隧道及地下工程防排水技术探讨.pdf

隧道及地下工程防排隧道及地下工程防排 水技术探讨水技术探讨 李治国李治国 中铁隧道集团有限公司科学技术研究所中铁隧道集团有限公司科学技术研究所 一一 前言前言 二二 隧道及地下工程防排水技术的现状及发展隧道及地下工程防排水技术的现状及发展 趋势趋势 三、隧道及地下工程施工防排水技术三、隧道及地下工程施工防排水技术 四、隧道及地下工程结构防排水技术四、隧道及地下工程结构防排水技术 五五 防排水新技术、新设备、新材料和新工艺防排水新技术、新设备、新材料和新工艺 六六 几点认识几点认识 汇报提纲汇报提纲 一、前言一、前言 隧道及 地下工程正在 迅猛发展 公路 水电 地铁 城市轻轨 地下商场 人防工程 地下停车厂 贮气洞 二十一世纪 将是地下工程大发展 的世纪 铁路 我国铁路建设将实现飞速发展我国铁路建设将实现飞速发展 根据根据中长期铁路网规划中长期铁路网规划，我国将规划建设省，我国将规划建设省 会城市及大中城市间的快速客运通道，建设客运专线会城市及大中城市间的快速客运通道，建设客运专线 1.21.2万公里以上，规划万公里以上，规划“四纵四横四纵四横”铁路快速客运通道铁路快速客运通道 以及三个城际快速客运系统。以及三个城际快速客运系统。 “四纵四纵”分别是北京上海客运专线、北京武汉分别是北京上海客运专线、北京武汉 广州深圳客运专线、北京沈阳哈尔滨（大连）广州深圳客运专线、北京沈阳哈尔滨（大连） 客运专线、杭州宁波福州深圳客运专线。客运专线、杭州宁波福州深圳客运专线。“四四 横横”分别是徐州郑州兰州客运专线、杭州南昌分别是徐州郑州兰州客运专线、杭州南昌 长沙客运专线、青岛石家庄太原客运专线、南长沙客运专线、青岛石家庄太原客运专线、南 京武汉重庆成都客运专线。三个城际快速客运京武汉重庆成都客运专线。三个城际快速客运 系统分别是环渤海地区、长江三角洲地区和珠江三角系统分别是环渤海地区、长江三角洲地区和珠江三角 洲地区城际客运系统。洲地区城际客运系统。 到到20202020年，全国铁路营业里程达到年，全国铁路营业里程达到1010万公里，主万公里，主 要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到5050 ，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技 术装备达到或接近国际先进水平。术装备达到或接近国际先进水平。 根据有关资料根据有关资料，19971997年全路有运营隧道年全路有运营隧道50005000余座余座，共共 计近计近25002500kmkm，其中严重漏水其中严重漏水（包括拱部滴水包括拱部滴水、边墙渗水边墙渗水、 流水流水，隧道底部翻浆冒泥隧道底部翻浆冒泥、严寒地区隧道结冰严寒地区隧道结冰、冻胀冻胀）， 影响隧道运营的达影响隧道运营的达15021502座座，占全路隧道总数的占全路隧道总数的3030% %左右左右。 20022002年我国有铁路隧道座年我国有铁路隧道座，总长度总长度 公里公里，为世界第一；我国公路隧道总数已达座为世界第一；我国公路隧道总数已达座， 总长度公里总长度公里，20032003年我国公路隧道年我国公路隧道21752175座座，总长度总长度 10011001公里公里，是世界上公路隧道最多的国家是世界上公路隧道最多的国家。近年来近年来，虽然虽然 隧道施工的防排水质量不断提高隧道施工的防排水质量不断提高，竣工时基本能够达到设竣工时基本能够达到设 计要求计要求，但隧道及地下工程防排水面临的形势仍不容乐观但隧道及地下工程防排水面临的形势仍不容乐观 ，尤其是地质条件比较复杂的隧道尤其是地质条件比较复杂的隧道，渗漏水现象比较普遍渗漏水现象比较普遍 。有的虽经多次整治有的虽经多次整治，效果仍不理想效果仍不理想。 二、隧道防排水现状及发展趋势 铁路隧道病害情况统计铁路隧道病害情况统计 调查 时间 隧道座数 及长度 修建 时间 主要病害 隧道病害情况 94 座 67 座 占 93.2% 1972 80.7km 1930 1970 衬砌开裂 裂缝长度 占 19.2% 1995 4855 座 2261.56km 1930 1995 严重漏水 1428 座 占 29.4% 1997 5000 余座 （2500km） 1930 1995 严重漏水 1502 座 占 30.0% 郑局管段 1152 座 翻浆冒泥 230 座 占 20.0% 2001 湘渝线六里坪 工务段 76 座 1960 2001 翻浆冒泥 34 座 占 44.7% 19981998年隧道翻浆冒泥情况年隧道翻浆冒泥情况 整治方法及整修长度(m) 线名 病害隧 道座数 病害 长度 (m) 整治 费用 (万元) 密井 暗管 加深 水沟 单沟 改双沟 道 床 翻 修 增设整 修平导 襄渝 68 64849 3136.8 39207 3155 9915 12572 贵昆 7 27816 2618.2 611 3403 23802 成昆 37 16787 1673.7 1985 4492 2172 8138 太岗 3 10055 1051.0 7790 1270 995 京通 1 11301 678.0 11100 201 宝成 6 12579 465.6 8269 249 4061 大秦 1 1440 397.0 1350 90 湘黔 17 9812 371.3 7910 1102 800 焦柳 25 8290 279.1 8255 35 京广 11 2688 219.1 463 2225 合计 176 165617 10889.8 86329 13104 12087 29795 23802 隧道冻胀问题也比较严重隧道冻胀问题也比较严重 牙林线岭顶隧道：1962年冻害使隧道不能继 续使用。 