麦积山隧道涌水处理及反坡排水技术
【内容提要】隧道出现大的涌水和集中出水，采用反坡排水和后注浆堵水相结合的方式，对出水做到有效地“引、截、排、堵”，将隧道涌水对施工进度的影响降到最低，有效提高施工工效，反坡排水重点是根据现场实际合理设置泵站位置，按需配备足够的抽排水设备并充分考虑最大出水可能预备排水能力，以便灵活、及时的处理出水增大对隧道掘进进度的影响；本文结合宝兰客运专线铁路麦积山隧道2#斜井施工出现涌水及处理过程中施工方案和排水设施配置的不断优化调整，总结出的一套适用于隧道涌水处理的施工方法。
【关 键 词】 隧道 反坡排水 堵水注浆 施工技术 1. 工程概况
新建宝鸡至兰州铁路客运专线甘肃段站前工程BLTJ-2标段起讫里程DK709+412～DK742+881，线路全长32.415km ，位于甘肃省天水市麦积区境内。线路自笔架山隧道内(DK709+412)引出，在渭河南侧向西跨秦岭沟、穿小墁坪隧道，再跨太碌大沟、穿麦积山隧道，至本标段终点IDK742+881。工程大都位于地形陡峻、基岩裸露，沟谷狭窄、交通困难的地段，不良地质及特殊岩土分布广，存在地质风险，工程风险高、施工风险大。
麦积山隧道全长13932米，为标段重点控制性工程。其中，麦积山隧道2号斜井设计长度1494米，下坡11%，担负正洞施工5013米（向宝鸡方向2984米，向兰州方向2029米）。设计为弱富水，勘察中基岩孔隙水和基岩裂隙水较发育，斜井最大涌水量涌水量16494 m/d，隧道正洞最大涌水量14315m /d。
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2. 施组设计和工程进展
麦积山隧道2#斜井辅洞计划工期：2013年4月16日～2014年2月25日；正洞计划工期：2014年2月26日～2016年2月29日。
根据标段总体施组计划安排，麦积山隧道1#斜井至2#斜井为标段关键线路，两斜井间正洞5400米，工期紧、任务重。
麦积山隧道2#斜井自2013年4月11日正式开挖以来，共发生4次较大突涌水情况，见表1：
表1 麦积山隧道2#斜井集中涌水情况统计
止2月25日，斜井完成1006米，剩余480米，滞后施组工期约3个半月。 3. 施工方案
涌水段按照“先探孔、预支护、短进尺、弱爆破、强排水、后堵水”的原则。首先施做超前地
质探孔和TSP 地质预报，之后通过涌水段施工，隧道出水就近引排至集水坑内，通过逐泵站抽排至洞外，后对后方初期支护细小的渗水进行注浆封堵，大的涌水处进行注浆加固，分流引排，保证隧道开挖及初支结构安全。 3.1超前地质探孔及开挖
由于涌水主要来源为基岩裂隙隙水，具有水量大，压力高的特点，因此探明开挖轮廓线内的高压水走向和掌子面前方富水情况，是保证隧道施工安全质量的 的重要控制点及难点。
根据地质扫描反馈资料，在显示掌子面富水区域按需钻探探孔，角度按水的分布现场自行调整，实施过程中加强对钻机探孔工作过程做精细的记录，特别是对各孔位的出水位置，水量大小，水的颜色，钻进速度，终孔水压等做详细比对，给出准确的地质分析，提供有效的参数，以便于及时调整优化施工方案。
隧道开挖周边炮孔尽量密排布设，长度不超过2.5m, 周边孔爆破药量控制在最低装药量，把周边扰动控制在最低范围。 3.2反坡排水施工方案
隧道涌水能否及时排出，直接影响施工作业的有序推进，决定工程进度。为及时形成施工作业面，形成良好可控的作业循环，隧道的截排水方案就显得尤为重要。 3.2.1按需配备隧道抽排水设置
根据超前地质预报TSP 、超前水平探孔和红外探水资料，充分考虑进入正洞施工的地质和水文状况，该洞口斜井和正洞施工最大涌水量可达到28000m /d，现场抽排水能力按30000m /d配置设备，按40000m /d预备，并相应增配一台3150KVA 变压器，保证隧道施工及抽排水供电，隧道抽排水设备配置见表2：
