運(yùn)營高鐵隧道滲漏水整治實(shí)例分析

秦 濤

(中國鐵路武漢局集團(tuán)有限公司麻城工務(wù)段，湖北麻城 438300)

1 概述

目前我國高鐵建設(shè)速度迅猛，隧道工程建設(shè)比例越來越大，修建隧道過程中破壞了山體原始的水系統(tǒng)平衡，隧道成為所穿過山體附近地下水集聚的通道。當(dāng)隧道圍巖與含水地層連通，而襯砌的防水及排水設(shè)施、方法不完善時(shí)，就必然要發(fā)生隧道滲漏水。隧道滲漏水不僅會(huì)導(dǎo)致隧道襯砌損壞，降低隧道的使用年限，惡化隧道環(huán)境，而且還會(huì)降低隧道設(shè)備使用壽命，甚至影響行車安全。因此，合理快速的整治高鐵隧道滲漏水問題至關(guān)重要。

2 整治方法

對(duì)于排水型隧道，滲漏水整治采用以排為主、防排結(jié)合、綜合整治的原則。對(duì)于排水盲管失效、中心管溝疏干排水功能缺失等病害，疏通盲管或增設(shè)邊墻、底板泄水孔，重新打通排水通道，將水沿給定通道引入側(cè)溝、中心溝進(jìn)行排泄；對(duì)于拱頂滲水，為避免直接泄水引起接觸網(wǎng)故障，在拱頂部位采用封堵措施，在拱腳處增設(shè)泄水孔引水；對(duì)于巖體破碎的斷層破碎帶、淺埋地段，采用徑向注漿方式進(jìn)一步降低滲透系數(shù)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某高鐵隧道位處剝蝕中低山區(qū)，隧道全長13 256 m，隧道最大埋深約530 m。隧道洞身地段溝谷地表水發(fā)育，整個(gè)隧道以二長花崗巖為主，巖性完整，全隧道初期支護(hù)與二次襯砌間拱墻鋪設(shè)EVA防水卷材加土工布防水；全隧道防水卷材背后環(huán)向設(shè)置塑料盲管。隧道內(nèi)排水采用雙側(cè)溝和中心管溝的方式。側(cè)溝主要用于匯集地下水，并將地下水引入中心管溝(防排水設(shè)計(jì)見圖1)。中心管溝主要用于排水，同時(shí)中心管溝設(shè)置花管及外側(cè)反濾層，用于匯集道床頂部積水，疏干底板下積水。

2016年以來，隧道出現(xiàn)二襯及底板滲水現(xiàn)象。二襯表面有白色析出物，將嚴(yán)重影響二襯結(jié)構(gòu)的耐久性，個(gè)別地段拱頂滲水，易造成接觸網(wǎng)短路；底板滲水使道床板與底板間產(chǎn)生離縫，在列車動(dòng)載作用下，板間細(xì)顆粒不斷析出，加速離縫發(fā)展，使道床板與底板脫空，影響線路穩(wěn)定性。本次選取400 m作為試驗(yàn)段進(jìn)行滲水病害整治，試驗(yàn)段兼具邊墻、底板滲水兩種病害，并含有1條斷層破碎帶，圍巖也分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等多種等級(jí)，試驗(yàn)段代表性較強(qiáng)。

圖1 隧道側(cè)溝排水設(shè)計(jì)

3.2 滲水原因分析

通過對(duì)試驗(yàn)段滲水位置、側(cè)溝、中心溝、盲管、施工縫等關(guān)鍵部位的調(diào)查，分析得出滲漏水的原因如下。

(1)400 m試驗(yàn)段范圍內(nèi)，盲管上鈣化凝結(jié)嚴(yán)重，上下行邊墻環(huán)向排水盲管全部失效，在較高水壓作用下，水只能沿排水板接縫、施工縫等薄弱環(huán)節(jié)滲漏。

(2)試驗(yàn)段范圍內(nèi)存在Fd3桃李沖-張廣河斷層，帶寬10～30 m，帶內(nèi)構(gòu)造裂隙水發(fā)育，地表發(fā)育為沖溝，雨季有溪流穿行，該段最小埋深僅為25 m，使得地層水力連通，為滲漏提供補(bǔ)給源。

(3)Ⅱ級(jí)圍巖中心管溝花眼及兩側(cè)反濾層施工不到位。經(jīng)調(diào)查，中心管溝兩側(cè)超挖部分均采用混凝土回填，而非砂卵石反濾層，暗埋中心管溝未設(shè)置花眼，致使找平層或底板下地下水引排不暢，中心管溝無法起到疏干底板下積水的作用。

