有压面状淌流地段隧道初期支护与围岩间地下水处理工法.pdf

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1、有压面状淌流地段隧道初期支护与围岩间地下水处理工法 1前言前言隧道作为人类利用地下空间的一种重要形式，是埋置于地层内的工程建筑物。由中铁七局三公司承建的汶马高速朴鸭脚隧道左线全长 1555 米，右线全长1545 米。该隧道属于高寒高海拔高烈度围岩隧道，围岩面状淌流水病害相对一般气候与围岩条件更加严重，极大影响了隧道施工有序进行及后期运营安全。在隧道施工过程中，由于初期支护时出现大量面状淌流水病害，极大影响了隧道的施工进度。能否有效控制围岩面大量面状流淌水，是初期支护顺利施作的关键。中铁七局三公司针对本项目的难点成立了专门的课题组，研究成果在朴鸭脚隧道施工中得到了成功的应用，经过鉴定达到了国内领

2、先水平，形成了有压面状淌流地段隧道初期支护与围岩间地下水处理关键施工技术，申请了一项发明专利（一种隧道富水围岩的压面状淌流集中引排水机构），获得两项实用新型专利授权（隧道富水围岩的压面状淌流集中引排水系统，隧道中央 U 形排水沟混凝土浇筑模板支撑结构及浇筑模板），形成了有压面状淌流地段隧道初期支护与围岩间地下水处理工法。2特点特点 2.0.1 从水害的根源处阻断水流，能有效制止因围岩面渗水、涌水对初期支护施作的影响，防止了因水的稀释作用导致初期支护强度降低，减小了对隧道衬砌结构产生影响。2.0.2 能对隧道围岩面状淌流水进行有效汇集、导流，保障了防排水施工长期效果，能从水害的根源处有效防止高寒

3、高海拔隧道水害对隧道初期支护、二次衬砌混凝土产生冻融破坏。2.0.3 防水隔膜采用一种高柔度、高强度材料，紧贴围岩，在有效抵挡水压、隔除水害的同时，并能避免因材料刚度大而在围岩与初期支护间形成空洞对隧道整体质量的影响。2.0.4 本工法工艺结构简单、可靠，操作性强，能极大提高施工的效率，缩短了工程建设周期。2.0.5 本工法所用材料普通、成本较低，无需投入特种设备，易推广，适用于各种不同的富水围岩地层，有较好的经济效果和社会效益。3适用范围适用范围 本工法适用于各类围岩有压淌流地段的隧道初期支护施工，也适用于其他类似有排水需求的隧道及地下工程暗挖施工。4工艺原理工艺原理 防水板采用铆钉固定在围

4、岩上，使防水板紧贴围岩，能有效抵挡水压、隔除水害对喷射混凝土的影响；弹簧软式排水管被防水板包裹，同时管口外裹两层400g/m2土工布，使防水板内的有压水通过排水管顺利排出，也使排水管不至于因流进混凝土和泥沙而被堵塞；防水板用铆钉固定，铆钉环形间距上部部分控制在 1015cm，下部控制在 510cm，同时铆钉距防水板边缘距离不少于 5cm，使防水板能足够承担水压和喷射混凝土的冲击力；弹簧软式排水管与纵向波纹管、纵向波纹管与横向波纹管采用三通式连接，且纵向波纹管水准高程应控制在中央排水沟沟底之上，使排水管的水能全部有效地排入中央排水沟。5工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程图 工

5、艺流程图如图 5.1-1 所示。图 5.1-1 工艺流程图 5.2 操作要点 5.2.1 作业前准备 根据开挖后围岩面有压面状淌流的形状大小，设计防水板的尺寸与形状，并设计好铆钉的布设点；结合设计图和施工方案，确定弹簧软式排水管长度以及安放点；对进场的防水板、铆钉、弹簧软式排水管、波纹管等材料进行原材料检验合格后方可进行加工。5.2.2 弹簧软式排水管和防水板以及打孔波纹管的加工制作 弹簧软式排水管按设计的尺寸长度现场加工制作，为方便快捷，弹簧软式排水管可以现场直接由工人用施工刀具切割。防水板采用 1.2mm 的 EVA 防水卷材制作，设计尺寸分别在压面状流淌面的基础上，径向扩大 2030mm

