淺談廣樂高速公路英德段中山頂隧道滲涌水的處治技術(shù)

盧樹奀

（廣東省南粵交通懷陽高速公路管理中心，廣東 廣州 510627）

0 引言

中山頂隧道進(jìn)、出口分別位于英德市橫石塘鎮(zhèn)、英城鎮(zhèn)境內(nèi)，該隧道左線（Z K166+332～Z K167+535）全長1 203 m，右線（Y K166+385～Y K167+530）全長1 145m，路線縱斷面設(shè)計(jì)為人字坡，進(jìn)口段約1 050m坡度為0.94%，出口段約140m坡度為-0.5%，洞身最大埋深204m。該隧道地層巖溶化程度高，溶蝕現(xiàn)象在地表以巖溶槽谷和串珠狀分布的溶蝕洼地、落水洞、漏斗等睡直溶蝕現(xiàn)象為特征，有利于降雨等進(jìn)行滲入式或注入式補(bǔ)給，在2013年施工期間該隧道Y K166+542～Y K166+579段開挖時(shí)曾遇連續(xù)大溶洞，Y K166+560～Y K166+580處3條施工縫大斷面出現(xiàn)滲漏水，經(jīng)過多年水壓力作用下，隧道頂巖溶洼地匯水與該段落巖溶呈貫通狀態(tài)，在2014年5月中旬持續(xù)暴雨作用下，造成該隧道Z K166+480～Z K166+990、Y K166+560～Y K166+580出現(xiàn)大面積滲漏水、涌水現(xiàn)象。因此，必須采取一種行之有效的處治技術(shù)，解決該隧道滲涌水問題，才得以保障隧道施工質(zhì)量和營運(yùn)期間安全。

1 工程概況

1.1 氣象

隧址區(qū)屬熱帶、亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受季風(fēng)影響，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，夏季濕熱，多臺(tái)風(fēng)暴雨，冬季干燥，有冷空氣襲擊，4～8月為雨季，降水量約占全年降水量的70%，10月至第二年2月為旱季，約占全年降水量的16%。多年平均氣溫20.9℃，多年平均降水量1 982.4mm，多年平均蒸發(fā)量1 666.7mm。

1.2 地形地貌

隧道區(qū)為巖溶峰叢洼地、谷地地貌區(qū)，隧道穿越兩山脊，兩山脊走向分別為40°、197°，最大脊頂高程分別為227.5m、271.6m。進(jìn)口段斜坡坡度緩、出口段斜坡相對(duì)陡，洞身最大埋深204m。隧址區(qū)為裸露型強(qiáng)巖溶化區(qū)，山體表面巖溶發(fā)育，可見多處巖溶洼地、漏斗、落水洞、溶溝、石芽等巖溶現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，自然斜坡坡體較穩(wěn)定。

隧道進(jìn)口位于呈弧形斜坡坡腳處，坡向296°～335°，斜坡為切向坡，多處見基巖出露，上覆土層厚度約0.5～2.0m，巖溶發(fā)育，斜坡坡度上陡下緩，坡角15～38°，隧道進(jìn)口處的斜坡坡向與隧道設(shè)計(jì)軸線方向近平行，坡面植被發(fā)育，多為竹林及灌木。

隧道洞身段發(fā)育有多處巖溶漏斗及落水洞，K166+600處左、右兩側(cè)巖溶極為發(fā)育，發(fā)育有3個(gè)巖溶漏斗及1個(gè)落水洞，巖溶漏斗平面形態(tài)多呈圓形及橢圓型，直徑15～25m，深度6～15m，底部較平緩，均可見消水洞；落水洞洞口呈圓形，直徑約0.5～1.0m，可見深度約10～15m。K166+800～K166+920段左側(cè)125m處發(fā)育有巖溶洼地，平面形態(tài)呈近圓型，地面高程149.3～150.90m，底部平緩，未見明顯的消水通道。K166+910～K167+500段右側(cè)20～420m發(fā)育有巖溶洼地，平面形態(tài)呈葫蘆型，長軸方向?yàn)?95°，地面高程100.10～109.65m，底部平緩，植被較發(fā)育，其間有鄉(xiāng)村土路，在其北側(cè)端可見一較大的消水洞。K167+400～K167+480段右側(cè)85m處發(fā)育有巖溶洼地，平面形態(tài)呈近似橢圓型，長軸方向?yàn)?25°，地面高程127.30～127.8m，底部平緩植被發(fā)育，未見明顯的消水通道。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