牙林线翠岭二号隧道：1973年泄水洞结冰堵 塞，造成隧道内结冰。 七十年代，青藏线西格段关角隧道：道床冬季冻 胀上鼓洞内结冰侵限，基底翻浆冒泥，影响行车。 七十年代，南疆线吐库段奎先隧道：冬季发生边墙 结冰侵冻胀开裂等现象，严重影响了行车安全。 防排水原则不断完善和创新防排水原则不断完善和创新 二十年代六、七十年代，人们对防水和堵水不太重二十年代六、七十年代，人们对防水和堵水不太重 视，隧道基本上是以排为主视，隧道基本上是以排为主 。 二十世纪八十年代，人们开始关注环境，大部分隧道二十世纪八十年代，人们开始关注环境，大部分隧道 仍采用以排为主，但已经认识堵水的重要性，一仍采用以排为主，但已经认识堵水的重要性，一 部分隧道采取堵排结合的方法。部分隧道采取堵排结合的方法。 二十世纪九十年代后，防排水原则：防、排二十世纪九十年代后，防排水原则：防、排 、截、截、 堵相结合、因地制宜、综合治理。堵相结合、因地制宜、综合治理。20012001年国标防排水年国标防排水 规范中又加入了规范中又加入了“钢柔相济钢柔相济”。 随着地下水资源的日益紧张及环保意识的增强，堵随着地下水资源的日益紧张及环保意识的增强，堵 水将越来越重要，随着我国国民经济的发展，隧道水将越来越重要，随着我国国民经济的发展，隧道 防排水未来的发展方向将是以堵水主、堵排结合。防排水未来的发展方向将是以堵水主、堵排结合。 英国隧道防水等级划分英国隧道防水等级划分 CIRIA 级 最大容许漏量（L/d.m2） O 无漏水或明显漏水 A 1 B 3 C 10 D 30 E 100 U 不限量 新加坡地铁系统规定新加坡地铁系统规定: : 隧道结构内表面每小时每平方米的渗水隧道结构内表面每小时每平方米的渗水 量控制在量控制在5 5mlml的容许值。任意的容许值。任意1010m m区间不得大区间不得大 于于1010ml,ml,如换算成每天允许的渗水量则如换算成每天允许的渗水量则 为为:0.12 :0.12 L/d.mL/d.m2 2。 匈牙利布达佩斯地下铁道设计规定：匈牙利布达佩斯地下铁道设计规定： 每天隧道渗漏量小于每天隧道渗漏量小于0.12 0.12 L/mL/m2 2, ,并且无并且无 集中渗漏水集中渗漏水, ,即满足防水要求。即满足防水要求。 德国慕尼黑地下铁道设计规定：德国慕尼黑地下铁道设计规定： 渗漏量为渗漏量为0.070.070.2 0.2 L/d.mL/d.m2 2 。 。 防水 等级 标 准 一级 不允许渗水，结构表面无湿渍 二级 不允许渗漏结构表面可有少量湿渍 工业与民用建筑： 总湿面积不应大于总防水面积 （包括顶板、 墙面、 地面）的 1/1000；任意 100m 2 防水面积上的湿不超过一处，单个湿 渍的面积不大于 0.1m 2。 其他地下工程：总湿渍面积不应大于总防水面积的 6/1000，任意 100 m 2 防水面积上的湿不超过 4 处，单个湿的面积不大于 0.2 m 2。 三级 有少量的漏水点，不得有线流和漏泥砂 任意 100 m 2 防水面积上的渗漏点数不超过 7 处，单个漏水点的最 大漏水量不大于 2.5L/d，单个湿渍的最大面积不大于 0.3 m 2。 四级 有漏水点，不得有线流和漏泥砂 整个工程平均漏水量不大于 2L/ m 2.d,任意 100 m2 防水面积的平均 渗漏量不大于 4L/ m 2.d。 地下工程防水技术规范地下工程防水技术规范 ( (GB50108GB50108- -2001)2001)的有关防水等级的规定的有关防水等级的规定 上海地铁一号线上海地铁一号线 车站和区间隧道的渗水量应控制在车站和区间隧道的渗水量应控制在0.10.1L/ mL/ m2 2.d,.d, 严禁渗漏泥砂。严禁渗漏泥砂。 每小时每公里区间隧道的渗漏量不大于每小时每公里区间隧道的渗漏量不大于1.11.1L,L, 这个标准十分严格。这个标准十分严格。 此标准基于此标准基于1979197919821982年上海地铁新村试验年上海地铁新村试验 隧道的实际渗漏水量观测值确定隧道的实际渗漏水量观测值确定,1982,1982年为年为 0.02 0.02 L/ mL/ m2 2.d,1989.d,1989年年5 5月月4 4日为日为0.12 0.12 L/ mL/ m2 2.d.d。 我国客运专线要求隧道不渗不漏，需我国客运专线要求隧道不渗不漏，需 达到一级防水标准。尤其是混凝土耐久性达到一级防水标准。