西气东输管道隧道涌水处理方案讨论
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摘要： 西气东输二线果子沟3号隧道在输气管道已铺设通气的情况下，由于冬雪量大，春融后造成隧道涌水，给管道输气运营带来较大的安全隐患。通过现场调查，了解涌水原因、预测涌水量大小、考虑隧道内施工空间等条件后，提出整治方案，与同行进行探讨方案利弊。
关键词：管道隧道；涌水；综合整治
中图分类号：U45 文献标识码：A
1 工程背景
西气东输二线果子沟3#隧道长273m，位于北天山西段中山区，以北东方向穿越山体，坡面陡峻，沟谷深切，洞顶最高海拔约2280m，阴坡上云彬林呈片状分布。隧道进出口位于沟谷岸坡,地形较为陡峭，自然坡度30°～40°，进口海拔约2130m，出口海拔约2170m。
2隧道设计及现状
2.1地质情况
2.1.1地下水类型、含水岩层的划分及分布
隧道主要穿越地层岩性及地质构造特征，结合含水性质判断，地下水主要为基岩孔隙裂隙水、构造裂隙水、碳酸岩岩溶裂隙水。基岩孔隙裂隙水发育于青白口系泥质粉砂岩中，构造裂隙水发育于断裂破碎带，岩溶裂隙水发育于震旦系白云质石灰岩中。
图1 隧道纵断面
2.1.2区域地下水补给、径流、排泄特征
隧道通过区地下水接受高山融雪水的补给，地下水在测区接受地表水补给后，经垂直渗流带下渗至水平径流带以泉的形式排泄补给沟谷地表水。除上述天然径流排泄外，隧道建成后其影响范围内的地下水将涌入隧道形成新的人工排泄系统。
2.1.3隧道围岩富水性情况
隧道穿越山体覆盖层较薄，且山体陡峻，无法形成稳定的含水层。岭脊发育构造裂隙水，为中等富水区；岭脊两侧为碳酸岩岩溶裂隙水、粉砂岩孔隙裂隙水，为弱富水区。隧址区无稳定的地下水位。
2.2设计现状
原隧道设计隧道洞口段、富水段、断层破碎带时，采用复合式衬砌，洞内面向大里程左侧设水沟，墙脚设纵向盲沟,拱墙环向设盲沟，并与侧沟相通,环向盲沟间距按10～15m考虑。复合式衬砌拱墙背后设EVA防水板，背衬无纺布，二次衬砌施工缝及变形缝设止水带。锚喷衬砌混凝土添加防水剂。断层带超前注浆。
2.3涌水调查
隧道开挖所揭示地质情况与设计基本一致，施工正常有序进行。开挖过程中，局部有渗漏水现象，隧道贯通铺设管道期间，隧道出水均不大。进入冬季，当地降雪量较大，积雪春融后发现洞内出现大量涌水现象。洞内据进口80m处出水较大，施工遗留的拱部注浆管有水流喷出，其他部位均有不同程度的渗漏，至据进口120m，流水冲切出的深槽逐渐消失，判断据进口120m以后不再涌水。
图2隧道洞内涌水冲刷出深槽图3水从拱顶施工遗留的注浆管中喷出
2.4涌水主要成因
1.涌水段洞身穿越坡积块石、泥质粉砂岩、F32断裂破碎带。F32断裂破碎带宽度约110m，断层面产状N60°W/70°S，为一逆断层。断裂带岩体破碎，挤压、揉皱现象严重，结构面有明显的擦痕、镜面及糜棱化现象，在距下盘约30m范围内为断层角砾，局部为砾泥。两盘岩层受其影响，岩体较破碎，局部具揉皱现象，层理较紊乱。出水较大的段落位于断层带内构造破碎带，岩体破碎，为地下水提供了储水空间和导水通道。
2.冬季该地区降下多年罕见的大雪，隧道涌水段基本位于断层破碎带，进口标高低于出口40m，地下水补给以大气降水为主，构成中等富水区，冬季大雪的融化带来大量的地下水补给，破碎的岩层和断层破碎带为地下水提供了导水通道，大量地下水通过通道向地势低的进口汇集造成了涌水。
据隧道所处地质情况、隧道涌水的调查结果、隧道防排水要求，执行“以堵为主，堵排结合” 的处理方案。先对涌水量较大的地段加大引排，加快地下水的排出，降低水位水压。地下水位降到底板以下后， 采用周边径向注浆方式填充岩层裂隙，达到堵水的目的。
图4 隧道设备安装示意图
3.1引排地下水
首先，应将距隧道据进口130m范围内的编织袋回填土彻底清除，以利后续施工。为了避免涌水漫流，长时间冲刷对结构造成危害，应在隧道两侧布设排水管，在洞内距进口130m范围内每个截水墙中间设挡坝，用来将地面水引导汇入两侧排水管，避免涌水持续冲刷管道。
其次，在原截水墙下两侧各设预置长×宽×深（50×45×50cm）壁厚10cm的混凝土集水井，隧道洞口外距洞口1m处设置长×宽×深（100×110×105cm）壁厚20cm的混凝土集水井，洞内集水井之间用直径为40cm的无砂渗水管连接。