6、，使防水板能够更好的收集围岩面水流。为方便快捷，不影响现场初期支护的及时支护，现场由工人用剪刀按设计尺寸进行防水板的裁剪。5.2.3 弹簧软式排水管与防水板安装与固定 先进行弹簧软式排水管的安装，排水管沿岩面环向布设。排水管管口尽量布置围岩面流淌水水流最大处，使流水能尽量从孔口流进排水管，同时排水管外裹两层 400g/m2土工布，并用铁丝扎圈固定，以防止围岩泥沙和初期支护混凝土流进防水板后，从孔口流进管内导致排水管出现淤塞。弹簧软式排水管用 5cm 的长钢钉固定，拱部钢钉间距 1m，墙部钢钉间距 1.2m。弹簧软式排水管应紧贴渗水岩壁安设，排水管布置应圆顺，不得起伏不平，在围岩不平顺处应适当在

7、铺设处对岩面平整度进行修整。防水材料按设计要求进行铺设，应尽量保证铺设面围岩平整，可适当对围岩进行整平修正。防水板用 4.81616 大法兰铆钉固定，防水板上部铆钉沿防水板环向间距为 1015cm，防水布下部铆钉沿防水板环向间距为 510cm，距离视围岩平整度定，防水板包裹弹簧软式排水管处可适当增大铆钉密度。铆钉距离防水板外径的距离应大于 3cm，防止防水板边缘受力被损坏。防水材料铺设完成后，在防水材料内侧（喷射混凝土侧）加装钢筋网片便于防水材料处初期支护喷射混凝土喷射；初期支护喷射混凝土应尽量先防水板四周进行喷射，然后逐渐向中心靠近，以防止因初期支护的喷射动力移位防水板和弹簧软式排水管。弹簧

8、软式排水管与防水板安装与固定示意图如图 5.2.3-1 所示，图 5.2.3-2、5.2.3-3 分别为其 1-1、2-2 剖面图。图 5.2.3-1 弹簧软式排水管与防水板安装与固定示意图 图 5.2.3-2 1-1 剖面图 图 5.2.3-3 2-2 剖面图 5.2.4 纵向打孔波纹管与仰拱处打孔波纹管的安装铺设 纵向波纹管采用100 的 HDPE 双壁打孔波纹管，设置在初期支护与围岩之间，沿隧道纵向布设，波纹管设计长度按环向弹簧软式排水管之间的间距而定，波纹管与环向弹簧软式排水管用三通管连接，连接示意图如图 5.2.4-1 所示。打孔波纹管外裹两层 400g/m2土工布组成，能很好防止淤

9、塞，并防止围岩日久被地下水冲失，塑料布及铁丝圈用以防止喷射混凝土时水管被砂浆堵塞，纵向用长钢钉固定，固定间距 20cm。边墙开挖后进行纵向波纹管的铺设，其水准高程应控制在中央排水沟底之上。仰拱开挖后，进行横向波纹管的铺设，横向波纹管采用100 的 HDPE 单壁无孔波纹管，铺设长度视纵向波纹管与中央排水沟的间距而定，铺设间距为 5m，对与围岩面水流量偏大处，可适当增大铺设密度。横向波纹管与纵向波纹管采用三通管连接。隧道防水排水整体立面示意图如图 5.2.4-2 所示。图 5.2.4-1 纵向波纹管与环向弹簧软式排水管连接示意图 图 5.2.4-2 隧道防水排水整体立面示意图 6.材料与设备材料

