淺談大準(zhǔn)鐵路公司雞鳴驛隧道內(nèi)部病害勘測方法及成果

郭高峰

摘 要 神華準(zhǔn)能大準(zhǔn)鐵路雞鳴驛隧道既有線路位于大準(zhǔn)鐵路雞鳴驛至廟溝站間，全長1 593.07m，為曲線隧道。洞身穿越渾河右岸的中低山地帶。由于列車長時(shí)間運(yùn)行，隧道內(nèi)邊墻至拱頂均出現(xiàn)滲水、漏水現(xiàn)象，由于結(jié)冰凍脹，導(dǎo)致水溝局部開裂，使水滲入路基內(nèi)部，引發(fā)路基下沉。需對該隧道病害段進(jìn)行綜合勘察，查明隧道地下水埋藏情況、水害通道及含水低阻異常地質(zhì)體的分布，為隧道病害防治提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 大準(zhǔn)鐵路；隧道；病害；勘探；成果

中圖分類號 U21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0202-02

神華準(zhǔn)能大準(zhǔn)鐵路雞鳴驛隧道既有線路位于大準(zhǔn)鐵路雞鳴驛至廟溝站間，全長1 593.07m，為曲線隧道。隧道進(jìn)口距離雞鳴驛村約1km，洞身穿越渾河右岸的中低山地帶。

隧道內(nèi)邊墻至拱頂均出現(xiàn)滲水、漏水現(xiàn)象，此外，在隧道小里程方向隧道內(nèi)排水溝存水量較大，加上當(dāng)?shù)貧鉁剌^低，水溝經(jīng)常結(jié)冰、填滿水溝，由于結(jié)冰凍脹，導(dǎo)致水溝局部開裂，使水滲入路基內(nèi)部，引發(fā)路基下沉。雞鳴驛既有隧道的一號隧道出口的保溫水溝從道床下右拐過渡到右側(cè)與雞鳴驛二號隧道右側(cè)水溝銜接，隧道內(nèi)水溝排水不暢，以K171+304為界，大里程方向水溝無法排水，致使隧道內(nèi)地表水不能及時(shí)排至洞外。

為了確保大準(zhǔn)鐵路的正常運(yùn)營，需對該隧道病害段進(jìn)行綜合勘察，查明隧道地下水埋藏情況、水害通道及含水低阻異常地質(zhì)體的分布，為隧道病害防治提供依據(jù)。

1 雞鳴驛隧道內(nèi)部綜合勘察的目的

1）充分搜集既有的地質(zhì)環(huán)境、水文、氣象、工程資料、隧道病害情況等相關(guān)資料，在此基礎(chǔ)上以工程地質(zhì)配套理論和方法進(jìn)行宏觀研判。

2）采用綜合勘察手段查清雞鳴驛隧道所處的地質(zhì)環(huán)境及坡體結(jié)構(gòu)，充分分析隧道病害形成的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、地下水發(fā)育特征和分布規(guī)律。

3）對隧址區(qū)巖體裂隙分布與發(fā)育特征進(jìn)行探測分析，對確定的重大異常部位，采用高精度物探方法分析。

4）分析隧址區(qū)含水低阻異常體的位置和分布形態(tài)，全面徹底查清隧道病害分布與水害通道，對確定為含水通道或含水部位的地層采用工程鉆探的方法進(jìn)行驗(yàn)證，并采取試樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，確定隧道圍巖的物理力學(xué)、水理性質(zhì)、熱力學(xué)等相關(guān)參數(shù)，為工程整治設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確資料。

2 隧道布置、特征情況

隧道內(nèi)部布置：

1）隧道襯砌全部采用模筑混凝土，對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用200號混凝土曲墻式襯砌，Ⅳ、Ⅴ類圍巖和中部局部Ⅲ類圍巖采用150號混凝土直墻式襯砌。支護(hù)方式為錨噴，洞門為漿砌片石及預(yù)制塊。襯砌成形后隧道截面呈馬蹄形，寬約6m，高約6.2m。

2）洞內(nèi)設(shè)單側(cè)水溝，1#隧道于線路左側(cè)，2#隧道于線路右側(cè)。1#隧道K159+456～K159+756采用保溫水溝，洞內(nèi)有水地段襯砌背后每隔10m設(shè)一條盲溝，截面100×50cm（深×寬），盲溝底設(shè)滲水孔與水溝連通。