最后，将洞口集水井中的水通过直径为40cm的PVC排水管沟排入洞外河中。为了防止冬季冻结，洞口的集水井及排水管埋置于冻结深度170cm以下，相关设计满足规范要求。
为了加快引排以利注浆施工，在据进口80m涌水较大处两侧边墙底部钻孔插管，直接将水排入集水井。
3.2注浆施工
待降低水位至底板以下，可进行注浆处理施工，堵塞涌水通路。隧道压浆的目的是为了充填岩层裂隙，在周边围岩中形成一个难透水带，提高围岩的止水性能。因此，采用隧道全断面注浆，根据施工经验，径向注浆加固范围为隧道开挖轮廓线外3m 。由于涌水流速较大，采用水泥一水玻璃双液浆。浆液浓度根据岩体条件进行调整。注浆孔孔口纵横间距为1m (可根据裂隙出水情况作调整，出水量大时加密)，梅花型布置。在注浆前应用有效材料包裹管道以确保在注浆过程中危害管道，发生不测。
3.2.1小导管的加工制作
小导管采用外径φ42～50mm、L＝3～5m的热轧无缝钢管制成，前端封闭并制成尖状，以便顺利插入已钻的小导管孔内，当围岩松软时，也可直接打入。小导管前部钻注浆孔，孔径为6～8mm，孔沿钢管周边交错布置，间距10～20cm。小导管尾部长度不小于30cm，作为不钻注浆孔的预留止浆段，管尾设一加固环，并保持管身的顺直。
3.2.2小导管定位
根据设计注浆导管的间距用红油漆标定钻孔位置(涌水量大区域加密)，用风钻开孔，开孔直径较小导管管径大20mm，在孔深达到设计值后用Ф18弯头钢管通入高压风吹净孔中石屑、细小石块和钻孔积水，用带冲击风钻将小导管顶入孔中，也可直接用锤击插入小导管；导管外露20cm，安装注浆管。用塑胶泥（40Be水玻璃拌和42.5R级水泥）封堵导管周围及孔口，工作面上裂缝同时封堵。
3.2.3焊接管头、密封管口
通过套丝短管焊接在注浆管上， 用φ4 2管箍拧紧所有的待注浆管，为防止漏气、涌水，用生胶带加以密封。在注浆前，当初期支护结构无法保证注浆时能承受注浆压力时，施工网喷砼加强支护兼止浆墙。
3.2.4制浆
双浆液：采用水泥－水玻璃浆液，水泥浆水灰比：0.8:1～1.5:1，水玻璃浓度30～50Be’， 水泥浆与水玻璃的体积比宜为1：1～1：0.3，在施工中需根据地质情况现场试验调整参数。
3.2.5注浆顺序
采用下行式注浆，注浆自上而下隔孔进行。
3.2.6注浆量和注浆压力的控制
施工前应做压浆试验，根据涌水量大小、裂隙发育程度确定注入速度和注浆量。注浆口最高压力严格控制在0.5MPa以内，以防压裂工作面；进浆速度不宜过快，一般每根导管控制在30L／min以内。导管注浆采用定量注浆，即每根导管内注浆量按下式计算确定
Q＝nπR2L
R―0.6～0.7倍导管中心间距；
L―导管长度；n―围岩空隙率。
如压力逐渐减少，虽然未注入规定值，但孔口压力已达到0.5Mpa时，也要结束注浆。
3.2.7注浆效果检查
注浆结束后，应做一定数量的钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果，如未达到要求，应进行补注浆。
3.3其他附属及安全措施
3.3.1回填及渗水层
排水、堵水施工完成后应在隧道底部按照原设计回填土，考虑到运营中再发生底板渗水，破坏回填土结构，应先在隧道底板上铺10cm的卵砾石渗水层，再施工编织袋回填土等。
3.3.2安全措施
在隧道内施工时，要遵照执行管道安全的相关规范规定，确保不对管道造成危害。注意对隧道内气体的检测，加强相关的安全防护措施，保护施工人员及机械设备的安全。在未能保证安全的情况下严禁施工。此外建议加强管道的防冲刷、防腐蚀等安全措施。
4结语
隧道涌水是隧道工程常见的病害之一，本文所讨论的隧道特殊之处在于是管道运营之后发生涌水，存在涌水量大、施工空间狭小、涌水治理对管道影响较大的特点。目前，各种管道隧道的建设量越来越大，势必会有类似的问题需要同行处理，希望本文讨论对管道隧道的涌水处理有参考意义。
参考文献：
重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2007.
铁道部第二勘测设计院.铁路工程设计技术手册・隧道[S].中国铁道出版社，1995.
作者简介：殷伟，1984年11月出生，隧道与地下工程专业，助理工程师。