10、与设备 主要材料见表 6-1，主要机械设备见表 6-2 表 6-1 主要材料表 序号 材料名称 规格 单位 备注 1 弹簧软式排水管 100 mm 按开挖断面环向长度取长度 2 HDPE 双壁打孔波纹管 100 mm 按环向布设的弹簧软式排水管之间的间距设计长度 3 HDPE 单壁无孔波纹管 100 mm 水流量大处可适当增大铺设密度 4 土工布 400 g/m2 5 大法兰铆钉 4.81616 mm 按防水板与围岩贴合度确定锚固密度 6 钢钉 5 mm 7 钢丝绳 0.5 mm 8 EVA 防水卷材 1.2 mm 形状按面状淌流区域设计 表6-2主要机械设备配置表 序号 机具设备名称 规格型

11、号 单位 数量 用途 1 剪刀 5 寸 把 1 裁剪防水板与透水管 2 八角锤 8P 把 1 固定防水板与透水管 7质量控制质量控制 7.0.1 隧道施工严格执行公路工程技术标准（JTJ B01-2003）、公路隧道施工技术规范（JTJ F422009）和公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)等规范要求。7.0.2 隧道防排水设计原则为：防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理，达到排水畅通、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。7.0.3 施工中应对洞内的出水部位、水量大小、涌水情况、变化规律、补给来源及水质成分等做好观测和记录。7.0.4 弹簧软式排水管、防水布、波纹管的材料

12、必须满足设计要求。7.0.5 防水板安装（1）围岩基面平整度达不到铺设要求时，应适当对围岩平面进行修整。（2）防止欠挖地段尖锐岩石戳破防水板；超挖地段避免防水板挂设过紧，否则喷射混凝土时，局部凹陷处混凝土的压力使防水板产生拉力，拉力过大时将使防水板破裂。（3）防水板包裹弹簧软式排水管处应适当加密铆钉布置。可以先对防水板与弹簧软式排水管接触处进行混凝土喷射，堵住水接缝处漏口，再进行其他部位的混凝土喷射，减少围岩面有压流淌水对初期支护的影响。（4）开挖后钢拱架和钢筋的焊接应注意防止损坏防水板。7.0.6 排水盲管安装（1）环向排水盲管安装时应按设计间距进行安设，对于富水地段要按实际情况加密环向盲管

13、的数量。（2）弹簧软式排水管管口要用无纺布等渗水材料包裹，防止泥砂、喷射混凝土等杂物进入而堵塞管道，纵向盲管要用防水卷材半裹，使从上部下流之水在纵向盲管位置尽量流人管内，而不让地下水在盲管位置漫流。（3）环向弹簧软式排水管与纵向盲管一般采用三通管连接，三通管留设位置应准确，接头应牢固，防止松动脱落。（4）开挖后钢拱架和钢筋的焊接应注意防止损坏排水盲管。7.0.7 防水层属隐蔽工程，二次衬砌灌筑前应检查防水层质量，做好接头标记，并填写质量检查记录。8安全措施安全措施 8.0.1 严格遵循中华人民共和国安全生产法、建设工程安全生产管理条例、施工现场临时用电安全技术规范、建筑机械使用安全技术规程和建

14、筑安装工人安全技术操作规程 的规定要求，同时针对具体工序制定相应安全技术措施。8.0.2 施工人员应经上岗前技术、安全培训后方可上岗，对于钢筋加工、电焊工等技术工种应持证上岗。8.0.3 初期支护施工前，应对施工人员进行安全技术交底，并告知作业中存在的安全风险以及在施工过程中需采取的应急措施。8.0.4 防水板与弹簧软式排水管、波纹管的制作安装时，工人应戴防护手套，防止被刀具割伤。8.0.5 施工期间，应对支护的工作状态进行定期和不定期检查。在不良地质地段，应由专人每班检查。当发现喷射混凝土被水稀释呈流动状或者初期支护施工后渗水、变形时，应立即修整加固，当险情危急时，应将人员撤出危险区。8.0

