控制隧道涌水的关键技术（二）

水常常是影响公路桥梁隧道正常施工的关键因素。在实际的施工过程中，地下水会使一部分围岩趋于不稳定，也可能会造成洞体塌方，是隧道施工安全的重大隐患，增加了前期支护的困难，恶化了施工环境。

在后期公路桥梁隧道运行过程中，地下水会从变形缝、施工缝、衬砌结构非正常裂缝等裂隙中渗漏出来，导致隧道内积水，侵蚀隧道内的照明灯具等设备，严重的甚至会影响行车安全，造成洞内湿滑或渗水挂冰侵入建筑限界，还容易引发车祸。同时，如果地下水属于侵蚀性或者容易结冰冻胀，会严重损害衬砌结构。

隧道涌水虽然恼人且复杂，但也十分正常，因为要使地下工程做到完全的无水条件施工，是一个较为理想化的条件，不管是山岭隧道，还是城市隧道，在存在地下水的条件下，要保持无水条件施工，是较为困难的，而且也是不经济的。

所以，与水斗的问题既要正视它，也要方法得当、适度，很多问题是可以解决的，就连新关角隧道这样高海拔、超强涌水的隧道也被人类征服了。但是，为什么要讲究方法呢？如果遇水就选择大量排水、将遇水就采取大范围注浆止水、二次衬砌等发生渗漏水了再补，这些较为随机的方法、事后补救的措施，并不是解决问题的最好办法。

地质勘查要先行

进行地质钻探和超前预报，掌握掌子面前方一定距离内的围岩和地下水的状态及其可能发生的变化非常重要，我们如果能做到心中有数，尽可能地事先排除发生大量涌水的可能性，尽可能事先地进行降水压处理，将优化我们的施工，保证施工质量，节约成本。

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适度处理是根本

对于涌水，我们讲究适度处理，既要考虑某掌子面的涌水特殊性，又要考虑涌水特点、围岩特性、环境影响来进行综合处理，但适度的原则总是来源于有备无患，“地质先行”非常重要，是处理隧道涌水问题的基础。

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掌握隧道与水的共存关系

我们都知道地下水的问题并非只在施工阶段困扰我们的脑细胞，开挖出来的隧道本身就给地下水提供了涌动的通道，通过施工我们给通畅的交通建造了一个钢筋混凝土结构，用于抵抗围岩荷载，是否就万无一失了呢？

除了来自四面八方的围岩压力问题，似乎我们还忽视了地下水的存在？

为什么即使我们铺设了防水层、做了排水沟，我们的建造者仍会因隧道的渗漏水问题而苦恼呢？

这就说明一件事。

水与隧道在整个建造、运营过程中都有密不可分的关系。

解决好、区分好隧道与水的共存关系，我们才能有的放矢的给隧道做好防线，让水与隧道相生相依，不破坏生态环境，也不刻意压制。

防水型隧道PK排水型隧道

原则上二次衬砌不承受水压作用，大多数的标准矿山法隧道都设计有排水构造，目的是使周边的地下水位下降，防止衬砌受到水压的作用，这是排水型隧道。以自然排水为前提的山岭隧道，衬砌周围处于流水状态，此时隧道衬砌只承受动水压作用，水荷载量都不大，设计时可忽略。

但是，近年来，降低环境负荷成为了全社会关注的话题。防水型隧道越来越多，特别是在城市矿山法隧道中，为了控制排水造成的地下水位降低，我们在隧道四周用防水材料覆盖，隧道衬砌承受全部水压，称为防水型隧道（非排水构造），城市隧道或浅埋山岭隧道多采用防水型隧道。再或者通过衬砌背后注浆，帮助衬砌分担部分水压，把水压控制在二次衬砌容许范围内，称为衬砌背后注浆型隧道，高水压和大量、突发涌水的极端情况下常采用衬砌背后注浆来解决问题。

标准型隧道和防水型隧道

［案例1］防水型隧道

日本大万木公路隧道，长4878m，其中位于广岛侧处于小埋深，并且通过断层破碎带和河流，若采用排水型隧道有可能造成河水流量降低，从而影响当地的农业用水。因此，以保障河流流量为目的，采用了钢筋混凝土衬砌的防水型隧道构造^【1】。

［案例2］衬砌背后注浆型隧道

日本青函隧道是埋深很大的海底隧道，用衬砌抵抗水压几乎是不可能的。因此，该隧道采用注浆的方法提高围岩的不透水性，让围岩也负担一部分水压。挪威的海底隧道也相同，包括一些城市隧道都是这样处理的^【1】。

如果大量涌水或水压较大时，完全用衬砌来承受，无论从经济上，还是从安全上看都是不可行的。

目前，各国在处理水荷载问题上，大都是根据经验来判定，通过水压值来考虑是否需要进行注浆。日本城市隧道大致限定水压在0.3MPa以内，山岭隧道大致限定水压在0.6MPa内，超过相应值应采用注浆方法，降低水压，各国也普遍采用此判断方法^【1】。

