中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 湖南省长沙市 410000
摘要：水工隧洞施工过程中不可避免的遭遇地下水危害，地下水治理成败成为关系水利水电工程投资，乃至工程成败的关键因素。本文就施工中遭遇各种成因的地下水危害的治理进行了论述，并结合成功施工案例对治理措施进行了阐述，为今后施工中处理类似问题提供参考，同时提出了几点后续水工隧洞勘测设计建议供大家探讨。
关键词：水工隧洞；地下水；危害；治理
1 引言
地下水是自然环境的重要组成部分，与工程建设密切相关。人类在开发利用水资源的建设过程中，地下水作用在其中各有利弊，正确认识地下水，才能更合理的做好地下水的危害治理工作，其也成为了工程建设的一项重要任务。本文就水工隧洞开挖和衬砌过程中对地下水危害的治理进行了分析，并结合工程案例进行了叙述，同时也提出了一些合理化建议。
2 地下水的分类及特点
地下水按赋存形式，可分为孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水。而由于孔隙水主要分布于第四系松散沉积物的孔隙中，水工隧洞开挖揭露并不普遍。因此，本文就主要针对水工隧洞开挖过程中揭露的基岩裂隙水和岩溶水的危害和治理进行分析讨论。
基岩裂隙水主要赋存于岩石裂隙中，水量较小，随季节性的变化不大，分布范围广，但其在可溶岩的裂隙中分布时，易形成集中性的裂隙水。开挖揭露后，瞬间水流量较大，尤其在深埋的水工隧洞表现尤为明显，由于水柱高度大，外水压力大，隧洞开挖揭露瞬间，地下水急速喷出，喷射达十几米，后期通过宣泄，水柱降低，压力减小，流量保持稳定。
岩溶水主要赋存于灰岩、白云岩等可溶性碳酸盐岩类岩体中，往往集中发育于岩体的节理密集带、断层破碎带等部位，其开挖揭露后瞬间水量大，往往伴随着涌水、突泥等现象，后续流量较小，流量受季节性的变化明显，汛期流量大，枯水期则相反。
3 地下水的危害及治理原则
纵观隧洞发生的相关事故，原因大多与地下水活动有着密切关系，往往是由地下水作用触发或诱发所致。因此，地下水的防治成为工程建设成败的关键因素之一。如何正确治理地下水危害，是工程建设的首要任务。
3.1 地下水的危害
地下水对水工隧洞的危害主要有以下方面：
1）降低围岩的强度和承载力，对软弱质围岩、松散破碎围岩影响尤大；
2）受地下水浸润作用影响，岩体结构面抗剪力，影响围岩的整体稳定性；
3）外水压力将增加支护和衬砌结构的外部荷载，导致结构变形失稳；
4）地下水发育导致初支喷射混凝土[1]、衬砌混凝土的质量降低，进而导致隧道结构强度降低；造成衬砌混凝土开裂、钢管衬砌鼓包、隆起等质量事故。
岩溶水由于其初期流量大，易造成人员伤亡等事故，故施工中对其危害性重视程度较高，而基岩裂隙水由于分布范围广，水量较小，随季节性的变化不大，对开挖影响不大，施工中往往容易造成忽视，未高度重视其危害性，但该类型地下水具有水柱高度大，水压力大，特别是贯通性的裂隙水，对隧洞后期支护和衬砌危害较大，易导致结构变形、开裂，严重时失效。
3.2 治理原则
水工隧洞地下水的治理方法有很多种，施工中应遵循“以排为主，防、排、截、堵相结合”的综合治理原则，因地制宜地制定治理方案，彻底消除或降低地下水对水工隧洞的危害，保证施工安全和隧洞结构的稳定，确保了结构的运行安全。
4 工程案例
4.1 开挖面喷涌水处理
某水电站引水隧洞在桩号引7+957.000施打钻爆孔时，发现掌子面部分钻爆孔钻进过程中有“脱空”现象，继续钻进后，出现沿钻爆孔喷/涌水现象，喷出的水体由浑浊的黄色逐渐变为清亮，喷射距离达15m，水压力较大，导致开挖工作暂停；12小时后，水压力逐渐减小，喷射距离约4m。