尤其是混凝土耐久性 为为100100年。年。 防排水技术不断发展防排水技术不断发展 第一阶段：盲沟、排水沟排水第一阶段：盲沟、排水沟排水/ /平导排水平导排水/ /泄泄 水洞排水；水洞排水； 第二阶段：排水盲沟、排水沟排水第二阶段：排水盲沟、排水沟排水/ /混凝土混凝土 自防水；自防水； 第三阶段：注浆加固圈第三阶段：注浆加固圈/ /防水隔离层防水隔离层/ /混凝土混凝土 自防水自防水/ /排水体系排水排水体系排水/ /施工缝、变形缝防水处施工缝、变形缝防水处 理的综合防排水系统；理的综合防排水系统； 1 1、开挖阶段防排水、开挖阶段防排水- -施工防排水施工防排水 主要方法：引排法、注浆法、降水法、冷冻法、主要方法：引排法、注浆法、降水法、冷冻法、 旋喷法等。旋喷法等。 2 2、主体结构施工阶段防排水、主体结构施工阶段防排水- -结构防排水结构防排水 （1 1）初期支护防排水）初期支护防排水 引排引排 局部和补充注浆局部和补充注浆 （2 2）防水隔离层及排水盲管）防水隔离层及排水盲管 （3 3）防水混凝土）防水混凝土 （4 4）施工缝和变形缝处理）施工缝和变形缝处理 防排水的分类防排水的分类 三、隧道及地下工程施工防排水技术三、隧道及地下工程施工防排水技术 主要内容主要内容 1 1、钻孔探测、钻孔探测 2 2、预警标准、预警标准 3 3、注浆堵水、注浆堵水 4 4、洞内沟、管排水、洞内沟、管排水 5 5、泄水洞排水、泄水洞排水 6 6、降水法、降水法 7 7、冻结法、冻结法 8 8、旋喷法、旋喷法 3.1 3.1 防水的主要方法之一：钻孔探测防水的主要方法之一：钻孔探测 (1)(1)钻孔数量一般钻孔数量一般4 48 8个（根据断面大小确定）；个（根据断面大小确定）； (2)(2)钻孔深度一般在钻孔深度一般在30m30m左右；采用潜孔钻和取芯钻相结合；左右；采用潜孔钻和取芯钻相结合； (3)(3)终孔位置，一般应在隧道开挖轮廓线外终孔位置，一般应在隧道开挖轮廓线外(0.5 (0.5 1)D,1)D,且不应小且不应小 于于3.0m3.0m。相邻两个钻探循环应搭接。相邻两个钻探循环应搭接10m10m。 (4)(4)如遇到涌水、突泥应观察、分析、判断：在确保安全的条件如遇到涌水、突泥应观察、分析、判断：在确保安全的条件 下，进行水压、水压测试。下，进行水压、水压测试。 (5)(5)风钻钻孔，长度和范围有限，只能作为补充方法，不能作为风钻钻孔，长度和范围有限，只能作为补充方法，不能作为 主要方法。主要方法。 超前钻探的作用主要为：防止隧道坍塌、涌水、突泥。超前钻探的作用主要为：防止隧道坍塌、涌水、突泥。 (1)(1)判断掌子面及隧道周边围岩的稳定；判断掌子面及隧道周边围岩的稳定； (2)(2)判断隧道涌水突泥的规模、危害；判断隧道涌水突泥的规模、危害； (3)(3)在一定程度上，可以起到泄压作用；在一定程度上，可以起到泄压作用； (3)(3)制订对策和防范措施，调整施工预案。制订对策和防范措施，调整施工预案。 岩溶隧道施工掌子面坍塌及爆喷型涌水、突泥问题，容易引发重岩溶隧道施工掌子面坍塌及爆喷型涌水、突泥问题，容易引发重 大地质灾害，应引起高度重视。大地质灾害，应引起高度重视。 3.2 3.2 预警标准预警标准( (建议值）建议值） 预警级别预警级别涌水连量（涌水连量（m m3 3/s)/s)水压水压(MPa)(MPa) ( (特大）特大）5 5 2 2 （重大）（重大）1 1- -5 5 1 1- -2 2 （中等）（中等）.1.1- -1 1 .5.5- -1 1 （少量）（少量）0.010.01- -0.1 0.1 .5.5- -0.2 0.2 （微量）（微量）0.01 0.01 0.2 0.2 注意：以上条件具备其中之一者，即可判定为相应级别，不注意：以上条件具备其中之一者，即可判定为相应级别，不 必两者都具备。此外洞内水深和水的流速也是重要的条件。必两者都具备。此外洞内水深和水的流速也是重要的条件。 如果洞内水深大于如果洞内水深大于0.5m0.5m，或水的流速大于，或水的流速大于0.5m/s0.5m/s，也，也 应该按特大预警级别对待。应该按特大预警级别对待。 3.3 3.3 注浆堵水注浆堵水 (1)注浆目的：加固地层和堵水，提高地层承载能力和 稳定性，在地下贮气库中，提高地层气密性。 (2)注浆机理 渗透注浆：充填空隙或裂隙，排出孔中的自由水和气 体，不改变土的结构； 劈裂灌浆：通过压力，克服地层的初始应力和 岩体的抗拉强度，使地层出现新的裂隙，浆液 充填裂隙。 挤密灌浆：注浆点周围形成浆泡，压密土体。 电动化学灌浆：渗透系数很小的地层中，通过 电渗透，使水由阳极（注浆管周围）流向阴极 （滤水管），浆液充填空隙。是电渗排水和灌 浆法的结合。 (3)(3) 种注浆方法种注浆方法 方法方法1 1：大范围大范围超前预注浆：注浆有效加超前预注浆：注浆有效加 固范围为：开挖轮廓线外固范围为：开挖轮廓线外( (），包括），包括 开挖工作面；开挖工作面； 方法方法2 2：小范围小范围超前预注浆：注浆有效加超前预注浆：注浆有效加 固范围为：开挖轮廓线外固范围为：开挖轮廓线外(0.5(0.51 1），一般），一般 不小于不小于3m3m，包括开挖工作面；，包括开挖工作面； 方法方法3 3：开挖后周边径向注浆：注浆加固开挖后周边径向注浆：注浆加固 范围为隧道开挖轮廓线范围为隧道开挖轮廓线5m5m； 方法方法4 4：局部注浆和补充注浆，主要针对局部注浆和补充注浆，主要针对 掌子面及初期支护结构表面的局部出水点或渗掌子面及初期支护结构表面的局部出水点或渗 漏水点进行局部钻孔封堵，一般为漏水点进行局部钻孔封堵，一般为1 13m3m。 (4)(4)注浆材料选择原则：注浆材料选择原则： (a)浆液的初始黏度要低，流动性好，可注性 强。 (b)凝胶时间调整比较方便。 (c) 稳定性好； (d)胶结体早强、高强、耐久性好； (e)无毒、无污染； (f) 材料来源广，配置方便，注浆工艺简单。 （5 5）6 6种注浆材料及浆液配比表种注浆材料及浆液配比表 浆液名称浆液名称原材料原材料浆液配比浆液配比 普通水泥单液浆普通水泥单液浆32.5R32.5R硅酸盐水泥硅酸盐水泥W:C=0.6:1W:C=0.6:10.8:1 0.8:1 超细水泥单液浆超细水泥单液浆D9015m D9015m 超细水泥超细水泥W:MC=0.8:1W:MC=0.8:11:1 1:1 硫铝酸盐水泥浆硫铝酸盐水泥浆 （、）、） D9010mD9010mW:C=0.8:1W:C=0.8:11:1 1:1 无机双液浆无机双液浆D90D900m0m: :=0.=0.:1:11:11:1 普通水泥普通水泥- -水玻璃水玻璃 浆浆 32.5R32.5R硅酸盐水泥硅酸盐水泥 35Be35Be以上水玻璃以上水玻璃 W:C=0.6:10.8:1W:C=0.6:10.8:1 C:S=1:0.3C:S=1:0.31:11:1 超细水泥超细水泥- -水玻璃水玻璃 浆浆 超细水泥超细水泥 水玻璃水玻璃 W:MC=0.6:1W:MC=0.6:10.8:10.8:1 MC:S=1:0.3MC:S=1:0.31:11:1 （6） 超前注浆主要参数超前注浆主要参数 (a)(a)每循环注浆长度每循环注浆长度202030m 30m (b)(b)扩散半径扩散半径R=0.5R=0.52.0m 2.0m （e)e)终孔间距及排距终孔间距及排距(1.5(1.5.7)R.7)R (c)(c)注浆速度注浆速度5 550l/min 50l/min (d)(d)注浆终压注浆终压水压力（）水压力（）a a (e)(e)单段注浆量：根据地层情况确定单段注浆量：根据地层情况确定 (f)(f)总注浆浆量：根据加固体体积、地层空隙率及地总注浆浆量：根据加固体体积、地层空隙率及地 层地质条件定。层地质条件定。 （7 7） 种注浆工艺种注浆工艺 (a)(a)全孔一次全孔一次( (安设孔口管或注浆花管，一次钻孔，一次注浆）安设孔口管或注浆花管，一次钻孔，一次注浆）; ; (b)(b)前进式注浆前进式注浆( (安设孔口管，钻一段安设孔口管，钻一段, ,注一段注一段) )； (c)(c)后退式注浆（安设袖阀管或管，采用止浆塞进行注浆）后退式注浆（安设袖阀管或管，采用止浆塞进行注浆）; ; (c)(c)跟踪注浆（安设袖阀管，采用双向止浆塞或孔内混合器注浆）跟踪注浆（安设袖阀管，采用双向止浆塞或孔内混合器注浆）; ; （8 8）常用的钻孔、注浆设备）常用的钻孔、注浆设备 (1)(1)大型液压钻机大型液压钻机 例如：例如：MEDIANMEDIAN钻机为法国钻机为法国TECTEC公司设计制造的最新一代多公司设计制造的最新一代多 功能岩土工程钻机，适用于钻进灌浆孔、锚固孔、管棚孔及功能岩土工程钻机，适用于钻进灌浆孔、锚固孔、管棚孔及 多种工艺成孔。多种工艺成孔。MEDIANMEDIAN钻机配备的钻机配备的TPI700TPI700型回转动力头，动型回转动力头，动 力头的回转钻速的范围从力头的回转钻速的范围从50rpm50rpm600rpm600rpm，分成四档变速。最，分成四档变速。最 大钻孔孔径大钻孔孔径250mm250mm，最大成孔深度达到，最大成孔深度达到150m150m。 合采用潜孔锤进行钻孔施工，通常的成孔速到可以达到合采用潜孔锤进行钻孔施工，通常的成孔速到可以达到 101015m/h15m/h。 (2)MKMK- -5S5S钻机：钻机： 回转扭矩：回转扭矩：1850 N.M1850 N.M， 给进能力：给进能力：105KN105KN起拔能力：起拔能力： 73KN73KN，钻孔最大深度，钻孔最大深度350 m ,350 m ,终孔直径终孔直径94mm 94mm 。 (3)ZJB/BP(3)ZJB/BP- -110/30110/30（单液泵）（单液泵） ： 最高压力最高压力30MPa30MPa，最大流量，最大流量110 l/min110 l/min。 (4)KBY50/70(4)KBY50/70（双液泵）：（双液泵）： ：最高压力最高压力7MPa7MPa，最大流量，最大流量70 l/min70 l/min。 (5)(5)砂浆泵：砂浆泵：最高压力最高压力3.5MPa3.5MPa，最大流量，最大流量100 l/min100 l/min。 （9）注浆效果检验）注浆效果检验 （1 1）钻孔取芯：测试取芯率和试件强度；）钻孔取芯：测试取芯率和试件强度； （2 2）出水量测定：钻孔不塌孔、不涌泥沙，出水）出水量测定：钻孔不塌孔、不涌泥沙，出水 量小于量小于0.2l/min.m0.2l/min.m。 （3 3）压水试验：试验压力应不小于）压水试验：试验压力应不小于1MPa,1MPa,地层单地层单 位吸水量小于位吸水量小于2 24Lu4Lu（l/min.m.m)l/min.m.m)。 （4 4）物探法：依靠物探手段，探测注浆前后地层）物探法：依靠物探手段，探测注浆前后地层 完整性和物性指标的变化。完整性和物性指标的变化。 (a)(a)电法（高密度电法等）电法（高密度电法等） （b)b)电磁法电磁法( (地质雷达等地质雷达等) ) (c)(c)地震波及声波法地震波及声波法( (负视速度法、负视速度法、TSP203TSP203（202202） 等）等） （c)c)红外线法等。红外线法等。 3.4 3.4 洞内沟、管排水洞内沟、管排水 1、顺坡施工的隧道，洞内两侧应设置排水沟， 排水沟的断面应视水量大小确定，应有足够的 过水能力，排水沟坡度应与隧道纵坡一致，一 般情况下，应不小于1。排水沟应经常清理、 保持畅通。 2、采用反坡施工，并可能出现涌、突水的隧 道，可根据坡度、水量布置集水坑、管路和泵 站，将水一次或分段接力排出的能力洞外，配 备抽水机和管路的能力应大于最大排水量20% 以上，并应配置双回路电源，防止抽水能力不 足或停电淹没洞室。 3.5 3.5 泄水洞排水泄水洞排水 （1）在充分研究和论证大量排水对地质和）在充分研究和论证大量排水对地质和 环境的影响及大气降雨对隧道涌水量的影响环境的影响及大气降雨对隧道涌水量的影响 基础之上，对于隧道某些地段的地下水可采基础之上，对于隧道某些地段的地下水可采 用泄水洞排水方案，以降低隧道内的涌水量用泄水洞排水方案，以降低隧道内的涌水量 和水压力。和水压力。 （2）泄水洞断面应根据排水的水量和水压）泄水洞断面应根据排水的水量和水压 大小确定。纵坡一般不小于大小确定。纵坡一般不小于3。 （3）排水一般情况下应排清水，堵混水， 排大水，堵小水。 3.6 3.6 降水法降水法 常用的降水方法包括洞内轻型井点降水及地表常用的降水方法包括洞内轻型井点降水及地表 管井降水等。管井降水等。 (1) (1) 洞内轻型井点降水洞内轻型井点降水 洞内轻型井点降水是将一系列井点管埋设于洞洞内轻型井点降水是将一系列井点管埋设于洞 内开挖底面以下的地层中，并将这些井点都连接到内开挖底面以下的地层中，并将这些井点都连接到 抽水总管，用真空泵（射流泵）和水泵将地下水抽抽水总管，用真空泵（射流泵）和水泵将地下水抽 出，以降低地下水位，使开挖面处保持干燥或少水出，以降低地下水位，使开挖面处保持干燥或少水 状态，改善施工条件，加快施工速度状态，改善施工条件，加快施工速度, ,地下水位一般地下水位一般 降低到隧道开挖轮廓线降低到隧道开挖轮廓线0.50.51.0m1.0m以下。以下。 洞内轻型井点降水主要适用于渗透系数为洞内轻型井点降水主要适用于渗透系数为0.10.1 80m/d80m/d的砾砂、粗砂、中砂及细砂层等地层，其降低的砾砂、粗砂、中砂及细砂层等地层，其降低 地下水位的深度受诸多条件限制，尤其受设备限制，地下水位的深度受诸多条件限制，尤其受设备限制， 一般单层井点系统能降低地下水位一般单层井点系统能降低地下水位3 36m6m。 (2) (2) 洞外管井降水洞外管井降水 当地表施工场地允许且对环境影响较小时，为当地表施工场地允许且对环境影响较小时，为 了减少洞内井点降水对施工的干扰，可用洞外管井了减少洞内井点降水对施工的干扰，可用洞外管井 降水方法。即事先在工程两侧地表钻凿两排或多排降水方法。即事先在工程两侧地表钻凿两排或多排 井孔进行深孔管井降水。管井降水工作在地面进行，井孔进行深孔管井降水。管井降水工作在地面进行， 与洞内各项作业互不干扰，抽水量大，能在较大范与洞内各项作业互不干扰，抽水量大，能在较大范 围内大幅度降低地下水位。管井降水一般适用于以围内大幅度降低地下水位。管井降水一般适用于以 下地层：下地层： (a)(a)第四系含水层厚度大于第四系含水层厚度大于5m5m； (b)(b)含水层渗透系数含水层渗透系数 1.01.05.0m/d5.0m/d之间之间; ; (c)(c)适合砂土、碎石土地层。适合砂土、碎石土地层。 管井降水钻孔深度一般应低于隧道底面以下管井降水钻孔深度一般应低于隧道底面以下5m5m， 降水井间距根据地层情况，一般为降水井间距根据地层情况，一般为5 5m m。 