复杂软岩隧道的防渗排水施工方法

复杂软岩隧道的防渗排水施工方法

张浩浩

中亿丰建设集团股份有限公司 江苏苏州 221600

摘要：对掌子面前方的围岩进行超前预注浆，围岩中的裂隙被浆液填充，浆液固化后变成了岩块之间的胶结材料，从而使围岩的力学性质得到改善，抵御地表水压的能力增强，减小了作用在衬砌结构上的永久载荷。隧道开挖后及时对裂隙水进行注浆封堵，使隧道周围形成隔水保护圈，防止地下水外泄并减轻隧道结构外水压力。

关键词:复杂软岩隧道；防渗排水；施工方法

一、背景技术

按照地质学的岩性划分，地质软岩是指单轴抗压强度小于25Mpa的松散、破碎、软弱及风化膨胀性一类岩体的总称。该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质粘土岩等强度较低的岩石，是天然形成的复杂地质介质。隧道开挖后，由于软弱围岩具有强度低、自稳定性差等特点，软弱围岩的应力会重新分布，使得隧道周边产生较大的松动圈，软弱围岩隧道的施工受地质条件的影响较为明显，还会因断面大、埋深浅、穿越既有道路或建筑物等情况，增加施工难度。

现有的隧道项目在施工过程中发现附近地表有小沟渠，且在该处具有F3断裂带，在这种地质基础上直接采用现有的隧道施工方法进行隧道施工，地表水能够沿着断裂处渗入隧道，隧道开挖时容易形成淋雨状出水，隧道内部容易出现严重渗水的情况，影响隧道的施工质量。

二、技术方案

对现有技术中所存在的上述不足而提供一种复杂软岩隧道的防渗排水施工方法，其解决了现有技术中存在的隧道内部严重渗水的问题。

复杂软岩隧道的防渗排水施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

步骤1、地质调查：

1.1预判：勘探隧道断层位置及地表情况，对影响隧道渗水的水源进行实地测量定位，预判洞内围岩渗水破碎段的位置；

1.2引排：将小沟渠中的源头水源引排至偏离隧道正上方至少500m的他处；

1.3封堵：在隧道上方的小沟渠中浇筑防水混凝土。

步骤2、隧道开挖施工：采用台阶分部开挖法挖掘隧道；

步骤3、监控量测：对隧道围岩进行动态的监控量测，收集地表沉降、洞内拱顶下沉、拱脚下沉、周边收敛的相关数据；

步骤4、超前地质预报：采用超前钻探法对掌子面前方及其周边的围岩与地层情况做出超前预报；

步骤4还包括：超前钻探时应停止施工，针对有突水的破碎带断层进行钻孔超前探测时，钻孔长度为20~30m，并至少有一个钻孔用于取芯，探孔的孔径不小于φ75mm，探孔的终孔应超出开挖轮廓线1.5m，钻进过程中做好钻探的数据记录，临近漏水地段3~5m前，用2~4孔超前水平钻进行钻孔，钻孔深度为5~8m。

步骤5、井点降水：在基坑开挖前，在基坑的四周埋入直插蓄水层的井点管，利用抽水设备将地下水通过井点管不停的抽出，直至地下水位降至预设的坑底以下；

步骤6、超前预注浆施工：对掌子面前方及周边的围岩进行钻孔注浆，加固围岩；

步骤6包括以下步骤：

6.1制定施工方案:根据监控量测和超前地质预报得到的数据信息制定施工方案；

6.2施工准备：进行设备准备、管材加工、材料准备、机具准备；

6.3注浆设计；

6.3.1浆液选择：掌子面前方围岩存在裂隙大而水压小的情况时，采用水泥-水玻璃双液浆作为注浆浆液，掌子面前方围岩存在裂隙小而水压大的情况时，采用水溶性聚氨酯作为注浆浆液；

6.3.2确定注浆参数：单孔注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上，设计终压应控制在0.95~1.05Mpa，单孔进浆量小于10L/min时，结束本孔注浆。

6.4测量布孔：根据设计图纸对注浆孔进行测量定位，并采用挂牌或标记的方式对注浆孔的孔位进行编号；

6.5喷砼封闭掌子面：喷射混凝土封闭掌子面，混凝土层的厚度根据掌子面前方围岩的地质信息进行确定；

6.6钻孔打小导管：以混凝土层为基面向其前方钻出多个注浆孔，并在注浆孔中插入遍布出浆孔的小导管；

6.6.1钻孔：采用履带式地质钻机来钻出注浆孔，注浆孔的挺进方向与隧道的纵向轴线形成夹角，注浆孔在纵向呈伞形辐射状，同时确保各注浆孔的浆液扩散半径相互重叠；

6.6.2清孔：向注浆孔中插入高压风管，高压风管未插入注浆孔的一端连接高压风机，高压风机通过插入注浆孔的高压风管将注浆孔内的钻渣吸出；

6.6.3打入小导管：将小导管的端部插入注浆孔中，然后采用凿岩机振动挺进的方式推送小导管进入注浆孔中；

6.6.4封口：注浆孔的孔口与小导管的管壁之间填塞锚固剂进行封口。

6.7安装止浆阀：在小导管未插入注浆孔的一端安装止浆阀；

6.8安装注浆管：在止浆阀远离小导管的一端安装注浆管；

6.9注浆：采取前进式分段注浆，注浆管连接高压注浆泵，高压注浆泵通过注浆管向小导管内注浆；

6.10钻孔注浆至设计深度；

6.11判断注浆是否符合结束标准：将当前的注浆参数与预设的标准注浆参数进行对比，当前注浆参数满足标准注浆参数时，结束注浆，当前注浆参数未满足标准注浆参数时，补注浆；

