高原隧道施工防排水方法研究
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【摘要】隧道施工防排水工作，一般应以排为主，采取截堵排相结合的综合措施，但在实际的施工过程中，应根据现场实际情况（地质状况、涌水量大小、水压力、集中出水点的位置）选择合适的治水方案，以达到快速、安全、有效的治水原则。
隧道防排水施工是一项技术性很强的工作，尤其是处于富水区的高原隧道，技术难度不言而喻，能否成功的治水，不仅关系到隧道的施工质量，更是隧道能否正常施工的关键。
下面就以关角隧道5#斜井为例，简单介绍高原隧道治水的成功经验。
1 关角隧道5#斜井工程概况
新建关角隧道是目前国内最长的钻爆法施工高原隧道，也是西格二线的控制性工程。该隧道为两平行的单线隧道，线间距40m，两线通过间距420米的横通道相连。
5#斜井位于青海省天峻县境内，青海湖西侧，斜井井身设计长度为1935.63m，正洞单线分割长度4704米，斜井口高程3680.80m，斜井和正洞Ⅰ线交叉口处内轨顶面高程3486.33，斜井平均坡度10.08%，最大坡度15%。
5#斜井正洞位于中等富水区，岩溶发育，局部裂隙水大，尤其夏季受青海湖暖湿气流影响，涌水量较大，实测夏季平均日涌水量约2.8万方。
由于正洞及斜井涌水量大，再加上斜井长度长，高差大等一系列原因，施工防排水问题成为制约工程顺利进行的关键问题。
2 正确选用合理的治水措施
隧道施工防排水工作，一般应以排为主，采取截堵排相结合的综合措施，但在实际的施工过程中，应根据现场实际情况（地质状况、涌水量大小、水压力、集中出水点的位置）选择合适的治水方案，以达到快速、安全、有效的治水原则。
比如，对于关角隧道5#斜井：①隧道涌水以基岩裂隙水为主，况且基岩裂隙贯通，地表水对地下水补给较大，因此在洞顶位置设置截水沟截断地表水流。②西宁方向地质状况复杂、围岩破碎的Ⅳ级及以上围岩，涌水量较大，采用超前帷幕注浆堵水。③地质状况较好段的集中涌水点采用集中点的径向顶水注浆堵水。④对于大面积的散水，以排为主。
3 抽排水泵站设计
3.1 抽排水工作方式
掌子面积水采用移动潜水泵抽至斜井泵站，斜井已施工地段出水经自然汇积到集水坑后引至附近的泵站水仓，泵站工作泵将水仓内积水抽排至下一级水仓，如此接力抽排至井外。
3.2 泵站设计
5号斜井正洞承担Ⅰ线2208m，Ⅱ线2496m的施工任务，均为灰岩地层，属于中等富水区，预测在该种地段施工中极易发生灾害性突、涌水的可能。预测5号斜井正常涌水量约5650m?/d，最大涌水量12801m?/d；所担负的正洞Ⅰ、Ⅱ线正常涌水量约15391m?/d，最大涌水量36940m?/d。根据实际的涌水状况，按预测的最大涌水量，设置安全可靠的排水系统及应急备用电源；同时为降低风险后果，确保不发生长大段落的淹井，水泵配置也考虑了一定的风险应急能力。
实际施工中，经过多个厂家水泵的比较，鉴于国产水泵在高原环境下无法达到额定的排水量及耐久性，难以满足施工排水需要，最终选用了耐久性好、高效的进口S2.100.200.1600.4 （格兰富）水泵（流量400m?/h，扬程70m）。根据实际排水量大小，在每个泵站配置4台该格兰富水泵，同时配备2台型号为300WQ600-50-132（流量400m?/h，扬程50m）的国产水泵备用。另外根据斜井高差194.47m和水泵的扬程斜井设5级泵站。
4 治水方案的选择和合理利用
4.1截水
针对隧道施工，截水主要是在洞顶地表采取一定的措施截断水流，从而减小对洞内涌水的补给，减小洞内水量和洞内堵排水的的困难，达到治水效果。
如关角隧道，取样地表水和隧道内的水，经水质化验对比，成分基本相同；另外冬季洞内水温较底，因此可基本判定地表水对洞内水补给较大。因此可采取措施在洞顶地表修截水沟，减少雨水补给；另外如果有条件且成本不大的情况下，可在洞内掌子面施工到河道下方时，适当的改道地表河道，减少河水补给。
4.2排水
隧道施工防排水以排为主，排的前提是“疏”。必须做好透水盲管的布置和出水点的导引，使排水水路畅通，才能保证排水效果。
4.2.1拱墙大面积淋雨状的施工排水措施
以关角隧道5#斜井为例，洞身位于中等富水区，部分段落开挖支护完拱、墙呈淋雨状。针对上述情况，实际施工过程中：①加密盲管，原设计中等富水区，环向盲管纵向8米一环，但根据实际情况，明显满足不了排水要求，因此增加到3～5米/环。并在施工过程中加密固定点，确保施工完衬砌混凝土后盲管畅通。②加强土工布的铺挂质量，土工布遇水重量变大，因此必须加密固定点。③加强防水板的铺挂质量，重点检查防水板有无破损、焊缝质量和铺挂平顺度、松弛度。
注意：针对整体水量较大的部分地段，铺挂的土工布遇水变重，施工难度增大，影响铺挂质量，可采用双层防水板（即在初期支护后紧贴着铺挂一层防水板），第一层防水板引导水流，第二层防水板起防水效果。
4.2.2集中出水点的施工排水措施
针对集中出水点，如果水压力不大的情况下，可以考虑集中引排到隧道水沟内。