3.7 冻结法 (1)(1)原理：原理：冻结法是利用人工制冷技术在地下开挖冻结法是利用人工制冷技术在地下开挖 体周围需加固的含水软弱地层中钻孔，安装冻结器体周围需加固的含水软弱地层中钻孔，安装冻结器 及供、回水管路，然后利用制冷压缩机提供冷量，及供、回水管路，然后利用制冷压缩机提供冷量， 通过低温盐水在冻结器中循环，带走地层热量，使通过低温盐水在冻结器中循环，带走地层热量，使 地层中的水结冰，将天然岩土变成冻土，形成完整地层中的水结冰，将天然岩土变成冻土，形成完整 性好、强度高、不透水的临时加固体，达到加固地性好、强度高、不透水的临时加固体，达到加固地 层，隔绝地下水与地下工程联系的目的，从而在冻层，隔绝地下水与地下工程联系的目的，从而在冻 结体的保护下进行竖井或隧道等地下工程的开挖施结体的保护下进行竖井或隧道等地下工程的开挖施 工，待衬砌支护完成后，冻结地层逐步解冻，最终工，待衬砌支护完成后，冻结地层逐步解冻，最终 恢复到原始状态。人工制冷除以盐水为介质外，还恢复到原始状态。人工制冷除以盐水为介质外，还 可采用液氦冻结等。可采用液氦冻结等。 （2 2）优点：）优点： (a)(a)冻结加固地层强度高，例如冻结砂土在冻结加固地层强度高，例如冻结砂土在- -1010时，时， 瞬时抗压强度可达瞬时抗压强度可达1111l2MPal2MPa。 (b)(b)封水效果好，可保证工作面在无水条件下作业。封水效果好，可保证工作面在无水条件下作业。 (c)(c)适应性强，灵活性好，在粘土、砂土、砾石或填适应性强，灵活性好，在粘土、砂土、砾石或填 土等地层均可应用，而且可人为控制冻结体的形状土等地层均可应用，而且可人为控制冻结体的形状 和扩展范围。和扩展范围。 (d)(d)安全性好，在冻结体的掩护下，可保证隧道掘进安全性好，在冻结体的掩护下，可保证隧道掘进 的安全施工。的安全施工。 (e)(e)整体性好，冻结体形成后，冻结体内不会存在任整体性好，冻结体形成后，冻结体内不会存在任 何缝隙，是一个完整的支护体。何缝隙，是一个完整的支护体。 (f)(f)环保效果好，由于冻结法是一种临时措施，地层环保效果好，由于冻结法是一种临时措施，地层 冻结仅仅是将地层中的水变成冰，并且所加固地层冻结仅仅是将地层中的水变成冰，并且所加固地层 最终要恢复到原始状况，能够保证地层和地下水不最终要恢复到原始状况，能够保证地层和地下水不 受污染。受污染。 (3)(3)冻结法适用条件冻结法适用条件 （a)a)冻结法可广泛用于小型基坑、竖井、冻结法可广泛用于小型基坑、竖井、 隧道、地下商场和停车场等。冻结法既可用隧道、地下商场和停车场等。冻结法既可用 于各类不稳定土层于各类不稳定土层( (粘土、砂土或砂砾土粘土、砂土或砂砾土) )， 又可用于含水丰富的裂隙岩层。在涌水量较又可用于含水丰富的裂隙岩层。在涌水量较 大的流砂层应用更能显示出优越性。大的流砂层应用更能显示出优越性。 (b)(b)通常，当土体的含水量大于通常，当土体的含水量大于2.5%2.5%，地，地 下水含盐量不大（下水含盐量不大（3%3%），地下水流速不大），地下水流速不大 于于40m/d40m/d，均可使用常规冻结法。当土层含水，均可使用常规冻结法。当土层含水 量大于量大于10%10%和地下水流速不大于和地下水流速不大于7 79m/d9m/d时，时， 其冻土扩展速度和冻结体形成的效果最佳。其冻土扩展速度和冻结体形成的效果最佳。 （c)c)比较均匀的地层，冷冻效果较好。比较均匀的地层，冷冻效果较好。 3.8 旋喷法 水平旋喷的动力头及给进系统与垂直旋喷结构基本相同。水平旋喷的动力头及给进系统与垂直旋喷结构基本相同。 由导流器、钻杆、喷头三部分组成的旋喷管。由导流器、钻杆、喷头三部分组成的旋喷管。 (1)(1)单管法：单管法：一般用一般用5050或或42mm42mm的钻杆。喷头直径略大于的钻杆。喷头直径略大于 钻杆直径，在喷头侧面圆周上有两个沿钻杆轴线方向相离钻杆直径，在喷头侧面圆周上有两个沿钻杆轴线方向相离40mm40mm， 圆周相隔圆周相隔180180、结构相同的合金刚制喷嘴。浆液喷射方向垂直、结构相同的合金刚制喷嘴。浆液喷射方向垂直 于钻杆轴线，喷头前端有刀刃用于钻孔破土。于钻杆轴线，喷头前端有刀刃用于钻孔破土。 (2)(2)二重管法：二重管法：用二根直径不同的钢管套装，其后端接导流用二根直径不同的钢管套装，其后端接导流 器，前端连喷头，组成一个整体。在喷头侧面圆周上设置一个器，前端连喷头，组成一个整体。在喷头侧面圆周上设置一个 或两个浆气同轴喷射的喷嘴，气的喷嘴成环状，高压空气在浆或两个浆气同轴喷射的喷嘴，气的喷嘴成环状，高压空气在浆 液四周喷出。液四周喷出。 (3)(3)三重管法：三重管法：用三根直径不同的钢管套在一起，内管送高用三根直径不同的钢管套在一起，内管送高 压水，中管送空气，外管送水泥浆。在喷头的侧面圆周上设置压水，中管送空气，外管送水泥浆。在喷头的侧面圆周上设置 一个水、气同轴，垂直管轴线喷射的喷嘴，气喷嘴套在水喷嘴一个水、气同轴，垂直管轴线喷射的喷嘴，气喷嘴套在水喷嘴 之外，空气从环状间隙喷出。之外，空气从环状间隙喷出。 注意：水平旋喷法不适应于水量和水压较大的地层。注意：水平旋喷法不适应于水量和水压较大的地层。 