通过分析该洞段岩性和埋深认为，洞段岩性为薄～厚层状灰岩、泥质灰岩夹泥灰岩、千枚岩，埋深大于300m，已开挖洞段围岩完整性较好，呈微新状，且地表未见溶蚀沟槽、孔洞，因此排除了揭露岩溶洞穴的可能。初步分析钻爆孔揭露了贯通性的基岩裂隙，充水，由于埋深大，基岩裂隙中地下水水柱高，压力大，揭露后大量地下水沿此通道大量集中宣泄。针对此现象，施工中采取了“先探后掘、快速通过”的方式，即先揭露后处理的方式，在保证安全的前提下，快速通过喷涌水洞段。具体处理措施如下：
1）先利用钻爆孔在掌子面、洞壁进行超前探测，根据钻孔出水情况判断前方地下水富集情况和基岩裂隙分布位置，从而制定合理的处理措施。
2）加强抽排水的同时采用对喷涌水点进行扩大泄压的方法，降低水量和流速，进而进行全断面开挖快速通过该洞段。
3）对揭露的基岩裂隙进行灌浆回填，同时增加该洞段周边的固结灌浆有效范围，岩体固结灌浆范围由原设计3m修改为6m，灌浆后在隧洞周边形成坚固的固结体，与围岩共同抵抗外水压力，确保衬砌结构安全。
采取上述措施处理后，隧洞开挖的安全性得到了保障。后续隧洞开挖过程中出现了多次裂隙喷涌水现象，均按此方法进行处理，处理效果较好。
4.2 溶蚀洞穴涌水处理
某水电站引水隧洞开挖至桩号引3+255时，遭遇了岩溶洞穴涌水，地下水携带大量充填物涌出，充填物主要为砂和砾石，砾石多呈浑圆状。由于抽水设施不足和停电的影响导致掌子面大量涌水不能及时抽出，且为倒坡洞段，涌水形成的回水长度近300m，掌子面水深达2.5m。该处涌水时间长达15天，导致该工作面暂停施工。
现场发现，涌水点处发育一溶洞，溶穴发育规模约5m×4m（长×宽），高度不明。后超前钻孔资料显示，涌水点处为一断层带，断层走向与引水隧洞斜交，断层及影响带宽2m~8m，影响带内岩体风化强烈，掌子面前方25m范围内还将穿越5条断层，这些断层与洞轴线夹角较小，带内岩体破碎，围岩稳定性差，且富水。为保证围岩稳定和施工安全，施工中采取了以下措施进行处理：
1）加固已开挖洞段的临时支护，全断面封闭掌子面。采取C20模筑混凝土对掌子面进行了全断面封闭，保证掌子面及周边围岩稳定；
2）在集中出水部位布置径向或轴向排水孔，引排地下水，以减小外水压力对围岩稳定和支护结构的影响。
3）加强地下水的抽、排工作，并进行流量监测，掌握流量与季节的关系，为后续涌水点的处理提供时间参数。
4）掌子面采用大管径管棚进行超前支护，开挖后采用钢拱架+挂网锚喷等强支护手段快速通过该富水洞段。
5）针对该岩溶洞穴冬季流量小的特点，安排进行岩溶洞穴封堵施工；采用模筑混凝土和预埋回填灌浆管灌浆，对溶洞进行分层回填封堵，模筑混凝土内预埋Φ150出水孔口管，确保回填灌浆顺利进行；
6）增加该洞段衬砌结构的强度和厚度，衬砌结构断面由原马蹄形断面调整为受力条件更好的圆形断面，同时增加该洞段的围岩固结灌浆范围，确保衬砌结构安全。
通过采取上述措施处理后，洞段稳定性较好。隧洞投入运行至今，未出现衬砌结构破坏和渗漏水现象，处理措施得当。
5 结语
正确认识地下水对地下洞室的危害，才能更好地防治地下水。在地下水活跃的软弱围岩洞段要加强排水，同时合理对地下水进行引排。在穿越厚层碳酸盐岩洞段，加强地下水的探测工作，开挖过程中遇到掌子面附近地下水出现异常，如水量突然变大或水变浑浊等现象，及时采取措施处理并加强抽排水，以免造成不必要的损失。
6 建议
为保证水工隧洞软岩段地下水的排泄顺畅，确保围岩稳定，根据工程相关实践，建议软岩洞段的底板坡降设置为3%～5%，尽量避免设置倒坡或倒坡，坡降过大，地下水引排虽然顺畅，但交通运输条件差，而坡降过小，则易导致排水沟产生淤积，影响地下水排泄，进而造成洞段围岩浸泡，降低围岩强度，影响围岩稳定。
参考文献：
[1] 刘智，浅析地铁工程暗挖隧道施工中地下水的危害及治理[J].城市建设理论研究（电子版）.2014，7（10）：33-36