15、.6 进入防水板和弹簧软式排水管的锚固作业时，应注意铆钉锚固时八角锤操作失误使手部受伤。8.0.7 为了使弹簧软式排水管能沿围岩壁顺利延伸，可在现场监理与技术员指导下对钢筋布置进行适当调整，钢筋的调直、切断和钢架弯曲时所使用的机械设备必须指定专人操作。8.0.8 进行喷射混凝土环节，作业人员在拌浆、喷射混凝土等作业时，应按照安全要求穿戴护目镜、防尘口罩、防尘工作服、长筒胶鞋、橡胶手套等防护衣具。9环保措施环保措施 9.0.1 隧道内必须连续通风；粉尘、有害气体含量应低于规范要求值；风量、风速满足规范要求。9.0.2 施工场地要时常洒水湿润，粉尘大时要采取降尘措施。9.0.3 生产中的废弃物及时

16、处理，运到当地环保部门指定的地点弃置。9.0.4 对施工中产生的污水及油水设置沉淀池进行沉淀过滤，对沉淀池中污油水加以处理，达到环保部门要求的排放标准后方可排放，采取油水、污水分类排放。9.0.5 附近有居民处禁止夜间爆破，机械噪音满足规范要求。9.0.6 隧道内污水应集中处理后方可排放。在施工过程中，应避免堵管防止漏浆现象的发生。9.0.7 喷浆所使用的水泥应符合相关规范要求，施工用水应达到饮用水标准，细骨料应使用天然洁净的河砂，严禁使用海砂，确保浆液达到无毒无污染要求。9.0.8 应对混凝土在搅拌、运输、浇注环节制定相应环境保护措施，尽量避免水泥与外界的直接接触。混凝土搅拌站应远离生活区，

17、并对其周围进行封闭，对附近经常进行洒水降尘。10效益分析效益分析 围岩面状淌流水病害的传统处理办法是用喷射混凝土封堵，喷射混凝土与地下水直接接触，对喷射混凝土腐蚀大，易渗漏，不密实且施工中存在安全隐患；本工法提出用防水板、土工布和弹簧软式排水管的处理方案，采用“引、堵、排”相结合的办法处理隧道富水围岩地段，有效控制围岩面富水对初期支护的影响，使初期支护喷射混凝土能够顺利施作。由于隧道富含地下水，隧道爆破开挖后进行初期支护时，围岩富水极大的稀释了喷射混凝土，降低了初期支护的喷射混凝土质量，也阻碍了隧道施工进度的快速顺利进行，通过在围岩有压面状淌流处锚固隔水材料，能有效隔离压面状淌流对初期喷射混凝

18、土的影响，同时通过防水板与弹簧软式排水管、纵向盲波纹管沟的有效结合顺利排除围岩面水，减小了渗水对隧道支护的影响，一定程度上减少了因富水围岩有压面状淌流造成的误工、返工等经济损失。根据以往施工的经验及数据进行经济分析，可以得出：采用本工法能够节约的长短期经济效益为三百余万元。11应用实例应用实例 汶马高速公路朴鸭脚隧道位于四川省阿坝州马尔康市，鹧鸪山西坡与县城之间，其中左线隧道长 1555 m，右线隧道长 1545 m。朴鸭脚隧道为分离式双洞单向行驶隧道，隧址区经历了多次构造运动，地下水主要有：松散堆积层孔隙水、基岩裂隙孔隙水和岩溶裂隙水三种类型，其中岩溶裂隙水主要赋存于凝灰质砂岩、灰质砂岩和灰质板岩，地下水在其中运动，进行差异性溶蚀，使原有的裂隙孔隙进一步扩展，甚至发生“管道化”，局部可能形成地下贯穿性通道，使得岩溶水较一般的基岩裂隙水更不均匀、更集中、流速大。在上述隧道开挖围岩有压面状淌流地段采用隔水材料阻隔有压面状淌流，通过环向透水盲管、隧道墙脚纵向盲沟、底部横向盲沟相结合的排水施工工法，有效降低了围岩面压面状淌流对隧道施工的影响，保证了本工程地下水处理的长期有效性和隧道顺利贯通。