位和排水孔位要选择在环向钢筋之间，布置在同一洞断面上，与固结灌浆孔相间布置。排水孔两端伸入隧道路面两侧的排水沟内。
用D100PVC管（管壁厚度5mm）分割成1/2管嵌入槽内并用膨胀钉固定，槽管之间的剩余空间用树脂胶封闭，封闭树脂胶之前要注封闭位置保持干燥，以达到密闭的效果，保证槽内的水不外渗。
5.材料与设备
5.1材料
5.1.1水泥：采用同一厂家同一品牌的普通硅酸盐水泥用料。
5.1.2排水孔：孔内置D50mm长7.5m塑料排水盲管，孔口置D50mmPVC管（0.5m/根）。管材应符合国家相关行业标准。
5.1.3水泥砂浆
水泥砂浆的配比依据《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）的规定，浆体强度≥30MPa，必须为生产日期在3个月内的425号新鲜硅酸盐水泥配制的水泥砂浆。
5.2机具设备
电动空压机为LLL-10/7型75kw空气压缩机1台，4kw挤压式注浆泵jzb-2型1台，潜孔钻机ZQ100E-60型1台（耗气量12m3/min），交流电焊机BX6-169型1台，高速搅拌机GJ-400型1台。
6.质量控制
6.1钻孔的精度应满足以下要求：
6.1.1钻孔的孔径不小于设计要求；
6.1.2钻孔在任何一个方向上的入口误差不得大于2°；
6.1.3钻孔在钻进长度方向上的孔斜偏差不大于孔深的2%，；
6.1.4钻孔水平方向的误差不应大于50mm，垂直方向的误差不应大于100mm
6.2注浆质量控制
6.2.1注浆材料质量控制
水泥砂浆采用标号不低于425号生产日期在3个月内的新鲜硅酸盐水泥配制的水泥砂浆，，水灰比为2：1、1：1、0.8：1、0.5：1，搅拌后的泌水率宜控制在2%，最大不超过3%。可适当掺入对预应力筋无腐蚀作用的膨胀剂。注浆要求饱满密实，注浆质量应作抽检。
6.2.2制浆注浆控制
1）浆液应用搅拌机搅拌，达到规定稠度，直到均匀为止，然后缓慢搅拌，一直到灌浆结束。具体操作，可按先放水，再放水泥。全部投料后，在规定的时间内搅拌均匀。采用转速为1500～2000转/min的高速旋转式的和浆机，大约搅拌2min即可。然后存入缓慢搅拌的储浆桶中，待计划的浆量储够后，开始注浆。在不漏浆的情况下，每孔可一直灌满，不得分开灌入，以免浆液渗进气泡。
2）采用孔底灌浆，孔口返浆。
3）在浆体未凝固前不得移动孔口封闭，并需要进行养生。
7.安全措施
施工安全工作必须参照《公路工程施工安全技术规程》外，还应注意以下安全事项：
7.1施工现场设专职安全员，专人负责施工安全；
7.2现场施工用电线路、电缆做到明线架空，做好防漏电措施；
7.3在临空作业面，架设安全网，并在各安全重点部位设置相应安全警示标志；
7.4对钢管架要随时检查，防止发生塌架造成人员受伤；
7.5过往车辆较多、车速较快，施工地点两端设好锥型筒及限速标志牌等。
7.6对灌浆洞段，施工时应做收敛和拱顶下沉观测，以便及时调整灌浆压力。测点布置见图3.
图3监测点布置图
7.7各种机具设备的操作严格按操作规程作业。关键操作人员必须进行安全技术培训，考核上岗。
7.8施工点临时用电线路布置要合理，每次开工前应做好线路检查。
8.环保措施
设置良好的临时排水通道，清理现场的废料和废渣，使用机具设备，要尽量减少噪声、废气的污染，并遵守当地相关部门的施工环保规定。
9.资源节约
施工在搭建的钢管架平台上进行高空作业，本方法减少了隧道净空断面通行影响。
10.效益分析
隧道渗水部位采用钻孔灌浆和增加排水孔施工方法与其它防渗形式相比，具有投入少，施工设备简单等显著特点，利用该方法施工的向家坝水电站对外交通3#隧道，比预期缩短工期1个月，节约投资近20万元，取得了良好的经济和社会效益。利用该方法施工的陕西西汉高速公路XH-33熊家梁隧道项目，比预期缩短了2个月的工期，节约投资近26万元，实践证明该方法能够有效缩短施工工期，节约施工成本，经济效益可观。
11.应用实例
向家坝水电站位于金沙江下游，是金沙江梯级开发的最后一级电站。电站设计正常蓄水位380.00m，最大坝高162m，总装机容量6000MW。向家坝水电站左岸交通公路③交通隧道（江坳口隧道）段K6+636～K6+643段衬砌混凝土在2007年12月施工完后，从2008年3月开始在拱顶附近发现有严重渗水现象。对渗水部位采用了钻孔灌浆和增加排水孔施工方法。施工完成后隧道稳定，渗水问题得到有效解决。
二连浩特至河口国道主干线陕西省户县经洋县至勉县公路路基、桥隧工程第XH-33合同段。该合同段由K134+905至K136+590，长约1.685km，有4座隧道，计长2980延米。在施工过程中，熊家梁隧道发生大面积渗水，对渗水部位采用了钻孔灌浆和增加排水孔施工方法。施工完成后隧道稳定，渗水问题得到有效解决。
2007年6月，四川武通路桥工程局在施工过程中利用以往的施工经验，编写了《隧道渗水处理施工方法》。该方法对地质条件较差的土质、风化岩、软质破碎岩的隧道渗水部位进行防护，可使隧道围岩进一步形成整体，从而确保岩体稳定。保证行车安全，同时可以缩短工期。取得了很好的经济效益。