表2 麦积山隧道2#斜井抽排水设备配置一览表
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①XK7+40～XK5+70段涌水由5#泵站担负，XK5+50处设5#泵站、XK5+70处设5#水仓，安装2台250KW 水泵，其中1台水泵备用，配备Φ200排水钢管1条。
②XK5+70～XK4+20段涌水由4#泵站担负，XK4+00处设4#泵站、XK4+20处设4#水仓，安装3台
250KW 水泵，其中1台水泵备用，配备Φ200排水钢管2条。
③XK4+20～XK0+00及正洞涌水由3#泵站担负，XK0+45处设3#泵站、XK0+25处设3#水仓，安装3台250KW 水泵，其中1台备用，配备Φ200排水钢管2条。
④XK5+30处设1000KW 变压器1台，担负4#和5#泵站抽水。 ⑤XK0+55处设1000KW 变压器1台，担负3#泵站抽水。 ⑥洞外设3150KW 变压器1台，35千伏变10千伏高压进洞。 ⑦掌子面排水采用32台移动潜水泵，其中16台备用。
⑧备用电力采用500KW 发电机3台，1台安置于XK0+60处，作为3#泵站的备用电源；2台并联安置于斜井洞口右侧，通过1台1000KW 变压器，将0.4千伏低压电升压到10千伏高压进洞后，作为4#、5#泵站的备用电源。
⑨1#、2#泵站和水仓在麦积山2#斜井兰州方向正洞内设置，拟定分别设于2#斜井承担兰州端正洞的三均分中间部位，用于正洞反坡机械排水。
各泵站排水能力及相应设备配置见表3：
表3 麦积山2#斜井各泵站排水能力及设备配置
麦积山隧道2#斜井施工排水设施部署和2#斜井排水及电力配置详图见图1-1、1-2。
图1-1 麦积山隧道2#斜井排水设施部署图
第4页共7页
图1-2麦积山隧道2#斜井排水及电力配置详图
第5页共7页
3.3堵水注浆方案
施工通过涌水段后，后方连续出水一方面影响初支结构安全，另一方面需要连续抽排，增大施工难度，费工费时且费用高，根据目前几处集中涌水的位置，每排出1m3水约0.6-0.8元，前方再出现集中出水排水的费用还要加大，本隧道洞口按照施组计划2016年2月份贯通，该费用累计将达上千万元；针对此情况，为有效节省成本，尽量降低隧道涌水对施工的影响，保证隧道施工安全，决定对初支较大涌水部位进行后注浆封堵、分流集中引排的方式进行处理。
注浆采用径向小导管1.2*1.2梅花形孔位布设，直径40mm, 长度3.5m ，材料以普通水泥—水玻璃双液浆为主，普通水泥单液浆为辅。 3.3.1径向小导管注浆设计参数见表4：
表4 注浆堵水设计参数表
注浆顺序首先在加固范围内的两边从下部位开始往中间汇聚，以确保水源集中引流；然后按照“由外到内、由下到上、间隔开孔”的原则进行，以达到控域注浆，注浆不串浆，挤排集中引流的目的。
①根据设计孔位标出开孔位置，首先选定涌水大的区域安设2到3个引水孔，也做为泄压孔，用软管连接集中引排到隧道两边排水管内，再由外到内、由下到上的方式用钻机开孔深3.5m ，直径Φ50mm 的钻头钻孔，安设固结3.5m 长Φ42无缝小导管。
②在加固范围内左右两侧底部开设注浆孔，采用间隔开孔，边开边注浆的原则，杜绝把所有的注浆孔打设完再注浆的原始施工方法，防止窜浆。
③孔打设好后，用钻机顶入加工好的无缝小导管，孔口封闭密实，开始实施注浆作业。 ④采取间歇注浆结合孔底注浆工艺进行注浆施工，直至结束该孔注浆。浆液类型以水泥水玻璃双液浆为主，普通水泥浆为辅。
⑤若钻孔过程中遇到突水、涌泥，则应立即停止钻孔进行注浆。
⑥注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到0.5～1MPa 时，即可结束该孔注浆；依此逐孔注浆，直到全部注浆完成，且达到注浆后小的渗水得到封堵、大的涌水达到集中引排、初支受力结构增强的效果。 3.3.3注浆堵水机械配置见表5：
