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摘要： “多、长、大、深”，即数量多、长度大、大断面、大埋深，是未来特长隧道(洞)发展的总趋势。随着隧道(洞)长度的增加、埋深加大，地质灾害的超前预报与治理是未来深埋特长隧道(洞)勘测设计及施工中面临的主要难题。其中深埋特长隧道(洞)施工涌水是隧道(洞)施工中所面临的最主要地质灾害。隧道施工涌水不仅降低围岩稳定性，而且给施工带来很多不良影响，特别是在有大量高压涌水的情况下，常常酿成重大事故。另一方面，为了解决地下水灾害问题，采用过量排放又会给隧道经过地段带来生态环境问题。本文结合马鞍山隧洞涌水处理进行了阐述。
关键词：高海拔地区小段面长隧洞涌水抽排
中图分类号：TU74文献标识码： A
一、深埋特长隧道(洞)的施工特点
深埋特长隧道的施工条件与一般浅埋隧道不同，深埋环境对施工布置、施工效率、工期、工程费用等将产生影响。深埋对施工的影响及施工中的一些特点主要表现在:
1、原始地应力
由于深埋引起原始地应力又叫岩体天然地应力增高，对洞室稳定与开挖过程发生影响，以致产生岩爆。在脆性岩体中，当新鲜岩石的单轴抗压强度小于5倍的最大原始地应力(大部分深埋工程中，与覆盖层压力相等)时，产生剥落现象，在这一强度水平上，岩片沿原生岩石和一些原有的节理、层理组合面剥落。当单轴抗压强度小于原始地应力2一3倍时将产生更为明显的剥落。在软弱和破碎岩体中，岩体大变形是洞室破坏的主要形式。
2、温度和通风
长隧洞施工中，洞内温度受到很多因素的影响。地温梯度决定了一定深度的原始岩体温度，洞内温度则还要加上在洞内的各种机械发生的热量。当岩体温度高于洞室气温时，还会从岩石、裂隙水中释放出热量使洞温增高。洞内温度升高，增加了冷却通风的要求和劳动效率降低。
3、涌水
深埋隧洞内突发涌水，由于压力很大，一遇排泄机会，便会产生极大的冲击力和破坏力，给工程带来危害，甚至使施工中断。深埋长隧洞施工时，有时不可避免逆坡掘进，大量的涌水会淹没工作面。采用强制性的机械排水会使施工费用大大提高。并且，当原始岩体温度较高时，涌水会把余热传给隧洞，通过蒸发，使温度上升到容许值以上。另一方面还会降低岩块稳定性，给支护清碴作业带来困难。
4、破碎带和不良地质
与浅埋隧洞相比，一般深埋隧洞岩质较好，但有的构造现象(大断层)能在深埋情况下形成破碎带和不良地质洞段，给掘进施工带来困难。
5、辅助设施
长隧洞由于洞线长达几十公里，甚至上百公里，为了加快施工速度，有必要将长隧洞分割为若干短的洞段以增加工作面，通常采用横洞、竖井、斜井等辅助坑道。但深埋隧洞往往没有条件开挖横越洞或竖、斜井。所以深埋长隧洞施工时多采用平行导洞来改善主洞的运输条件，减少工序间的干扰，还可用于正洞的地质勘探和排水。而且，采用横通道连接的巷道通风系统以解决长隧洞施工中的通风问题。
6、掘进机开挖
全断面岩石掘进机(TBM: Tunnel Boring Machine)的成本效益，随着掘进长度的增大而提高。所以在长隧洞施工中掘进机得到广泛应用。另外，由于埋深大，独头掘进的长度增大，掘进机开挖过程中不产生爆破烟尘，施工通风比钻爆法易于解决。
7、支护
锚喷支护得到广泛应用。紧跟掌子面立即进行锚喷支护，特别是高强度的钢纤维喷混凝土(SFRC: Stell Fibre Reinforced Concrete)对控制岩爆，防止岩片剥落很有效。
8、混凝土衬砌
为尽量减少开挖完成后混凝土衬砌所需要的时间，混凝土衬砌一般紧跟开挖工作面进行。另外，由于隧洞很长，混凝土自拌和系统运输至工作面需要较长时间，有时会超过3小时，运输时需采取特殊措施。
9、风险
