喀斯特地區(qū)地下高鐵隧道全包段和巖溶段防排水治理技術(shù)

陳劍波

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350）

1 前言

喀斯特地區(qū)地下巖溶高鐵隧道工程是一項高風(fēng)險、高技術(shù)含量、高投資的工程項目，施工環(huán)境與施工工藝復(fù)雜。必須小心謹(jǐn)慎地開展施工活動，確保工程質(zhì)量[1]。喀斯特地區(qū)地下巖溶高鐵隧道出現(xiàn)的滲漏水現(xiàn)象一方面會使隧道的襯巖因水分浸泡而變形、破裂，甚至剝落、失穩(wěn)；另一方面，水會腐蝕隧道里的設(shè)備，縮短隧道使用壽命[2]。因此，防排水是隧道施工面臨的關(guān)鍵問題之一，隧道防排水處理不好不僅會影響施工期隧道質(zhì)量與進度，還會一定程度上威脅運營期行車安全[3]。

隧道滲漏水的防治方法一般包括：防、截、堵、排。對于出現(xiàn)隧道漏水的工程，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，因地制宜地選用合理的整治技術(shù)[4]。但在隧道施工允許的情況下，為避免對周邊環(huán)境造成危害，應(yīng)優(yōu)先采用以堵為主的整治技術(shù)手段[5]。當(dāng)?shù)叵滤l(fā)育地區(qū)存在襯砌滲漏缺陷時，其危害更大，襯砌滲漏說明該部位襯砌防排水系統(tǒng)失效，水的滲漏侵蝕將直接影響隧道結(jié)構(gòu)，在巖溶地區(qū)處理該問題較為困難[6]。因此，對于需進行注漿加固的止水地段，特別是破碎圍巖或溶洞發(fā)育地段，應(yīng)嚴(yán)格按注漿設(shè)計圖紙進行施工，遵循“以防為主、防排結(jié)合、綜合治理”原則，確保注漿防水的施工質(zhì)量，通過注漿形成初期支護外的止水環(huán)，為隧道防排水與安全開挖奠定良好基礎(chǔ)[7]。

2 工程概況

2.1 隧道基本情況

渝昆高鐵引入昆明樞紐工程長水機場隧道位于長水機場站—昆明南站區(qū)間，進口里程為DK701+170，出口里程為DK709+940，全長8 770 m。其中暗挖3 段，長5 890 m；明挖段3 段，長2 880 m。隧道進口接長水機場站，出口接路基。進口端長水機場站車站范圍伸入隧道286.2 m。全隧除進口DK701+170～830 段的660 m位于平坡，其余為單面下坡，隧道最大埋深約60 m。

2.2 地質(zhì)與水文條件

渝昆高鐵引入昆明樞紐工程長水機場隧道原地貌為喀斯特地區(qū)巖溶槽谷，地表巖溶洼地、落水洞、漏斗等較發(fā)育，現(xiàn)因機場建設(shè)改造為平地。段內(nèi)地質(zhì)土層包括：全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）碎石土，厚0～10 m；坡殘積層（Q4dl+el）膨脹土，厚0～15 m；坡殘積層（Q4dl+el）軟黏土，呈透鏡狀分布；坡殘積層（Q4dl+el）中高～高壓縮性土，厚0～8 m；下伏基巖為二疊系陽新組（P1y）灰色，淺灰色灰?guī)r夾白云巖，為可溶巖。

2.3 巖溶隧道問題

該隧道區(qū)地下水以巖溶水為主。據(jù)鉆孔揭示，地下水水位受季節(jié)影響顯著，前期勘探鉆孔未揭示地下水位，處于地下巖溶水垂直滲流帶內(nèi)，地下水位于洞身以下。洞身巖溶中等發(fā)育，隧道施工時可能遇到溶蝕空洞、水平狀溶洞或懸空溶洞。隧道穿越區(qū)巖溶水發(fā)育，開挖隧洞圍巖存在不同程度的巖溶滲、漏水現(xiàn)象。巖溶水水害問題是該隧道施工與運營面臨的主要難題。

3 防排水措施總體布置及方案

3.1 防排水措施總體布置

基于渝昆高鐵引入昆明樞紐工程長水機場隧道地處喀斯特地區(qū)的實際情況，隧道防排水措施設(shè)計貫徹“防、截、排、堵相結(jié)合，動態(tài)設(shè)計治理”理念，力求達到防排水可靠、經(jīng)濟合理的目標(biāo)。隧道地段分為暗洞和明洞段，其中暗洞段分為全包防水段、一般地段、可溶巖及地下水發(fā)育段。各部位防排水措施總體布置見表1。