表5 注浆堵水机械配置表
4. 结语
隧道出水及涌水处理是影响工程进度的大问题，处理方案得当、机械设备配备合理，可加快施工进度，降低成本。麦积山隧道2#斜井实施本方案后，掘进过程先后又出现两次大的涌水，最大涌水量16494m /d，均第一时间得到处理，对进度影响微乎其微，目前现场进度平均达到2天5个循环，即7.5m/d，工效比原有方案提高了2.5倍，方案实施2个半月时间，有效追回施组计划17天，大大缓解了进度压力，以目前进度情况，2014年年底前可追平施组计划，方案实施及时扭转了业主对我标段施工能力的不良印象，避免了“抢工期”的经济损失。另外，采用后注浆堵水方案，对掌子面后方的涌水进行了有效的封堵，封堵后渗水量降低了约80%左右，大大的减少了抽水的费用。
经过麦积山2#斜井施工的实践证明，该方案切实可行，较大或集中涌水通过引排，使水流集中到就近集水坑中，通过合理布设泵站，充分配备抽排水设备，在发生突发涌水的情况下也能得到及时有效的处理；在顶水作业通过涌水层后，对涌水点进行有效的后注浆封堵，又节省了大量的抽水费用，经济效果明显。该排水堵水方案为我项目在隧道出现涌水后不断完善优化所成，配设能耗基本优化到最低，经济实用性强，为今后类似隧道涌水水处理提供了可靠地施工经验。
参考文献
[1]JTJ4294,公路隧道施工技术规范[S].
[2]JTJ07198,公路工程质量检验评定标准(隧道部分)[S]. [3] 万德友. 运营铁路隧道水害整治[J].铁路建筑,2000,12 [4]王国际主编。注浆理论与实践[M]。 [5]岩力学与工程学报，2004-07（增2）
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麦积山隧道涌水处理及反坡排水技术
【内容提要】隧道出现大的涌水和集中出水，采用反坡排水和后注浆堵水相结合的方式，对出水做到有效地“引、截、排、堵”，将隧道涌水对施工进度的影响降到最低，有效提高施工工效，反坡排水重点是根据现场实际合理设置泵站位置，按需配备足够的抽排水设备并充分考虑最大出水可能预备排水能力，以便灵活、及时的处理出水增大对隧道掘进进度的影响；本文结合宝兰客运专线铁路麦积山隧道2#斜井施工出现涌水及处理过程中施工方案和排水设施配置的不断优化调整，总结出的一套适用于隧道涌水处理的施工方法。
【关 键 词】 隧道 反坡排水 堵水注浆 施工技术 1. 工程概况
新建宝鸡至兰州铁路客运专线甘肃段站前工程BLTJ-2标段起讫里程DK709+412～DK742+881，线路全长32.415km ，位于甘肃省天水市麦积区境内。线路自笔架山隧道内(DK709+412)引出，在渭河南侧向西跨秦岭沟、穿小墁坪隧道，再跨太碌大沟、穿麦积山隧道，至本标段终点IDK742+881。工程大都位于地形陡峻、基岩裸露，沟谷狭窄、交通困难的地段，不良地质及特殊岩土分布广，存在地质风险，工程风险高、施工风险大。
麦积山隧道全长13932米，为标段重点控制性工程。其中，麦积山隧道2号斜井设计长度1494米，下坡11%，担负正洞施工5013米（向宝鸡方向2984米，向兰州方向2029米）。设计为弱富水，勘察中基岩孔隙水和基岩裂隙水较发育，斜井最大涌水量涌水量16494 m/d，隧道正洞最大涌水量14315m /d。
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2. 施组设计和工程进展
麦积山隧道2#斜井辅洞计划工期：2013年4月16日～2014年2月25日；正洞计划工期：2014年2月26日～2016年2月29日。
根据标段总体施组计划安排，麦积山隧道1#斜井至2#斜井为标段关键线路，两斜井间正洞5400米，工期紧、任务重。