随深度的增加，施工前调查的难度增加，导致更多的未知因素和更大的风险，对工程进度产生很大影响。
二、工程概况
玛依河水利工程位于四川省甘孜州乡城县境内，是一跨流域的引水工程。玛依河水利工程工程区主要位于乡得公路沿线，区内运输较为方便，但工程距成都850km，距康定498km，距云南下关520km，距云南香格里拉县213km。
马鞍山隧洞系以最短的洞线横穿马鞍山山脊，隧洞全长4556m，洞线埋藏深度450m～900m，底披i=1/500。衬砌后底宽2.0m，高1.8m，为圆拱城门洞型无压隧洞。最大埋深约850m，初设计阶段围岩主要由T3q3、T3q2之变质砂岩、板岩、结晶灰岩及白云岩等组成，变质砂岩薄至中厚层状，属中硬岩类，板岩等属软质岩类，结晶灰岩、白云岩以厚层状为主，属坚硬岩类。岩层总体走向N15°E～N30°W，与洞轴线夹角60～90°。隧洞穿越区域断层F1、F2，走向N10～30°W，倾向NE、SW，倾角60～75°，走向与洞轴线夹角65～85°；进洞口穿越次级小断层f1，产状N80°W/NE∠80～85°，走向与洞轴线近正交；隧洞前段左侧平行分布次级小断层f2，距离40～120m，产状N5～15°W/SW∠25～35°；隧洞出口段右侧近平行分布次级小断层f3，距离20～80m，产状N50～70°E/NW∠80～85°。岩体以层状结构为主，次为镶嵌碎裂结构，局部呈碎裂～碎块状散体结构。围岩以Ⅳ类为主，次为Ⅲ类及Ⅴ类，分别约占55.0%(2506m)、41.8%(1904m)及3.2%(146m)。
1、马鞍山隧洞地形地质条件
马鞍山隧洞为园拱城门洞型无压隧洞，全长4554m，洞轴线方向N86°E，横穿马鞍山鞍部，最大埋深约850m。马鞍山近南北向展布，山顶高程4300m，鞍部高程4140m，相对高差840～865m，为中高山地貌，山顶平缓，两坡下陡上缓，东坡坡度29～47°，西坡坡度15～53°。马鞍山西东两侧分别为玛依河及冷龙拥，流向从北至南，玛依河枯水期水面高程3300m±，冷龙拥枯水期水面高程3276m±。山上植被为草坪，河谷植被为灌乔。马鞍山基岩断续出露，山顶一带及河谷多为覆盖层。
岩体系浅变质岩相，岩性为三迭系上统曲嘎寺组上段(T3q3)灰岩、白云岩、板岩、变质砂岩及片岩，覆盖层为坡残积(dl+elQ4)、崩坡积(col+dlQ4)、冲洪积(al+plQ4)、冰川冰水堆积(gl+fglQ3)碎角砾土、块碎石土、漂卵砾石夹砂(土)及砂礫卵(碎)石土等。
马鞍山隧洞岩性分布特征：进口段已掘进3039m，其中：0+000～0+727m为砂岩、板岩夹片岩；0+727～1+116m为灰岩夹板岩及片岩；1+116～1+190m为片岩夹板岩及砂岩(1+120m±为F1断层)；1+190～1+880m为灰岩及白云质灰岩；1+880～1+990m片岩为主；1+990～2+520m为灰岩、白云质灰岩、局部夹少量片岩；2+520～3+039m为灰岩及白云质灰岩。推测3+047m左右为F2断层位置，上盘为灰岩及白云质灰岩，下盘为板岩及片岩。出口段已掘进1247m(3+307～4+554m)，岩性以板岩及片岩为主，夹有白云岩及白云质灰岩。中段还剩268m尚未掘进。岩层总体产状：N20～50°W/NE、SW∠40～60°，走向与洞轴线大角度相交，岩体结构为层状、镶嵌碎裂状，局部为碎裂～碎块状、散体状。风化作用除岩体浅表强烈外，还沿裂隙及层面进行。
三、突水成因分析