如Ⅱ线格尔木方向DyK293+104前后，在施工过程中，在左侧边墙处出现几股涌水，拳头大小般的涌水奔涌而出，开挖后半个月水量没有明显减小，因此考虑将水引到左侧排水沟中。
4.3堵水
针对隧道施工，堵水主要是注浆堵水，可分为超前帷幕注浆堵水、径向注浆堵水和集中出水点的顶水注浆堵水。如果施工过程中遇到涌水量较大，并且危及到施工安全，或影响到正常施工开展，则最有效的办法就是进行注浆堵水。注浆堵水主要是封堵裂隙、隔离水源、堵塞水点，减小洞内涌水量。
对水量、水压较大的出水地段，应采用超前帷幕注浆进行堵水；对散状出水应采取“以排为主”的方式进行施工，水量较大时，可采用径向注浆堵水；对股状集中涌水点，采取对出水点顶水注浆为主的方式进行治水。
4.3.1超前帷幕注浆堵水
关角隧道岩溶发育，在施工过程中要做好超前地质预报和超前水平钻探。如果探测到或实际过程中出水点水压高、水量大，水流一段时间后水量并无明显的减小，此种出水点的岩溶裂隙比较发育、通道发达，在不同的里程，其出水点的位置也不尽相同；或出水点水压较低，但掌子面出水点较多，尤其初期为黄色带泥状涌水，随着时间的推移，涌水量往往还会加大。
为保证施工安全，防止发生突水安全事故，对出现上述情况的掌子面考虑进行帷幕注浆。
如5#斜井Ⅱ线西宁方向DyK293+551处，掌子面底部、中部、拱部都不同程度的出现涌水，水量大，出水量约1200m3/h，水压力大，喷射5～7米远。
针对上述情况，正常施工已不可能，并且经观察水量并无减小，因此考虑对DyK293+554～DyK293+527（其中DyK293+554～DyK293+551段为止浆墙）段实施超前帷幕注浆进行堵水。
4.3.2 径向注浆堵水
对于开挖后拱、墙出现大面积“淋雨状”或多股小股状的涌水段落，并且正常施工排水压力较大，单纯的盲管排水难以满足排水要求，为了减小排水压力、改善施工环境、减少运营期排水量，对出水段落采用径向注浆。
比如斜井井身斜0+421～斜0+448段，该段呈大面积“淋雨状”，且总体水量较大，考虑对前方正常施工的影响和后期的运输条件等，采取径向注浆堵水。
4.3.3 顶水注浆
集中出水点顶水注浆示意图
开挖后局部出现集中涌水，且水量和水压均较大，而其它部位并无明显的集中出水点。为了减小洞内涌水量，确保正常施工，对这种出水点采用顶水注浆。如上图Ⅱ线DyK294+110左侧起拱线部位出现集中涌水且水量较大，考虑顶水注浆。
通过实施注浆堵水，大量的地下水被封堵，保证了施工的正常进行，虽然掘进过程中不断出现新的涌水点或涌水段落，但实施注浆堵水后，使大的集中涌水被分散，水压力减小，整体上抽排水量减小，堵水效果明显。
4.4 探放结合的处理方法
由于注浆堵水的实施过程中大部分工序被迫暂停，影响整体施工进度，况且一个循环的注浆堵水时间较长（一个循环帷幕注浆27米一般需要20～40天时间），成本也相应较大，因此在施工过程中，是否需要注浆要根据现场实际情况有所取舍。
通常情况下，遇到涌水整体较大但围岩情况较好的情况，首先应先在掌子面的不同位置施做探孔，一方面可以起到放水效果，另一方面可以探明前方水量的大小和水压力，为下一步的措施提供依据。
5 主体工程防排水施工质量控制
5.1 防水板和土工布的挂设
拱墙衬砌与初期支护间设置防水板与土工布，仰拱部位根据实际情况在富水区仰拱底部涌水段设置防水板与土工布，另外在仰拱端头沿环向施工缝铺设一幅宽的防水板和土工布。
土工布铺设前先割除初期支护上外露的钢筋、钢管、铁丝等凸出物，并用水泥砂浆抹平。防水板在初期支护基本稳定并验收合格后进行铺设。防水板与土工布分开铺设，先在初期支护上铺设土工布，再利用设置的粘结点（热熔衬垫）把防水板用热熔手法焊接，焊接应牢固可靠。铺设防水板环向铺设时，先拱后墙，先标出隧道中线，然后使防水板横向中心线与隧道中线重合，将拱部焊接固定好后，向两侧下垂铺设，边铺边焊，下部防水板压住上部防水板。
5.2盲管的安装
隧道环向盲管通常为φ50软式透水管，纵向盲管通常为φ75或φ80软式透水管。对于富水区，环向盲管纵向间距必须根据实际情况安装，要以散水能够顺畅的排出为目的，不能单纯的依据设计间距设置，纵向盲管同样根据水量大小布置弯出间距将水引向进水孔进而排到水沟中。
5.3止水带的安装
隧道衬砌环向施工缝一般采用中埋橡胶止水带和外贴橡胶止水带，纵向施工缝一般采用中埋钢边橡胶止水带和外贴橡胶止水带。纵、环向止水带搭接处必须用热熔焊机焊接密贴。
6 总结
隧道施工防排水是一项技术性很强的工作，涉及的面较广、工序较多，在实际的施工过程中，应根据现场实际，结合设计图纸和相关的规范要求施做，以安全、有效、快速的堵排水为施工目的。
【参考文献】
[1] 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术.北京：人民交通出版社，2010.5
[2] 铁道部第二工程局.隧道.北京：中国铁道出版社，2007.8