麦积山隧道2#斜井自2013年4月11日正式开挖以来，共发生4次较大突涌水情况，见表1：
表1 麦积山隧道2#斜井集中涌水情况统计
止2月25日，斜井完成1006米，剩余480米，滞后施组工期约3个半月。 3. 施工方案
涌水段按照“先探孔、预支护、短进尺、弱爆破、强排水、后堵水”的原则。首先施做超前地
质探孔和TSP 地质预报，之后通过涌水段施工，隧道出水就近引排至集水坑内，通过逐泵站抽排至洞外，后对后方初期支护细小的渗水进行注浆封堵，大的涌水处进行注浆加固，分流引排，保证隧道开挖及初支结构安全。 3.1超前地质探孔及开挖
由于涌水主要来源为基岩裂隙隙水，具有水量大，压力高的特点，因此探明开挖轮廓线内的高压水走向和掌子面前方富水情况，是保证隧道施工安全质量的 的重要控制点及难点。
根据地质扫描反馈资料，在显示掌子面富水区域按需钻探探孔，角度按水的分布现场自行调整，实施过程中加强对钻机探孔工作过程做精细的记录，特别是对各孔位的出水位置，水量大小，水的颜色，钻进速度，终孔水压等做详细比对，给出准确的地质分析，提供有效的参数，以便于及时调整优化施工方案。
隧道开挖周边炮孔尽量密排布设，长度不超过2.5m, 周边孔爆破药量控制在最低装药量，把周边扰动控制在最低范围。 3.2反坡排水施工方案
隧道涌水能否及时排出，直接影响施工作业的有序推进，决定工程进度。为及时形成施工作业面，形成良好可控的作业循环，隧道的截排水方案就显得尤为重要。 3.2.1按需配备隧道抽排水设置
根据超前地质预报TSP 、超前水平探孔和红外探水资料，充分考虑进入正洞施工的地质和水文状况，该洞口斜井和正洞施工最大涌水量可达到28000m /d，现场抽排水能力按30000m /d配置设备，按40000m /d预备，并相应增配一台3150KVA 变压器，保证隧道施工及抽排水供电，隧道抽排水设备配置见表2：
表2 麦积山隧道2#斜井抽排水设备配置一览表
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①XK7+40～XK5+70段涌水由5#泵站担负，XK5+50处设5#泵站、XK5+70处设5#水仓，安装2台250KW 水泵，其中1台水泵备用，配备Φ200排水钢管1条。
②XK5+70～XK4+20段涌水由4#泵站担负，XK4+00处设4#泵站、XK4+20处设4#水仓，安装3台
250KW 水泵，其中1台水泵备用，配备Φ200排水钢管2条。
③XK4+20～XK0+00及正洞涌水由3#泵站担负，XK0+45处设3#泵站、XK0+25处设3#水仓，安装3台250KW 水泵，其中1台备用，配备Φ200排水钢管2条。
④XK5+30处设1000KW 变压器1台，担负4#和5#泵站抽水。 ⑤XK0+55处设1000KW 变压器1台，担负3#泵站抽水。 ⑥洞外设3150KW 变压器1台，35千伏变10千伏高压进洞。 ⑦掌子面排水采用32台移动潜水泵，其中16台备用。
⑧备用电力采用500KW 发电机3台，1台安置于XK0+60处，作为3#泵站的备用电源；2台并联安置于斜井洞口右侧，通过1台1000KW 变压器，将0.4千伏低压电升压到10千伏高压进洞后，作为4#、5#泵站的备用电源。
⑨1#、2#泵站和水仓在麦积山2#斜井兰州方向正洞内设置，拟定分别设于2#斜井承担兰州端正洞的三均分中间部位，用于正洞反坡机械排水。
各泵站排水能力及相应设备配置见表3：
表3 麦积山2#斜井各泵站排水能力及设备配置
麦积山隧道2#斜井施工排水设施部署和2#斜井排水及电力配置详图见图1-1、1-2。
图1-1 麦积山隧道2#斜井排水设施部署图
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图1-2麦积山隧道2#斜井排水及电力配置详图