2008年3月18日0点，马鞍山隧洞进口段3+039m(掌子面)发生突水，开始涌水量约0.01m3/s，放炮后涌水量大增，流量估计约2.13m3/s(约3.5小时涌满隧洞)，至3月19日上午，涌水已将进口段3039m隧洞淹没，洞口水深约1.0m，洞内约2000m淹至封顶，积浑水近3×104m3，地下水自流于洞外，排入玛依河。截至3月26日下午，隧洞洞口淹没水位有所下降(水深0.775m)，水质稍有变清，流量稍有变小，估算1.7～2.0m3/s。自流过程中，水质有交替变清变浑(红黄色)现象，说明洞内已出现新的塌方。
3、应急处理措施
⑴迅速撤离现场施工人员，及时加强警戒，在洞内距离水边50m外拉警戒线，设缓冲区，禁止无关人员入内。
⑵安排专职电工及时切断掌子面附近的电源。
⑶设3名专职安全员对洞内进行24小时值班观察水情及淤泥情况。
⑷现场设置逃生绳，配备救生衣和救生圈。
⑸迅速组织人员，增加抽水设备，及时安排洞内排水。
⑹加强出水流量的监测并做好水流量测定记录。
⑺安排专人对掌子面位置处周边地表进行详细调查，查找水源。
四、抽排水方案的实施：
2009年1月3日现场实测涌出的水量为0.086 m3/s（309.6 m3/h），实施方案一进行马鞍山隧洞进口的抽排水：
（1）、抽水设备布置：
首先将抽水设备布置于桩号0+060处进行抽排，水泵选型为22千瓦的潜水泵，单台22千瓦，单台流量230方/小时，3用5备，配用功率为66千瓦，管径250㎜，总排水量Q＝460方/小时。当排水使水量下降后在附近处建第一个临时泵站，水泵选型为300S－32A两台，单台75千瓦，单台流量720方/小时，一用一备，总配用功率为75千瓦，总排水量Q＝720方/小时。主管径250㎜（三通两闸），临时泵站建好后，用潜水泵（2台）逐步将水抽至泵站，再由泵站抽出。（泵站布置如下图）
当达到潜水泵扬程附近时，再新建一个抽水泵站，设备型号同上，主管径250㎜（三通两闸），当第二个泵站建好调试运行后，可撤出第一泵站的设备待用；如此返复，直至将抽排水泵站建在距工作面附近，形成完整的抽排水系统。
（2）、塌方段的排水方案
当排水到塌方段时，可能遇到塌方体将水阻断，形成不规则坝体，此时须从上至下人工慢慢将高度降低或局部降低，具备条件后将潜水泵移至前端进行排水，而后进行人工出碴和临时支护，如下图所示。
（3）、洞内平行施工的场地和设备的布置：
1）管路布置于隧洞的左则（流向），占用有效断面约0.6米，乘余断面1.8米～2.6米，梭矿车最大断面1.7米，能有效通行。
2）个别挤压变形段进行局部修改，使之具备平行施工的条件。
3）抽水泵站建立之后，抽水设备置于泵站之内，少占或不占有效空间。
4）潜水泵（22千瓦），2～3人可搬运移动，便于灵活布置，尽量布置于隧洞的左则，挖建临时结水坑，软管连接靠左则将水抽至泵站内。
5）动力电线规整的布置于左上則，不占用有效断面。
采用上述方案进行该工作面的地下水的抽排，于2009年6月8日抽水至3+039.0。
结束语：
⑴在隧道施工中，如果遇到涌水，我们要根据其涌出物，并借助于各种地质超前预报手段对其涌水原因进行综合分析和判定，从而进一步制定出具体的处理方案；切勿在未查清涌水原因的情况下，盲目清除涌水体。
⑵隧道施工中应加强超前地质预报工作，尤其是在断层破碎带、节理密级带及向斜核部等地质复杂地段，要综合利用地震波、超前钻孔、红外探测、加深炮孔等探测方法，探明掌子面前方的地质条件，通过对所得预报资料综合分析与评判，采取有效的施工控制措施，降低地质灾害发生的机率和危害程度，确保施工安全及结构安全。
⑶隧道不良地质地段施工，除加强超前地质预报工作外，初期支护应尽早封闭成环，二次衬砌应及时跟进，现场安全步距控制尤为重要。
参考文献：
[1]许录明，鞠晓，魏清殿，张立刚.郑州地区深基坑支护结构选型的发展过程分析[J].价值工程，2013（10）.