3 勘察內(nèi)容

以鉆探工程配合地球物理勘探，詳細(xì)查明本次勘察范圍地層分布特征；以物探（高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)）為主，結(jié)合水文地質(zhì)理論，查明隧址區(qū)地下水分布特征、水害通道及含水低阻異常體的分布，分析其對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的影響。另外，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對勘察區(qū)進(jìn)行了工程測量及地形圖測繪；采集巖土（水）樣，獲得該區(qū)地下水化學(xué)類型、巖體力學(xué)、水理及熱力學(xué)參數(shù)，為隧道病害治理提供詳實(shí)依據(jù)。

3.1 工程測繪

本測區(qū)南北邊界線位于雞鳴驛隧道中心線南、北各一千米處，東西邊界線位于隧道東西進(jìn)出口，具體測圖范圍為矩形，測區(qū)面積約4km2。測區(qū)地勢為東西兩側(cè)較高，中部較低，海拔高程1 100m～1 300m。

3.2 鉆探

本次勘察設(shè)計(jì)10個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺600m，實(shí)際共施工10個(gè)鉆孔，工程量601.3m。

1）上部松散層采用Φ108mm直徑的合金或螺旋鉆具鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁，鉆探回次不大于1.5m，然后取樣。取樣鉆孔必須清底，沉渣不超過5cm。

2）基巖鉆進(jìn)采用XY系列巖芯鉆機(jī)，使用Φ108mm直徑的合金或金剛石鉆頭鉆進(jìn)。采用清水護(hù)壁，使用巖芯管鉆取巖芯，取芯回次不大于2.0m。遇到漏失嚴(yán)重時(shí)可改用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，但水文地質(zhì)鉆孔必須在鉆孔鉆進(jìn)施工結(jié)束后用清水反復(fù)沖洗，直至達(dá)到抽水試驗(yàn)要求。金剛石鉆頭和上部軸承必須經(jīng)常檢查，以保證巖芯采取率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3）鉆孔全孔取芯。鉆孔基巖巖芯采取率不低于85%，其它地層不低于60%。

4）編錄人員嚴(yán)格遵守編錄細(xì)則規(guī)定。描述人員記錄應(yīng)認(rèn)真、及時(shí)、真實(shí)可靠，按回次進(jìn)尺逐次記錄，嚴(yán)禁事后追記。

5）鉆進(jìn)過程中做好簡易水文觀測，分層觀測地下水位，終孔24小時(shí)后再次觀測水位。

6）鉆探開工前，所有鉆探人員必須認(rèn)真聽取項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人對鉆探的技術(shù)要求和鉆探技術(shù)負(fù)責(zé)人介紹的詳細(xì)鉆探技術(shù)方案。

3.3 地球物理勘探

3.3.1 高密度電法

本次設(shè)計(jì)的電法勘探布置方法是：沿隧道走向，在拱頂和自拱頂向隧道兩側(cè)各20m、35m處共布置五條縱測線，每條測線長約1 920m，電極間距6m～8m。垂直于隧道走向再布置若干條，已驗(yàn)證不同測區(qū)參數(shù)。本次高密度電法共設(shè)計(jì)布設(shè)1 920個(gè)點(diǎn)，以有效分析隧址區(qū)的含水層分布、斷層帶和地層異常區(qū)分布。

實(shí)際作業(yè)中，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整電極間距為6m，地面高密度電法測線20條，勘探線長度19.674km，深度不小于120m測點(diǎn)2 099個(gè)。

3.3.2 地質(zhì)雷達(dá)

為達(dá)到設(shè)計(jì)要求的測試效果，本次探測設(shè)計(jì)縱向測線12條（通長測線6條，水害地段測線12條，經(jīng)過資料分析后，對重點(diǎn)部位再加密），分別在縱向拱頂、拱腰、邊墻布置測線，累計(jì)長度19.52km。經(jīng)試驗(yàn)將參數(shù)設(shè)定后，每個(gè)天窗期測試2～4條。

4 隧道水害治理措施

雞鳴驛隧道主要存在襯砌結(jié)構(gòu)破壞、脫空、凍害、滲水等病害，其中水害為各個(gè)病害的促發(fā)因素，尤其在冬天，容易造成拱頂掛冰、排水溝結(jié)冰等現(xiàn)象，影響行車安全。因此，雞鳴驛隧道病害的治理，關(guān)鍵是治理水害。