6.12全面检查：根据钻孔的注浆记录，绘制注浆量和注浆压力的分布图，分析是否有注浆薄弱区，如有薄弱区的，对薄弱区进行补注浆，其次，根据注浆压力、注浆量、注浆时间绘制曲线关系图，通过曲线关系图分析注浆效果，对注浆效果不佳的注浆孔进行补注浆。

步骤7、排水结构施工：在掌子面后方安装排出围岩渗水的排水结构；

7.1安装排水沟：在人行道的路面上开设沟槽，将排水沟埋设在沟槽中，相邻的预制排水沟沿着隧道的延伸方向依次拼接；

7.2安装纵向排水管：在初衬内壁上沿着隧道的延伸方向凿出纵向凹槽，在纵向凹槽内埋入多个纵向排水管，相邻的纵向排水管之间通过三通管连通，每个纵向排水管上均连通有另一端与排水沟连通的引排管；

7.2还包括：埋设纵向排水管时，工人在纵向排水管的两侧打入钢钉，然后再用两端分别缠绕在两个钢钉上的铁丝将纵向排水管箍好，接着用快硬水泥砂浆将纵向凹槽的槽口封闭，再用抹子将快硬水泥砂浆抹平，施工结束后，其表面应平顺，并不得侵入二衬。

7.3安装环向排水管：在初衬的内壁上沿隧道端面的环向凿出环向凹槽，普通区段每隔12m开设一道环向凹槽，富水区段每隔6m开设一道环向凹槽，接着在环向凹槽内埋入环向排水管，环向排水管为打孔波纹管，且环向排水管外包裹有过滤土工布，环向排水管的端部通过三通管与纵向排水管连通。

7.3还包括：埋设环向排水管时，工人在环向排水管的两侧打入钢钉，然后再用两端分别缠绕在两个钢钉上的铁丝将环向排水管箍好，接着用快硬水泥砂浆将环向凹槽的槽口封闭，再用抹子将快硬水泥砂浆抹平，施工结束后，其表面应平顺，并不得侵入二衬。

步骤8、二衬施工。步骤8包括以下步骤：

8.1铺设护板土工布：采用作业台架将护板土工布铺设于初衬的内壁上，每幅护板土工布与上一幅护板土工布之间采用搭接的方式相连，且搭接宽度不小于5cm，并用专用射钉枪打入热熔垫圈钢钉以将护板土工布固定于初衬的内壁上；

8.2铺设防水板：工人先在护板土工布上涂刷环氧灌封胶，接着铺设防水板，待环氧灌封胶固化后，防水板即被固定；

8.3钢筋混凝土层施工: 工人先在防水板的内侧搭设钢筋网，在浇筑混凝土即成形钢筋混凝土层。

三、附图说明

图1是复杂软岩隧道的防渗排水结构的结构示意图  图5是步骤6的流程图

图中：1、隧道本体；11、初衬；12、二衬；2、行车道；3、人行道；4、沟槽；5、排水沟；6、纵向排水管；7、三通管；8、引排管；9、环向排水管。

四、有益技术效果

1、复杂软岩隧道的防渗排水施工方法预先地质调查的方式勘探到地表沟渠的位置，并对沟渠内的积水进行引排封堵，可以从断层破碎带的源头减少隧道内部的渗水量。对掌子面前方的围岩进行超前预注浆，围岩中的裂隙被浆液填充，浆液固化后变成了岩块之间的胶结材料，从而使围岩的力学性质得到改善，抵御地表水压的能力增强，减小了作用在衬砌结构上的永久载荷。隧道开挖后及时对裂隙水进行注浆封堵，使隧道周围形成隔水保护圈，防止地下水外泄并减轻隧道结构外水压力。

2、复杂软岩隧道的防渗排水施工方法的排水结构与二衬相结合形成“引、排、截”一体式排水，通过增设带有防水板和防水胶的二衬，防水板和防水胶在初衬和二衬之间形成两层防水层，拦截裂隙水向二衬外溢，便于裂隙水在初衬内流通，通过设置与排水沟连通的管路系统，管路系统包括环向排水管、纵向排水管、引排管，使得裂隙水能够有效的进入排水沟并排出，保证施工现场排水畅通，保障隧道顺利施工。

3、复杂软岩隧道的防渗排水施工方法采用超前预注浆和增设排水结构的方式来提升隧道的施工质量，经压水实验得出，隧道渗水实验区段的渗透系数由原来的0.12m/d变为0.02m/d，如此有效的证明了“堵排结合”的施工效果，提高了隧道的施工质量，保障了隧道施工的安全性，且施工环境也得到了较大的改善。