[2]万齐.关于深基坑的支护设计与岩土勘察技术探讨[J].价值工程，2012（31）.
[3]张雄.基坑支护结构钢筋混凝土支撑拆除技术的发展[J]. 价值工程，2013（01）.
关键词：高海拔地区小段面长隧洞涌水抽排
中图分类号：TU74文献标识码： A
一、深埋特长隧道(洞)的施工特点
深埋特长隧道的施工条件与一般浅埋隧道不同，深埋环境对施工布置、施工效率、工期、工程费用等将产生影响。深埋对施工的影响及施工中的一些特点主要表现在:
1、原始地应力
由于深埋引起原始地应力又叫岩体天然地应力增高，对洞室稳定与开挖过程发生影响，以致产生岩爆。在脆性岩体中，当新鲜岩石的单轴抗压强度小于5倍的最大原始地应力(大部分深埋工程中，与覆盖层压力相等)时，产生剥落现象，在这一强度水平上，岩片沿原生岩石和一些原有的节理、层理组合面剥落。当单轴抗压强度小于原始地应力2一3倍时将产生更为明显的剥落。在软弱和破碎岩体中，岩体大变形是洞室破坏的主要形式。
2、温度和通风
长隧洞施工中，洞内温度受到很多因素的影响。地温梯度决定了一定深度的原始岩体温度，洞内温度则还要加上在洞内的各种机械发生的热量。当岩体温度高于洞室气温时，还会从岩石、裂隙水中释放出热量使洞温增高。洞内温度升高，增加了冷却通风的要求和劳动效率降低。
3、涌水
深埋隧洞内突发涌水，由于压力很大，一遇排泄机会，便会产生极大的冲击力和破坏力，给工程带来危害，甚至使施工中断。深埋长隧洞施工时，有时不可避免逆坡掘进，大量的涌水会淹没工作面。采用强制性的机械排水会使施工费用大大提高。并且，当原始岩体温度较高时，涌水会把余热传给隧洞，通过蒸发，使温度上升到容许值以上。另一方面还会降低岩块稳定性，给支护清碴作业带来困难。
4、破碎带和不良地质
与浅埋隧洞相比，一般深埋隧洞岩质较好，但有的构造现象(大断层)能在深埋情况下形成破碎带和不良地质洞段，给掘进施工带来困难。
5、辅助设施
长隧洞由于洞线长达几十公里，甚至上百公里，为了加快施工速度，有必要将长隧洞分割为若干短的洞段以增加工作面，通常采用横洞、竖井、斜井等辅助坑道。但深埋隧洞往往没有条件开挖横越洞或竖、斜井。所以深埋长隧洞施工时多采用平行导洞来改善主洞的运输条件，减少工序间的干扰，还可用于正洞的地质勘探和排水。而且，采用横通道连接的巷道通风系统以解决长隧洞施工中的通风问题。
6、掘进机开挖
全断面岩石掘进机(TBM: Tunnel Boring Machine)的成本效益，随着掘进长度的增大而提高。所以在长隧洞施工中掘进机得到广泛应用。另外，由于埋深大，独头掘进的长度增大，掘进机开挖过程中不产生爆破烟尘，施工通风比钻爆法易于解决。
7、支护
锚喷支护得到广泛应用。紧跟掌子面立即进行锚喷支护，特别是高强度的钢纤维喷混凝土(SFRC: Stell Fibre Reinforced Concrete)对控制岩爆，防止岩片剥落很有效。
8、混凝土衬砌
为尽量减少开挖完成后混凝土衬砌所需要的时间，混凝土衬砌一般紧跟开挖工作面进行。另外，由于隧洞很长，混凝土自拌和系统运输至工作面需要较长时间，有时会超过3小时，运输时需采取特殊措施。
9、风险
随深度的增加，施工前调查的难度增加，导致更多的未知因素和更大的风险，对工程进度产生很大影响。
二、工程概况
玛依河水利工程位于四川省甘孜州乡城县境内，是一跨流域的引水工程。玛依河水利工程工程区主要位于乡得公路沿线，区内运输较为方便，但工程距成都850km，距康定498km，距云南下关520km，距云南香格里拉县213km。