通過對隧址區(qū)的勘察，已基本查清了隧道內(nèi)滲水來源與裂隙通道，圈定了含水異常地質(zhì)體的范圍，可以有針對性的對滲水病害進(jìn)行治理。雞鳴驛隧道水害治理應(yīng)采取“防”“排”“堵”相結(jié)合的綜合治理措施，各種措施的都有它的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)。

4.1 “防”可從內(nèi)外兩方面進(jìn)行

內(nèi)防是指對已變形和存在裂縫的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)，采用合適的防水材料進(jìn)行涂刷，目前雞鳴驛隧道已經(jīng)采取過相應(yīng)措施，但單一措施收效甚微。

外防是對隧址地下水來源的補(bǔ)給區(qū)地表進(jìn)行防滲處理減少大氣降水的入滲，但該方法需要的處理面積大經(jīng)濟(jì)性差，而且會影響地表植被，產(chǎn)生環(huán)境問題。

4.2 “ 排”也可分內(nèi)排和外排

內(nèi)排是指在隧道內(nèi)部修筑保溫排水溝，保證隧道內(nèi)的滲水能夠在任何時(shí)間順利排出，也可以在1、2號隧道接口豎井位置設(shè)置集排水裝置，直接從豎井處排除積水；其次，在隧址區(qū)地表應(yīng)修筑排水溝渠，盡量減少大氣降水的入滲。

外排可以采用施工疏干降壓井的辦法，降低病害附近地下水壓力或疏干地下水，來減小和消除水害。由于勘察區(qū)氣候較干旱，基巖裂隙水水量較小，根據(jù)地形地質(zhì)條件，可從外部施工水平排水鉆孔對富水區(qū)進(jìn)行抽排，減小隧道水害。鉆孔的開孔位置可以選擇在堅(jiān)井附近，該處地表標(biāo)高1 160m左右，鉆孔方面與隧道走向平行，鉆穿含水異常區(qū)，預(yù)計(jì)長度450m，終孔標(biāo)高1 150m左右。該孔口標(biāo)高低于含水異常區(qū)的地下水位標(biāo)高，地下水可自流排出，如遇豐水期水量較大時(shí)，可采用真空泵抽水抽氣，利用負(fù)壓增大排水量。

4.3 “堵”

對隧道拱頂、拱璧等存在脫空及不密實(shí)的地方進(jìn)行注漿充填，封堵水流通道。注漿時(shí)應(yīng)選擇好適合的封堵材料，現(xiàn)場反復(fù)試驗(yàn)，確保封堵質(zhì)量，注漿壓力應(yīng)根據(jù)注漿段的靜水壓力進(jìn)行選擇，宜為水壓的2～3倍。

綜上所述，結(jié)合隧址區(qū)的水文地質(zhì)條件和含水異常體特征，應(yīng)采取“以排為主，排堵結(jié)合”的綜合治理原則。抽排地下水，可有效降低水害，從根本上解決地下水對隧道的影響。

5 勘察結(jié)論

通過對勘察成果綜合分析，得出以下結(jié)論：

1）隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，無大的斷裂、褶皺等發(fā)育，地層巖性為第四系黃土和太古界桑干群片麻巖，巖體裂隙較發(fā)育，黃土覆蓋區(qū)地表沖蝕較嚴(yán)重，坡體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無其它地質(zhì)災(zāi)害類型，工程地質(zhì)條件簡單。

2）隧址區(qū)含水層主要為第四系孔隙含水層和基巖裂隙含水層，地下水不發(fā)育，區(qū)內(nèi)地下水均向渾河河谷排泄，水文地質(zhì)條件簡單。

3）隧道內(nèi)滲水主要集中在1號隧道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。

4）根據(jù)物探成果及鉆探驗(yàn)證，隧址區(qū)含水地主異常地質(zhì)體主要分布在K170+462～K170+732段與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存提供了有利的場所。

本次勘察查明了雞鳴驛隧道水害來源及水害通道，圈定了含水低阻異常地質(zhì)體的范圍，進(jìn)一步為隧道水害治理提供詳實(shí)資料、選取合理的治理措施。