主要内容主要内容 1 1、围岩表面及初期支护表面渗漏水处理、围岩表面及初期支护表面渗漏水处理 2 2、注浆防水、注浆防水 3 3、排水盲管及防水隔离层、排水盲管及防水隔离层 4 4、防水混凝土、防水混凝土 5 5、施工缝和变形缝处理、施工缝和变形缝处理 6 6、二次衬砌回填灌浆、二次衬砌回填灌浆 7 7、二次衬砌渗漏水处理、二次衬砌渗漏水处理 四、隧道及地下工程结构防排水技术四、隧道及地下工程结构防排水技术 4.1 4.1 围岩及初期支护表面渗漏水的引排围岩及初期支护表面渗漏水的引排 （1）原则：大堵小排,堵混排清，限量排放。 （2）对大面积渗漏水，应采用注浆封堵；减 小渗漏水范围； （3）对混浊水，应尽量通过封堵使其成为清 水，再考虑引排； （4）对小股水可采用塑料管或钢管引排。 大量的工程实践表明：注浆可有效地减小 出水量和水压力。 4.2 4.2 注浆防水注浆防水 主要依靠初期支护施工后的径向注浆，降 低地层的渗透系数，提高地层强度。 初期支护径向注浆一般应满足以下要求： （1）孔深应符合设计要求，一般情况下， 不应小于3m。 （2）钻孔注浆顺序应由水少处向水多处进 行。 （3）注浆材料以水泥系浆材为主，水量较 大时可采用快凝早强浆材。 （4）注浆终压宜为1.02.0MPa。 4.3 排水盲管 （1 1）纵、环向排水盲管）纵、环向排水盲管 应固定牢固，环向盲管应与纵应固定牢固，环向盲管应与纵 向盲管及侧沟泄水管用三通连向盲管及侧沟泄水管用三通连 为一体，形成完整的排水系为一体，形成完整的排水系 统。统。 （2 2）中心排水管（沟）管径）中心排水管（沟）管径 符合设计要求，管身不得变形，符合设计要求，管身不得变形， 不得有裂缝，管身上部透水孔畅不得有裂缝，管身上部透水孔畅 通。中心排水管（沟）基础的总通。中心排水管（沟）基础的总 体坡度、段落坡度、单管坡度应体坡度、段落坡度、单管坡度应 协调一致，并符合设计要求，不协调一致，并符合设计要求，不 得高低起伏。管路埋设好后，进得高低起伏。管路埋设好后，进 行通水试验，发现漏水、积水，行通水试验，发现漏水、积水， 立即处理。立即处理。 钉子 透水管 木楔 无纺布 木条 排水盲管的固定示意图 TS透水管规格型号透水管规格型号 型 号 内径 (mm) 钢丝密度 (圈/m) 钢丝直 径(mm) 标准长 度(cm) 无纺 布 g 丙纶丝 TS-50 46 50 2.0 400 150 1000D 高强丝 TS-50 45.5 50 2.4 400 150 同上 TS-50 44.4 50 2.8 400 150 同上 TS-80 75 50 2.5 400 150 同上 TS-100 94 50 3.0 400 150 同上 TSTS软式透水管性能指标软式透水管性能指标 项目 单位 规格 软管 50 80 100 200 内径 mm 50.2 80.4 99.8 200.4 通水量 cm3/s 45.7 170.3 311.8 1938.7 糙率 0.014 0.014 0.014 0.014 厚度 mm 0.94 0.92 0.95 0.94 纵向抗拉强度 KN/5cm 1.46 1.49 1.52 1.47 纵向伸长率 % 20.2 20.4 21 20.4 横向抗拉强度 KN/5cm 1.93 1.95 1.91 19.5 横向伸长率 % 19.8 19.7 19.3 20.2 CBR 顶破强度 KN 4.07 4.07 4.05 4.08 直通接头直通接头连接三通连接三通 主要成份为主要成份为 性热熔性改性塑料丝；性热熔性改性塑料丝； 自身融结成三维立体网状；自身融结成三维立体网状； 主要特点主要特点:具有良好的弹性具有良好的弹性/抗压强度抗压强度 /寿命长寿命长/不降解不降解/适用温度范围广；适用温度范围广； 截面形式可根据需要加工；截面形式可根据需要加工； 规格规格/性能下表。性能下表。 热熔性塑料透水管热熔性塑料透水管 热熔性塑料透水管规格性能热熔性塑料透水管规格性能 型号 项目 TMF7 隧道专用 TMY10 TMF25 板式盲管 截面外形尺寸 mm 70 x35 100 250 x15 中间空孔尺寸 mm 50 x12 60 净空通水截面积 mm 2 600 2872 抗压 压强 MPa 0.2 0.2 0.2 变形量 cm 1.3 0.94 0.99 1.35-1.45 纵 13.80 纵 19.5 纵 18.9 纵 19 拉伸强度 MPa 横 14.20 横 21.6 横 18 横 17.3 4.91-12 纵 548 纵 676 纵 896 纵 748 折裂延伸率% 横 606 横 728 横 900 横 766 150-250 纵 73.9 纵 83.1 纵 118 纵 81 直角斩裂 强度 N/mm 横 58.8 横 75.1 横 117 横 77.8 19.6-40 耐酸碱 性 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 维卡软化温度 70 90 脆化温 度 -60 -60 -45 低温弯折性 -35无裂纹 -20无裂纹 抗渗透性 0.3MPa，保持时间 30min 不透水 常用防水板技术指标 防水板防水层的施工 防水板有钉铺设 （不符合要求） 防水板无钉铺设 ( (不符合要求）不符合要求） 1.