马鞍山隧洞系以最短的洞线横穿马鞍山山脊，隧洞全长4556m，洞线埋藏深度450m～900m，底披i=1/500。衬砌后底宽2.0m，高1.8m，为圆拱城门洞型无压隧洞。最大埋深约850m，初设计阶段围岩主要由T3q3、T3q2之变质砂岩、板岩、结晶灰岩及白云岩等组成，变质砂岩薄至中厚层状，属中硬岩类，板岩等属软质岩类，结晶灰岩、白云岩以厚层状为主，属坚硬岩类。岩层总体走向N15°E～N30°W，与洞轴线夹角60～90°。隧洞穿越区域断层F1、F2，走向N10～30°W，倾向NE、SW，倾角60～75°，走向与洞轴线夹角65～85°；进洞口穿越次级小断层f1，产状N80°W/NE∠80～85°，走向与洞轴线近正交；隧洞前段左侧平行分布次级小断层f2，距离40～120m，产状N5～15°W/SW∠25～35°；隧洞出口段右侧近平行分布次级小断层f3，距离20～80m，产状N50～70°E/NW∠80～85°。岩体以层状结构为主，次为镶嵌碎裂结构，局部呈碎裂～碎块状散体结构。围岩以Ⅳ类为主，次为Ⅲ类及Ⅴ类，分别约占55.0%(2506m)、41.8%(1904m)及3.2%(146m)。
1、马鞍山隧洞地形地质条件
马鞍山隧洞为园拱城门洞型无压隧洞，全长4554m，洞轴线方向N86°E，横穿马鞍山鞍部，最大埋深约850m。马鞍山近南北向展布，山顶高程4300m，鞍部高程4140m，相对高差840～865m，为中高山地貌，山顶平缓，两坡下陡上缓，东坡坡度29～47°，西坡坡度15～53°。马鞍山西东两侧分别为玛依河及冷龙拥，流向从北至南，玛依河枯水期水面高程3300m±，冷龙拥枯水期水面高程3276m±。山上植被为草坪，河谷植被为灌乔。马鞍山基岩断续出露，山顶一带及河谷多为覆盖层。
岩体系浅变质岩相，岩性为三迭系上统曲嘎寺组上段(T3q3)灰岩、白云岩、板岩、变质砂岩及片岩，覆盖层为坡残积(dl+elQ4)、崩坡积(col+dlQ4)、冲洪积(al+plQ4)、冰川冰水堆积(gl+fglQ3)碎角砾土、块碎石土、漂卵砾石夹砂(土)及砂礫卵(碎)石土等。
马鞍山隧洞岩性分布特征：进口段已掘进3039m，其中：0+000～0+727m为砂岩、板岩夹片岩；0+727～1+116m为灰岩夹板岩及片岩；1+116～1+190m为片岩夹板岩及砂岩(1+120m±为F1断层)；1+190～1+880m为灰岩及白云质灰岩；1+880～1+990m片岩为主；1+990～2+520m为灰岩、白云质灰岩、局部夹少量片岩；2+520～3+039m为灰岩及白云质灰岩。推测3+047m左右为F2断层位置，上盘为灰岩及白云质灰岩，下盘为板岩及片岩。出口段已掘进1247m(3+307～4+554m)，岩性以板岩及片岩为主，夹有白云岩及白云质灰岩。中段还剩268m尚未掘进。岩层总体产状：N20～50°W/NE、SW∠40～60°，走向与洞轴线大角度相交，岩体结构为层状、镶嵌碎裂状，局部为碎裂～碎块状、散体状。风化作用除岩体浅表强烈外，还沿裂隙及层面进行。
三、突水成因分析
2008年3月18日0点，马鞍山隧洞进口段3+039m(掌子面)发生突水，开始涌水量约0.01m3/s，放炮后涌水量大增，流量估计约2.13m3/s(约3.5小时涌满隧洞)，至3月19日上午，涌水已将进口段3039m隧洞淹没，洞口水深约1.0m，洞内约2000m淹至封顶，积浑水近3×104m3，地下水自流于洞外，排入玛依河。截至3月26日下午，隧洞洞口淹没水位有所下降(水深0.775m)，水质稍有变清，流量稍有变小，估算1.7～2.0m3/s。自流过程中，水质有交替变清变浑(红黄色)现象，说明洞内已出现新的塌方。