Barton 水压分级表

地下水、围岩固结度及涌水对策

各国也一致认为，不管是排水型隧道，还是非排水型隧道，都需要在衬砌背后形成一个纵横交错、不宜堵塞、通畅的排水系统。绝大多数国家都不容许地下水流入隧道内，而是通过背后的排水系统排出隧道。

我国铁路隧道建设长期以来，采用把地下水引入隧道，再从洞内两侧边墙附近设置的排水沟排出的做法是值得商榷的，特别是在可能发生冻害的地区，采用深埋的排水沟，更不可取^【1】。

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排堵结合最相宜

其实，我们并不会把“排”和“堵”分开，也就是不会单纯地仅采用排水或仅采用堵水。控制地下水最有效的方法是排堵相结合，前面小Q说到根据地质特点向斜构造可采用“以堵为主，适量排放”，而背斜构造可采用“以排为主，排堵结合”，软弱断层带涌水处治还应考虑围岩稳定性问题，岩溶区涌水宜分类，根据围岩综合渗透性系数和水压考虑排堵的关系等等。

目前，各国采用的方法基本上是以“排”为主，极端情况下，才采取“堵排相结合”。

毋庸置疑，排水是积极地排出流入掌子面的地下水，同时降低隧道周边的地下水位，可采用重力排水或强制排水，排水不仅仅是技术上好实现，经济上也具有优势。但是排水有两个缺点，一对周围环境有影响，二对大量突发涌水难处理。

我们知道，水的流动其实仅需要水头差和动能某个条件存在即可发生，地下水的特点是具有迁移和补给性，所以排水引起地下水位下降，可能带来一系列负面的影响，比如地表不均匀沉降，这对沉降敏感的结构物而言是严重的，所以前面我们提到城市隧道或浅埋山岭隧道多采用防水型隧道。除此之外还可能引起水土流失、河道水流量下降，影响当地农业用水等。

堵水是阻断地下水流路，抑制涌水流入洞内。围岩周边的地下水也具有迁移和补给特性，所以堵水应对一定范围内的围岩区域进行注浆，否则效果甚微，所以其经济性问题是大多数工程不首要采用堵水的关键原因。

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矿山法隧道的涌水对策

你的隧道是否也遇到过

大量涌水或异常涌水的情况呢？

你是不是也是手忙脚乱，束手无策的那一个呢？

大量工程实践证明，施工时如果大量涌水或水压较大时，隧道围岩的综合渗透系数大于10^-6 ~10^-5cm/s，就需要采取注浆止水措施，以减少隧道涌水量。

前面我们讲过止水、支护都应做到“地质先行”，先对掌子面前方进行探孔，而后通过地质钻孔得到一手资料，特别当地质探孔探得沉积岩的破碎带、断裂带、火山岩侵入体或岩溶区，通过预注浆来围绕隧道周边建立一个不透水，或渗透性小的围岩区域，即形成防渗域。该防渗域能够确保全静水压力作用在隧道周边预注浆区域的外侧，水压力通过注浆区逐步减小，水压力作用在隧道轮廓和隧道衬砌甚至接近于零。此外，预注浆也提高了注浆区域围岩稳定性，这也是预注浆的一个重要特征。

王国斌采用三维电阻率的正反演理论与水量估算方法研究为出发点，建立了隧道含水构造超前探测三维成像与水量估算技术体系，提出了基于电阻率层析成像法的隧道突涌水灾害实时监测预测系统与方法^【2】。

聂利超提出多同性源阵列激发极化超前探测新方法，并对孔中阵列激发极化观测模式进行探讨，以含水构造的三维反演成像与水量预测的相关理论、方法为目标内容，并引入约束联合反演思想，以基于约束联合反演的综合超前探测方法为结合点，形成多同性源阵列激发极化法隧道含水构造超前探测综合定量识别方法^【3】。

以上都是专家对超前探孔预测涌水量的理论研究，并且他们的相关研究成果在实际工程和物理模型试验中得到了较为成功的应用，我们需要依靠研究成果借助超前探孔对涌水量进行预测，并考虑适宜的注浆堵水方案。

典型的探测和预注浆设置

预注浆区的示意图

［案例3］大奎隧道涌水处理

大奎隧道右线出口处涌水，从地质雷达和变形监测两方面进行研究分析。地质雷达探测结果显示隧道底板左下方2.5m处存在承压水层，且隧道衬砌背后存在巨大暗道。变形监测表明多个里程断面岩体变形超过50mm，高于规范要求的安全界限。基于探测结果，提出了混凝土回填、超前注浆止水及架立钢支撑支护的处理方案，涌水段围岩变形最终得到了控制^【4】。

隧道建造完成后，也有衬砌背后排水被堵塞而使水压增大、衬砌破坏的情况发生。因此，我们前面提到无论是排水型隧道还是防水型隧道，都需要在衬砌背后形成一个纵横交错、不宜堵塞、通畅的排水系统，十分重要。