(4)側(cè)溝被垃圾、鈣化堵塞嚴(yán)重，水位較高，水沿側(cè)溝裂紋向軌道板方向滲漏。

3.3 試驗(yàn)段底板及二襯滲漏水整治措施

考慮到花崗巖整體完整、巖質(zhì)堅(jiān)硬的特性及滲漏水整治原則，試驗(yàn)段以泄壓孔的方式泄水減壓。

(1)泄水減壓。工作內(nèi)容包括清理疏通既有排水系統(tǒng)、施做減壓孔。考慮到開始階段水頭較高，為避免底板鉆孔泄水直接噴射至接觸網(wǎng)，先采用邊墻泄水孔降低水頭，再采用底板或中心管溝泄水孔，進(jìn)一步降低水位至無砟軌道板以下，泄水減壓示意見圖2。

圖2 泄水孔順序示意

①清理疏通既有排水系統(tǒng)。隧道無砟軌道底板滲水整治施工開始前，對(duì)隧道既有排水系統(tǒng)進(jìn)行清理疏通，確保排水通暢。主要清理內(nèi)容有：側(cè)溝清理、環(huán)縱向盲溝清理、橫向排水管清理、中心管溝清理等，并同時(shí)對(duì)隧道側(cè)溝轉(zhuǎn)角處鑿毛和M10水泥砂漿勾縫。

②邊墻泄水孔。在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖、有仰拱的滲水區(qū)段，結(jié)合側(cè)墻上滲水點(diǎn)，斜向上布引水孔，泄水孔分上下行兩排布置，縱向間距8～10 m；Ⅱ級(jí)圍巖地段邊墻存在滲水地段，也布置邊墻泄水孔。所有鉆孔均采用取芯鉆探，泄水孔兼做勘探孔。為盡力降低圍巖外水頭高度，引水孔布置在側(cè)溝上側(cè)50～100 cm，鉆孔直徑50 mm，長度為進(jìn)入圍巖不小于50 cm。成孔后孔內(nèi)插入φ32 mmPVC花管(外包無紡布)，將水引至排水槽，通過排水管引入水溝。排水槽內(nèi)埋設(shè)φ50 mm圓形PVC管，再用鋼卡固定后，用速凝型無機(jī)防水堵漏劑封堵填充，外刮涂兩層滲透結(jié)晶型防水涂料。

③底板泄壓孔。由于Ⅱ級(jí)圍巖地段巖體完整，且不存在仰拱，因此該地段采用在底板處直接泄水方案。底板泄水孔結(jié)合底板裂縫布置，裂縫不明顯地段間距2 m，分中心溝左右側(cè)交錯(cuò)布置，Ⅱ級(jí)圍巖底板泄水孔見圖3。

圖3 底板泄水孔施工

④集水井泄水孔。在集水井內(nèi)施工泄水孔，進(jìn)一步降低圍巖內(nèi)水頭。通常情況下，虛渣分布于仰拱外側(cè)，在水頭較高的情況下，鉆穿仰拱易產(chǎn)生突涌，虛渣涌出，造成仰拱外側(cè)空虛，甚至產(chǎn)生沉降。因此，集水井泄水孔應(yīng)在邊墻泄水孔充分泄壓的情況下，并預(yù)備鋼花管(外側(cè)纏繞土工布)應(yīng)急，成孔后，將鋼花管插入孔內(nèi)，用鐵錘將其夯實(shí)。

(2)拱頂滲水注漿封堵。為避免拱頂直接泄水引流引起接觸網(wǎng)故障，在拱頂采用封堵措施。采用水泥基灌漿料或AB膠，注漿壓力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗(yàn)確定。

3.4 整治效果分析

(1)邊墻泄水孔效果分析。邊墻泄水孔實(shí)施后，二襯滲水明顯好轉(zhuǎn)。邊墻泄水孔初見水量約150～600 ml/s，呈噴射狀，水質(zhì)清澈，無泥沙，穩(wěn)定流量為10～90 ml/s不等，以破碎帶Ⅴ級(jí)圍巖地段穩(wěn)定流量最大。底板泄水孔實(shí)施前，邊墻泄水孔穩(wěn)定水位為93～255 cm(以底板標(biāo)高為±0)，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段水頭仍較高。