3、应急处理措施
⑴迅速撤离现场施工人员，及时加强警戒，在洞内距离水边50m外拉警戒线，设缓冲区，禁止无关人员入内。
⑵安排专职电工及时切断掌子面附近的电源。
⑶设3名专职安全员对洞内进行24小时值班观察水情及淤泥情况。
⑷现场设置逃生绳，配备救生衣和救生圈。
⑸迅速组织人员，增加抽水设备，及时安排洞内排水。
⑹加强出水流量的监测并做好水流量测定记录。
⑺安排专人对掌子面位置处周边地表进行详细调查，查找水源。
四、抽排水方案的实施：
2009年1月3日现场实测涌出的水量为0.086 m3/s（309.6 m3/h），实施方案一进行马鞍山隧洞进口的抽排水：
（1）、抽水设备布置：
首先将抽水设备布置于桩号0+060处进行抽排，水泵选型为22千瓦的潜水泵，单台22千瓦，单台流量230方/小时，3用5备，配用功率为66千瓦，管径250㎜，总排水量Q＝460方/小时。当排水使水量下降后在附近处建第一个临时泵站，水泵选型为300S－32A两台，单台75千瓦，单台流量720方/小时，一用一备，总配用功率为75千瓦，总排水量Q＝720方/小时。主管径250㎜（三通两闸），临时泵站建好后，用潜水泵（2台）逐步将水抽至泵站，再由泵站抽出。（泵站布置如下图）
当达到潜水泵扬程附近时，再新建一个抽水泵站，设备型号同上，主管径250㎜（三通两闸），当第二个泵站建好调试运行后，可撤出第一泵站的设备待用；如此返复，直至将抽排水泵站建在距工作面附近，形成完整的抽排水系统。
（2）、塌方段的排水方案
当排水到塌方段时，可能遇到塌方体将水阻断，形成不规则坝体，此时须从上至下人工慢慢将高度降低或局部降低，具备条件后将潜水泵移至前端进行排水，而后进行人工出碴和临时支护，如下图所示。
（3）、洞内平行施工的场地和设备的布置：
1）管路布置于隧洞的左则（流向），占用有效断面约0.6米，乘余断面1.8米～2.6米，梭矿车最大断面1.7米，能有效通行。
2）个别挤压变形段进行局部修改，使之具备平行施工的条件。
3）抽水泵站建立之后，抽水设备置于泵站之内，少占或不占有效空间。
4）潜水泵（22千瓦），2～3人可搬运移动，便于灵活布置，尽量布置于隧洞的左则，挖建临时结水坑，软管连接靠左则将水抽至泵站内。
5）动力电线规整的布置于左上則，不占用有效断面。
采用上述方案进行该工作面的地下水的抽排，于2009年6月8日抽水至3+039.0。
结束语：
⑴在隧道施工中，如果遇到涌水，我们要根据其涌出物，并借助于各种地质超前预报手段对其涌水原因进行综合分析和判定，从而进一步制定出具体的处理方案；切勿在未查清涌水原因的情况下，盲目清除涌水体。
⑵隧道施工中应加强超前地质预报工作，尤其是在断层破碎带、节理密级带及向斜核部等地质复杂地段，要综合利用地震波、超前钻孔、红外探测、加深炮孔等探测方法，探明掌子面前方的地质条件，通过对所得预报资料综合分析与评判，采取有效的施工控制措施，降低地质灾害发生的机率和危害程度，确保施工安全及结构安全。
⑶隧道不良地质地段施工，除加强超前地质预报工作外，初期支护应尽早封闭成环，二次衬砌应及时跟进，现场安全步距控制尤为重要。
参考文献：
[1]许录明，鞠晓，魏清殿，张立刚.郑州地区深基坑支护结构选型的发展过程分析[J].价值工程，2013（10）.
[2]万齐.关于深基坑的支护设计与岩土勘察技术探讨[J].价值工程，2012（31）.
[3]张雄.基坑支护结构钢筋混凝土支撑拆除技术的发展[J]. 价值工程，2013（01）.