表1 長水機場隧道防排水總體布置表

3.2 洞內(nèi)防排水方案

針對按非全包防水要求設(shè)計的部位，施工時應(yīng)根據(jù)溶洞形態(tài)、涌水狀況以及預(yù)測到的最大涌水量，合理配置排水系統(tǒng)。盡量利用天然巖溶管道排水，集中出水及管道涌水應(yīng)設(shè)專管直接引入隧道中心溝。當(dāng)中心溝排水能力不足時，應(yīng)考慮增設(shè)泄水洞。全包防水段取消縱、環(huán)向盲管設(shè)置，二襯施工中預(yù)埋聚氯乙烯（PVC）管作為泄水孔以引排防水層及二襯之間的滯水，減少施工縫漏水造成的危害，并將側(cè)溝、中心溝、邊墻泄水孔及橫向排水管作為備用排水系統(tǒng)。溝槽、中心溝、側(cè)溝環(huán)向施工縫采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料進行防水處理。

3.3 結(jié)構(gòu)防排水方案

隧道二次襯砌采用防水混凝土，襯砌混凝土抗?jié)B等級不小于P12。為避免因隧道排水造成機場范圍地下水位變動引起地表沉降，隧道DK701+950～DK705+780段均采用全包防水，全環(huán)鋪設(shè)乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）防水板加土工布防水。變形縫處取消拱墻凸殼式排水板，增設(shè)0.5 m 寬雙面自粘型防水卷材。樁號DK701+950～DK705+780 段采用全包防水襯砌，不引排地下水，但仍保留側(cè)溝及中心溝。側(cè)溝通過Φ110 橫向PVC 排水管與中心水溝相連，橫向排水管縱向間距40 m。全包防水段取消縱、環(huán)向盲管，保留二襯泄水孔，作為防水層與二襯間的排水儲備。

4 防排水關(guān)鍵技術(shù)

4.1 全包段防水關(guān)鍵技術(shù)

4.1.1 防水系統(tǒng)

該隧道DK701+245～DK706+385 段隧道防水等級為一級，采用全封閉、不排水的全包式防水技術(shù)。隧道暗挖區(qū)間為Ⅰ級、Ⅴ級、Ⅴ級及Ⅵ級圍巖時，對復(fù)合式襯砌拱墻和仰拱初支內(nèi)側(cè)采取全環(huán)設(shè)置“乙烯共聚物改性瀝青（ECB）防水板”組合的防水形式，具體防水方法見表2。

表2 機場巖溶隧道防水措施

4.1.2 注漿堵水

隧道開挖后形成圍巖松動圈，內(nèi)部節(jié)理、裂隙有所擴展，因此作用在隧道襯砌上的外水壓力也會增大。此時，為降低圍巖襯砌外側(cè)水壓力，提高防水效果，增加圍巖止水圈的厚度，另對隧道周邊松動圍巖之間的裂隙展開注漿封堵處理。該機場隧道采取的主要注漿措施見表3。

表3 機場巖溶注漿工藝

4.1.3 排水系統(tǒng)

全包防水段隧道兩側(cè)拱底排水采用溝槽。溝槽施工由水溝電纜槽臺車進行，臺車包括行走系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。臺車每次最大澆筑長度為12 m，模架通過懸吊系統(tǒng)把模板懸掛起來，垂直油缸調(diào)整模板高度，側(cè)移油缸調(diào)整模板水平位置，再通過中隔定位器固定模板位置。施工前需首先完成臺車組裝和驗收，模板固定后，一次性整體澆筑混凝土。待溝槽結(jié)構(gòu)成型脫模后，移動到下一循環(huán)施工。溝槽臺車施工見圖1。

圖1 溝槽臺車施工

全包防水段隧道每相隔500 m 在隧道兩邊分別設(shè)置1 道橫向的半徑為50 mm 的 PVC 排水管，依次將滲水引流到隧道兩側(cè)的溝槽中。在隧道最低區(qū)域配備集水井和專用排水泵房，排水泵房借助橫向排水管與排水側(cè)溝串聯(lián)在一起，隧道防排水?dāng)嗝嬉妶D2。