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3.3堵水注浆方案
施工通过涌水段后，后方连续出水一方面影响初支结构安全，另一方面需要连续抽排，增大施工难度，费工费时且费用高，根据目前几处集中涌水的位置，每排出1m3水约0.6-0.8元，前方再出现集中出水排水的费用还要加大，本隧道洞口按照施组计划2016年2月份贯通，该费用累计将达上千万元；针对此情况，为有效节省成本，尽量降低隧道涌水对施工的影响，保证隧道施工安全，决定对初支较大涌水部位进行后注浆封堵、分流集中引排的方式进行处理。
注浆采用径向小导管1.2*1.2梅花形孔位布设，直径40mm, 长度3.5m ，材料以普通水泥—水玻璃双液浆为主，普通水泥单液浆为辅。 3.3.1径向小导管注浆设计参数见表4：
表4 注浆堵水设计参数表
注浆顺序首先在加固范围内的两边从下部位开始往中间汇聚，以确保水源集中引流；然后按照“由外到内、由下到上、间隔开孔”的原则进行，以达到控域注浆，注浆不串浆，挤排集中引流的目的。
①根据设计孔位标出开孔位置，首先选定涌水大的区域安设2到3个引水孔，也做为泄压孔，用软管连接集中引排到隧道两边排水管内，再由外到内、由下到上的方式用钻机开孔深3.5m ，直径Φ50mm 的钻头钻孔，安设固结3.5m 长Φ42无缝小导管。
②在加固范围内左右两侧底部开设注浆孔，采用间隔开孔，边开边注浆的原则，杜绝把所有的注浆孔打设完再注浆的原始施工方法，防止窜浆。
③孔打设好后，用钻机顶入加工好的无缝小导管，孔口封闭密实，开始实施注浆作业。 ④采取间歇注浆结合孔底注浆工艺进行注浆施工，直至结束该孔注浆。浆液类型以水泥水玻璃双液浆为主，普通水泥浆为辅。
⑤若钻孔过程中遇到突水、涌泥，则应立即停止钻孔进行注浆。
⑥注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到0.5～1MPa 时，即可结束该孔注浆；依此逐孔注浆，直到全部注浆完成，且达到注浆后小的渗水得到封堵、大的涌水达到集中引排、初支受力结构增强的效果。 3.3.3注浆堵水机械配置见表5：
表5 注浆堵水机械配置表
4. 结语
隧道出水及涌水处理是影响工程进度的大问题，处理方案得当、机械设备配备合理，可加快施工进度，降低成本。麦积山隧道2#斜井实施本方案后，掘进过程先后又出现两次大的涌水，最大涌水量16494m /d，均第一时间得到处理，对进度影响微乎其微，目前现场进度平均达到2天5个循环，即7.5m/d，工效比原有方案提高了2.5倍，方案实施2个半月时间，有效追回施组计划17天，大大缓解了进度压力，以目前进度情况，2014年年底前可追平施组计划，方案实施及时扭转了业主对我标段施工能力的不良印象，避免了“抢工期”的经济损失。另外，采用后注浆堵水方案，对掌子面后方的涌水进行了有效的封堵，封堵后渗水量降低了约80%左右，大大的减少了抽水的费用。
经过麦积山2#斜井施工的实践证明，该方案切实可行，较大或集中涌水通过引排，使水流集中到就近集水坑中，通过合理布设泵站，充分配备抽排水设备，在发生突发涌水的情况下也能得到及时有效的处理；在顶水作业通过涌水层后，对涌水点进行有效的后注浆封堵，又节省了大量的抽水费用，经济效果明显。该排水堵水方案为我项目在隧道出现涌水后不断完善优化所成，配设能耗基本优化到最低，经济实用性强，为今后类似隧道涌水水处理提供了可靠地施工经验。
参考文献
[1]JTJ4294,公路隧道施工技术规范[S].
[2]JTJ07198,公路工程质量检验评定标准(隧道部分)[S]. [3] 万德友. 运营铁路隧道水害整治[J].铁路建筑,2000,12 [4]王国际主编。注浆理论与实践[M]。 [5]岩力学与工程学报，2004-07（增2）
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