鐵路運(yùn)營隧道病害勘察與治理技術(shù)研究

王會(huì)民

[摘 要]以一座鐵路運(yùn)營隧道病害治理工程為例，采用勘察手段查明了隧址區(qū)的水文地質(zhì)條件、地下水發(fā)育特征和分布規(guī)律；對(duì)已查明的含水低阻異常體和水害通道，采用物探方法進(jìn)行了驗(yàn)證，勘察結(jié)果為隧道病害治理提供了可靠的技術(shù)資料，對(duì)同類型隧道病害整治具有一定的參考價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]運(yùn)營鐵路 隧道病害 治理技術(shù) 研究

中圖分類號(hào)：U457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）16-0385-02

1、前言

隧道工程是埋藏在地表以下的構(gòu)筑物，不可避免的要面對(duì)各種復(fù)雜地質(zhì)情況。諸如地下水發(fā)育，凍脹性巖土，斷層破碎帶，巖溶發(fā)育帶等各種工程地質(zhì)問題層出不窮，造成施工和后期運(yùn)營中發(fā)生塌方、滲漏水等病害，輕則留下安全隱患，重則中斷鐵路行車。而對(duì)于鐵路運(yùn)營隧道來講，受行車條件限制，其病害治理存在一定的特殊性。這就需要采取綜合手段，查明隧道病害形成的原因，必要時(shí)采用一定的方法進(jìn)行驗(yàn)證，從而為隧道病害治理提供可靠的技術(shù)資料。

2、隧道病害

大準(zhǔn)鐵路雞鳴驛隧道位于內(nèi)蒙古自治區(qū)和林格爾縣境內(nèi)，隧道里程為K169+975～K171+568，全長1593m，由1號(hào)和2號(hào)兩個(gè)隧道組成。其中1號(hào)隧道最大埋深50m，2號(hào)隧道最大埋深98m，洞身穿越渾河右岸的中低山地帶。近年來，由于隧道自身結(jié)構(gòu)老化，隧道邊墻至拱頂部位多處出現(xiàn)滲、漏水現(xiàn)象。隧道內(nèi)部分地段排水不暢，冬季結(jié)冰凍脹，導(dǎo)致排水溝局部開裂，水流下滲引起路基下沉，對(duì)鐵路行車安全構(gòu)成威脅。

3、治理設(shè)想

（1）對(duì)隧道附近區(qū)域地形地貌，地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造等工程地質(zhì)條件進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查與測繪后，進(jìn)行宏觀研判。

（2）采用勘察手段查明了隧址區(qū)的水文地質(zhì)條件、地下水發(fā)育特征和分布規(guī)律，并根據(jù)物理探測方法，分析隧址區(qū)含水低阻異常體的位置和分布形態(tài)，查清隧址區(qū)地下水分布于情況，并結(jié)合工作鉆探結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

（3）通過礦物成分、化學(xué)成分試驗(yàn)和水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算，得到圍巖巖土體物理力學(xué)參數(shù)以及礦物化學(xué)組分，為隧道整治工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)資料。同時(shí)，為相似地質(zhì)條件的隧道病害整治提供參考。

4、隧址區(qū)水文地質(zhì)勘察與分析

隧址區(qū)位于內(nèi)蒙古高原向黃土高原的過渡地帶，屬侵蝕性黃土高原地貌。場區(qū)主要出露地層為第四系黃土和太古界桑干群片麻巖。地下水按其成因類型可分為第四系孔隙含水層和基巖裂隙含水層，其埋藏類型均為潛水。

4.1地下水補(bǔ)給、逕流、排泄條件

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧址區(qū)大氣降水一部分沿地表從山脊向兩側(cè)溝谷匯流，一部分則沿基巖裂隙滲入地下?；鶐r裂隙水的流向受節(jié)理裂隙控制，流向變化較大，但總的趨勢是流向渾河河谷。（見圖4.1）

4.2 地下水化學(xué)特征

為判斷隧道內(nèi)滲水來源，分別進(jìn)行了水質(zhì)簡分析和氫氧同位素分析。水質(zhì)簡分析結(jié)果顯示，各水樣中的主要陽離子為Na+和Ca2+，陰離子主要為HCO3-和SO42-離子。

從圖4.2中可看出，各水樣水化學(xué)類型基本一致。根據(jù)舒卡列夫分類，隧址區(qū)地表水、泉水、隧道內(nèi)涌水及基巖裂隙水水化學(xué)類型均為HCO3-SO4-Na-Ca型。水中Cl-離子含量較少，隧址區(qū)地下水交替活躍，礦化度均小于1g/L，屬低礦化度水。這說明大氣降水直接入滲補(bǔ)給基巖裂隙水，基巖裂隙水通過裂隙通道或破碎帶，部分從隧道內(nèi)部滲出，部分繼續(xù)沿基巖裂隙補(bǔ)給山前松散沖積層，最終向渾河河谷排泄。