圖2 隧道防排水?dāng)嗝媸疽鈭D（單位：mm）

4.2 穿越巖溶段關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1 巖溶水處理

隧道巖溶水的處理應(yīng)根據(jù)隧道巖溶發(fā)育特征、水流量和水質(zhì)特性，采取大疏、小堵、疏堵排相結(jié)合的處理措施。對大股流的巖溶水，必須結(jié)合勘測過程中預(yù)測的涌水量分析具體情況。對于可能出現(xiàn)漏水的區(qū)域，在隧道掘進時采取超前鉆孔的形式進行勘測，另外配置水泵抽水，此類巖溶水只可因勢利導(dǎo)，不可強堵。對于小股流的巖溶水，應(yīng)以排水管導(dǎo)流入側(cè)溝。當(dāng)確定隧道前方為富水充填型巖溶時，直接開挖易出現(xiàn)突水、突泥災(zāi)害，威脅施工安全。因此，采用全斷面超前帷幕預(yù)注漿進行堵水。若水量較小，采用開挖后再進行徑向注漿和局部注漿加固的方式處理。

4.2.2 溶洞處理

巖溶是可溶巖（如灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等）在溶解水的長期作用下形成的地質(zhì)現(xiàn)象，其中，溶洞處理主要采用回填加固措施，具體分為以下5 種情況。

（1）處理拱腰以上的小溶洞的工藝方案。采用回填處理，若溶洞為空腔，在距溶洞口2 m 處放一擋塊，噴射厚2 m 的C20 混凝土進行回填，按設(shè)要求及時完成初期支護，并預(yù)埋PVC 管引至初期支護表面，以排出溶洞的積水。具體詳見圖3。

圖3 拱腰以上的小溶洞處理示意圖

（2）處理隧道基礎(chǔ)及路面下小溶洞工藝方案。仍選取回填處理方式，采用M7.5 號漿砌片石回填，并且每隔2 m 設(shè)置1 處100HDPE 透水管，具體見圖4。

圖4 隧道基礎(chǔ)底部小溶洞處理示意圖

（3）處理邊墻小溶洞的工藝方案。假如隧道邊墻出現(xiàn)懸空，而且溶洞比較大的時候，不宜直接回填混凝土，而是回填M7.5 號漿砌片石，每隔2 m 設(shè)置一處100HDPE 透水管與中心水溝相連，具體見圖5。

圖5 邊墻小溶洞處理示意圖

（4）處理路基及路面下大型溶洞的工藝方案。如果隧道基礎(chǔ)底部出現(xiàn)體積較大的溶洞，可以在隧道里實施跨越處理方式，在隧道施工中，以梁跨越較多，且施工較為方便，處理方法見圖6。

圖6 基礎(chǔ)路面下大型溶洞處理示意圖（單位：cm）

（5）處理拱腰以上的大溶洞的工藝方案。主要針對隧道開挖面外溶洞發(fā)育深度大于2.0 m 的部位，當(dāng)溶洞內(nèi)無填充物（或充填物可清除）時，處理方案見圖7；當(dāng)溶洞內(nèi)有填充物且填充物不可被清除時，處理方案見圖 8。

圖7 拱腰以上大溶洞處理示意圖（溶洞內(nèi)無填充物或其可被清除時）

圖8 拱腰以上大溶洞（溶洞內(nèi)有填充物且不可被清除時）

4.2.3 隱伏巖溶處理

針對隱伏巖溶的處理應(yīng)在隧道開挖后，結(jié)合隱伏巖溶發(fā)育形態(tài)、規(guī)模、處理難度、處理時間等因素，必要時加強初期支護，為隱伏巖溶的探測和處理提供必要的時間與空間以保證安全。隧底隱伏巖溶應(yīng)根據(jù)其充填物性質(zhì)、溶洞尺寸、頂板厚度等特性綜合分析研判后，選取合理的處理措施。

5 結(jié)語與建議

本文以渝昆高鐵引入昆明樞紐工程地下巖溶隧道防排水工程為例，在全面調(diào)查、分析的基礎(chǔ)上，提出隧道防排水總體布置方案并總結(jié)全包段、巖溶段的防排水關(guān)鍵技術(shù)舉措。巖溶隧道的防排水施工應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計要求進行，同時采取動態(tài)設(shè)計的方式，發(fā)現(xiàn)巖溶條件變化時及時分析并反饋施工情況。還應(yīng)注重巖溶隧道在運行期的維護管理，采用先進管理模式，科學(xué)合理地對隧道防排水設(shè)施進行排查，確保隧洞防排水系統(tǒng)有效發(fā)揮作用。該套技術(shù)在巖溶隧道防排水治理中效果較好，具有良好經(jīng)濟與社會效益，可進一步推廣應(yīng)用。