試驗(yàn)段范圍內(nèi)盲管全部失效，水無法通過正常途徑滲透，特別是Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段為斷層破碎帶，巖體破碎，富水量大，且接受地表溝渠徑流補(bǔ)給，因此初見水量、水壓均較大。Ⅲ級(jí)及部分Ⅳ級(jí)圍巖地段，邊墻泄水孔穩(wěn)定水位在93～107 cm，即該水位為泄水孔距離道床板頂面的高度，表明圍巖中臨近隧道水位已降至泄水孔高度。K666+082～K666+114段測量時(shí)水位較高的，原因?yàn)樵诙氯鏊诘那闆r下，個(gè)別Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段穩(wěn)定水位仍較高，相鄰泄水孔水頭差異大，表明圍巖中縱向水力聯(lián)系差，或相鄰兩個(gè)泄水孔水源為不同的裂隙。因此在該區(qū)域應(yīng)增加底板、集水井泄水孔，進(jìn)一步降低水頭高度，水位、流速與圍巖關(guān)系見圖4。

圖4 下行線穩(wěn)定測速、水位與圍巖級(jí)別關(guān)系

(2)集水井及中心管溝泄水孔效果分析。集水井及中心管溝泄水孔進(jìn)一步降低圍巖水位，同時(shí)該鉆孔兼做勘探孔，進(jìn)一步查明仰拱外圍巖情況。其實(shí)施后，穩(wěn)定水位為-60～-130 cm，穩(wěn)定水量33～59 ml/s，同時(shí)邊墻孔流量進(jìn)一步減小，出水清澈，無雜質(zhì)。巖芯及出水情況表明仰拱底部巖體風(fēng)化輕微，無粉屑狀虛渣。

(3)Ⅱ級(jí)圍巖底板泄水孔效果分析。底板泄水孔布設(shè)在裂縫及有水滲出的位置，并連通中心管溝。水流通過底板與找平層之間的縫隙滲流至泄水孔，有效地將Ⅱ級(jí)圍巖水位降至底板底面以下。

(4)拱頂滲水點(diǎn)封堵。部分拱頂滲水點(diǎn)在邊墻及底板泄壓孔實(shí)施后，立即干涸；個(gè)別仍有少量滲水的，采用采用注膠方法對(duì)滲水點(diǎn)、施工縫封堵后，效果良好。

三種泄水孔及拱頂封堵實(shí)施后，二襯滲水點(diǎn)全部消失，兩線間浸水面積由整治前450 m2縮小至20 m2，個(gè)別Ⅱ級(jí)圍巖地段底板有少量浸漬。

4 結(jié)束語

(1)隧道原有排水系統(tǒng)失效是造成隧道二襯及底板滲漏水的主因。環(huán)向及縱向盲管在整個(gè)隧道排水系統(tǒng)中作用關(guān)鍵，但其相對(duì)脆弱，易在高礦物質(zhì)水體中產(chǎn)生堵塞，且疏通困難。因此在施工階段，應(yīng)結(jié)合水體硬度及泥沙含量，選擇眼孔較大的彈簧軟管作為盲管，降低堵塞概率。

(2)對(duì)于非可溶鹽隧道因原排水系統(tǒng)失效引起的滲漏水病害，整治以排為主，在拱腳、底板、中心溝等位置重新開辟排水通道。泄水孔優(yōu)先選擇在可以直接向洞外排泄的邊溝及中心溝內(nèi)實(shí)施，但為避免因水壓過大，直接向上噴射泄水引起接觸網(wǎng)故障，應(yīng)先在邊墻施工部分泄水孔進(jìn)行減壓。

(3)泄水孔應(yīng)設(shè)置反濾系統(tǒng)，且底板及中心管溝內(nèi)反濾系統(tǒng)宜采用活接可更換方式，便于日后維護(hù)。

(4)Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段巖體相對(duì)破碎，泄水孔滲透半徑大，泄水作用明顯；但Ⅱ級(jí)圍巖地段，巖體完整，僅有裂隙為滲水通道，對(duì)于泄水孔的精準(zhǔn)度要求高，只有泄水孔正中裂隙位置才能起到泄水效果。因此，Ⅱ級(jí)圍巖地段泄水孔施工應(yīng)結(jié)合建設(shè)期滲水記錄，有的放矢。

(5)本試驗(yàn)段針對(duì)隧道滲漏水采用泄水減壓為主的整治方法，取得了較好的效果，但對(duì)失效盲管的排水功能修復(fù)等頑疾仍束手無策。在今后隧道的設(shè)計(jì)、施工過程中，應(yīng)重視防排水系統(tǒng)的耐久性和可修復(fù)性，以期便于日常維養(yǎng)，確保運(yùn)營安全。