同位素分析結(jié)果顯示（見圖4.3），隧道內(nèi)泉水、涌水及各鉆孔所采水樣均接近全球大氣雨水線，顯示其來源于大氣降水。圖中虛線為推測的當(dāng)?shù)亟涤昃€，與全球大氣雨水線接近。

綜上所述，隧道內(nèi)滲水、泉水、基巖裂隙水均來源于大氣降水。

5、水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算

隧址區(qū)基巖裂隙水水量小，無法滿足單孔抽水試驗(yàn)。采用滲坑試驗(yàn)、鉆孔注水試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)分別求取各巖層的滲透系數(shù)。

5.1 地表強(qiáng)風(fēng)化片麻巖

地表強(qiáng)風(fēng)化層滲透系數(shù)的求取采用滲坑試驗(yàn)，滲坑位置設(shè)在SK9號(hào)鉆孔附近；滲坑尺寸為30cm×30cm×40cm，底部鋪設(shè)碎石5cm，試驗(yàn)時(shí)間共計(jì)2小時(shí)；求得地表強(qiáng)風(fēng)化至全風(fēng)化片麻巖滲透系數(shù)約為0.6×10-2cm/s。

5.2 中風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化片麻巖

該層滲透系數(shù)的求取采用鉆孔注水試驗(yàn)。鉆孔施工中SK9、SK10號(hào)鉆孔巖心整體較破碎，選取SK9號(hào)鉆孔進(jìn)行鉆孔常水頭注水試驗(yàn)。見圖5.1。

SK9號(hào)鉆孔孔徑為Φ110mm，終孔孔深90.3m；全孔上部為強(qiáng)風(fēng)化至全風(fēng)化，下部為中風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化片麻巖，巖心破碎；注水段為下部中風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化段，試段長20m，該孔靜止水位埋深52m；采用常水頭注水試驗(yàn)，計(jì)算公式如下：

Q—注入流量（cm3/min）；

F—形狀系數(shù)（cm）；

H—試驗(yàn)水頭（cm）。

通過試驗(yàn)，求得中風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化片麻巖滲透系數(shù)為1.5×10-3cm/s。

另外，采用SK7號(hào)孔，求得微風(fēng)化片麻巖滲透系數(shù)k=6.6×10-4cm/s；通過室內(nèi)滲透試驗(yàn)，求得細(xì)砂的滲透系數(shù)為5.37×10-3cm/s，粉土的滲透系數(shù)約為30×10-6cm/s。

6、隧址區(qū)含水異常區(qū)的分布

為了查清隧址區(qū)水害通道及含水低阻地質(zhì)異常體的分布，采用了高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)物探方法進(jìn)行了探測。

通過物探資料分析，結(jié)合隧址區(qū)水文地質(zhì)條件、鉆探成果綜合分析，隧址區(qū)含水低阻異常體可劃分為兩段。第1段：基本介于SK6號(hào)孔與SK9號(hào)孔之間，并以SK9位置為低阻中心，大氣降水沿基巖裂隙向SK9破碎低洼帶匯集，最后分別向下、向SK6方向溝谷徑流。第2段：基本介于SK10與K170+230之間，經(jīng)補(bǔ)給，大氣降水沿基巖裂隙向SK10位置匯集后，向其北側(cè)溝谷徑流。綜合分析，得出以下結(jié)論：

隧道滲水主要集中在1號(hào)隧道K170+260-650之間。根據(jù)水化學(xué)與同位素分析，其來源為基巖裂隙水，且隧址區(qū)的地下水補(bǔ)給源為單一的大氣降水，水害通道為上覆片麻巖節(jié)理裂隙和破碎帶。

隧址區(qū)含水低值異常體主要分布在K170+462-K170+732段及K170+252-K170+318段。該區(qū)段巖體電阻率低，巖體風(fēng)化破碎較嚴(yán)重，不僅為地下水滲流的良好通道，也為地下水的富集儲(chǔ)存提供了有利的場所。

7、治理措施

（1）拱頂注漿堵漏

采用Φ42鋼花管進(jìn)行拱頂注漿堵漏處理，注漿深度3m，注漿孔間距1.0×1.0m，梅花型布置，采用水泥-水玻璃混合漿液，并在壓漿區(qū)及其周圍的原有襯砌表面涂刷“優(yōu)止水”。

（2）邊墻鑿槽埋管引排水

對(duì)滲漏水嚴(yán)重段落的隧道襯砌邊墻施工縫處采用鑿槽埋管引排水措施治理，排水管外側(cè)鋪設(shè)硬質(zhì)聚氨酯類樹脂發(fā)泡固結(jié)保溫材料。邊墻PVC排水管外側(cè)預(yù)留自控溫伴熱電纜接口。

（3）基底破碎帶及涌水整治

對(duì)K170+500～600段道床基底涌水及K170+850～870段基底破碎病害采用注漿加固。

（4）排水溝改造

對(duì)于隧道排水溝改造采用清淤、修復(fù)和增設(shè)保溫層等措施進(jìn)行綜合處理。

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