下耐温胶带2.热合材料3.热契 4.热契把持螺钉5.热契把持弹簧6.热契支架 7.加热管8.主动胶轮9.上耐温胶带 10.已热合材料11.被动胶轮 热合机工作基本原理 焊缝示意图 空腔焊缝 4.5 防水混凝土 （1 1）防水混凝土的配合比应符合下列规定：）防水混凝土的配合比应符合下列规定： （a a）水泥用量不得少于）水泥用量不得少于320kg/m3320kg/m3，当掺有活性掺和料时，当掺有活性掺和料时， 水泥用量不得少于水泥用量不得少于280kg/m3280kg/m3；砂率宜为；砂率宜为35354040，泵送时可，泵送时可 增至增至4545；灰砂宜为；灰砂宜为11.511.512.512.5；水灰比不得大于；水灰比不得大于0.550.55； 对于对于P12P12以上的防水混凝土水灰比不得大于以上的防水混凝土水灰比不得大于0.50.5。 （b b）普通防水混凝土坍落度不宜大于）普通防水混凝土坍落度不宜大于50 mm50 mm。防水混凝土采。防水混凝土采 用泵送方式灌注混凝土时，入泵坍落度宜控制在用泵送方式灌注混凝土时，入泵坍落度宜控制在12012020mm20mm， 入泵前坍落度每小时损失值不应大于入泵前坍落度每小时损失值不应大于30mm30mm，坍落度总损失值，坍落度总损失值 不应大于不应大于60mm60mm。 （c c）掺加引气剂或引气型减水剂时，混凝土含气量应控制）掺加引气剂或引气型减水剂时，混凝土含气量应控制 在在3 35 5。 （d d）防水混凝土采用预拌混凝土时，缓凝时间宜为）防水混凝土采用预拌混凝土时，缓凝时间宜为6 68h8h。 （2 2） 防水混凝土施工应符合以下规定：防水混凝土施工应符合以下规定： （a a）防水混凝土拌和物必须按配合比准确计量，计量允许）防水混凝土拌和物必须按配合比准确计量，计量允许 偏差：水泥、水、外加剂、掺合料为偏差：水泥、水、外加剂、掺合料为1 1；砂、石为；砂、石为2 2。 搅拌时间不应小于搅拌时间不应小于2min2min。掺外加剂时，应根据外加剂的技术。掺外加剂时，应根据外加剂的技术 要求确定搅拌时间。要求确定搅拌时间。 （b b）使用粉状减水剂时，减水剂宜预溶成一定浓度）使用粉状减水剂时，减水剂宜预溶成一定浓度 的溶液。的溶液。 （c c）二次衬砌所用模板，要求接缝严密、不漏浆液，）二次衬砌所用模板，要求接缝严密、不漏浆液， 内外模板之间不得用螺栓拉杆或铁丝穿透固定，以内外模板之间不得用螺栓拉杆或铁丝穿透固定，以 免留下透水通道。免留下透水通道。 （d d）防水混凝土应采用高频机械振捣密实，振捣时）防水混凝土应采用高频机械振捣密实，振捣时 间宜为间宜为101030s30s，以混凝土泛浆和不冒气泡为准，应，以混凝土泛浆和不冒气泡为准，应 避免漏振、欠振和超振，当掺加引气剂或引气型减避免漏振、欠振和超振，当掺加引气剂或引气型减 水剂时，应采用高频插入式振捣器振捣，振捣棒不水剂时，应采用高频插入式振捣器振捣，振捣棒不 得直接接触防水板。得直接接触防水板。 （e e）浇筑拱顶时应防止防水板绷紧，施工中可将绷）浇筑拱顶时应防止防水板绷紧，施工中可将绷 紧的防水板割开，并将切口封焊严密再浇筑混凝土，紧的防水板割开，并将切口封焊严密再浇筑混凝土， 确保封顶混凝土的厚度。确保封顶混凝土的厚度。 （f f） 防水混凝土拌合物在运输后如出现离析，必防水混凝土拌合物在运输后如出现离析，必 须进行二次搅拌。当坍落度损失后不能满足施工要须进行二次搅拌。当坍落度损失后不能满足施工要 求时，应加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂求时，应加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂 进行搅拌，严禁直接加水。进行搅拌，严禁直接加水。 （g）防水混凝土拆模时间应通过计算 确定。考虑混凝土的强度增长情况， 及围岩压力、水压力、混凝土自重应 力和温度应力的影响，单线隧道和双 线隧道应有所区别。一般情况下混凝一般情况下混凝 土强度应达到土强度应达到8.0MPa8.0MPa以上以上 。 4.6 4.6 施工缝和变形缝、预埋件的处理施工缝和变形缝、预埋件的处理 (1)(1)施工缝处理施工缝处理: : （a a）衬砌结构混凝土施工应连续浇筑完成，施工工艺或标）衬砌结构混凝土施工应连续浇筑完成，施工工艺或标 号不同的混凝土应分开施工，严禁一次完成。宜少留施工缝，号不同的混凝土应分开施工，严禁一次完成。宜少留施工缝， 拱圈、仰拱、底板不得留纵向施工缝，仰拱衬砌混凝土、底板拱圈、仰拱、底板不得留纵向施工缝，仰拱衬砌混凝土、底板 填充混凝土必须整幅施工。填充混凝土必须整幅施工。 （b b）施工缝另一侧混凝土浇注前，应将施工缝表面凿毛，）施工缝另一侧混凝土浇注前，应将施工缝表面凿毛， 清理干净，先铺净浆，再铺清理干净，先铺净浆，再铺3 35cm5cm厚的厚的1111水泥砂浆或涂刷混水泥砂浆或涂刷混 凝土界面处理剂，并及时浇筑混凝土；凝土界面处理剂，并及时浇筑混凝土； （c c）设止水条的环