路線區(qū)地理位置位于粵北山區(qū)和珠江三角洲的過度地帶，經(jīng)歷了加里東、華力西——印支、燕山及喜山構(gòu)造階段多次和多種性質(zhì)的地殼活動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜。路線區(qū)位于粵北凹褶束與連龍凹褶束之交接處，褶皺、斷裂都較突出。

1.4 地層巖性

據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪及鉆探揭露，隧址區(qū)的地層上覆為第四系殘坡積層（Q4el+d l）粉質(zhì)粘土夾碎石，下伏基巖為泥盆系上統(tǒng)天子嶺組（D3t）灰?guī)r。

1.5 水文地質(zhì)特征

根據(jù)該隧道區(qū)地層巖性、巖石組合關(guān)系及其水文地質(zhì)特征，本區(qū)地下水主要為構(gòu)造裂隙水和碳酸鹽類巖溶水。

碳酸鹽巖巖溶水分布于整個(gè)隧址區(qū)，地下水富水性主要受降水和巖溶發(fā)育程度制約，巖溶化程度愈高，含水巖組地下水富水性愈好。碳酸鹽巖巖溶水以承壓管道水、裂隙水為主，由進(jìn)口右側(cè)山體底部坡腳處的間歇性巖溶上升泉S1、S2出露地表，據(jù)訪問和初勘資料推測(cè)最大泉流量為3 000m3/d。構(gòu)造裂隙水主要賦存于由F3斷裂破碎帶的碎裂巖及斷裂影響帶受擠壓破碎巖體組成的含水巖組中，斷裂構(gòu)造破碎帶及其影響帶中巖石破碎，完整性差，裂隙發(fā)育，該類地下水接受大氣降水補(bǔ)給后，具有順斷層裂隙匯集、運(yùn)移特點(diǎn)。以巖溶裂隙、孔隙水類型為主，由進(jìn)口右側(cè)山體底部坡腳處的間歇性巖溶下降泉S3出露地表，推測(cè)最大泉流量為650m3/d。

對(duì)進(jìn)口段附近井水取地下水樣分析結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)地下水對(duì)混凝土無結(jié)晶類腐蝕、結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕、分解類腐蝕。采用降水入滲法進(jìn)行涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算表明，隧道最大涌水量6 830m3/d，正常涌水量為2 670.86m3/d。

在縱剖面 K166+420～K166+450段、K166+520～K166+555段和K166+835～K167+050段在遭遇連續(xù)的強(qiáng)降雨時(shí)，產(chǎn)生突水突泥、巖溶塌陷、冒頂?shù)目赡苄暂^大，其預(yù)測(cè)最大涌水量為6 830.0m3/d。

2 原設(shè)計(jì)防排水情況

隧道防排水按“防排截堵相結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

隧道洞身防水是在二次襯砌與初期支護(hù)之間鋪設(shè)無紡布和1.5 mm厚單面自粘式E C B防水卷材組成復(fù)合防水層，在施工縫和沉降縫位置通過背貼式止水帶和E型橡膠止水帶或止水條加強(qiáng)防水，二次襯砌混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)不小于S10；

隧道襯砌排水是在襯砌拱背防水層與噴射混凝土層之間設(shè)縱環(huán)向盲溝?？v向盲溝設(shè)在邊墻底部，沿隧道兩側(cè)，全隧道貫通。環(huán)向盲溝沿隧道拱背環(huán)向布設(shè)，每10m一道，在邊墻腳與縱向盲溝相連。在遇有地下水較大的地段或有集中滲水地段則加密環(huán)向盲溝。襯砌背后的地下水通過環(huán)向盲溝、無紡布匯集到縱向盲溝以后，通過每10m一道（雙側(cè)）布置的橫向排水管，將地下水引入側(cè)溝排出洞外。

洞內(nèi)路緣邊溝主要排放消防及清洗水，使地下水和污染水分離排放。

隧道路基下設(shè)縱、橫向排水管排除路基下方滲水，消除地下水對(duì)路面結(jié)構(gòu)的破壞。橫向排水管按5～10m縱向設(shè)置，縱向排水管設(shè)置3道，縱橫向排水管通過三通相連，橫向排水管與下坡側(cè)側(cè)排水溝連通。

對(duì)于隧道與溶洞相交、相鄰的處治，根據(jù)原不良地質(zhì)處治設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

隧道內(nèi)路面?zhèn)扰潘疁?.6m寬、0.45m深，經(jīng)計(jì)算單洞雙側(cè)排水溝過水能力約47 693m3/d。

3 隧道內(nèi)滲涌水情況及原因分析

在經(jīng)過2014年4月連續(xù)不斷的中雨，尤其是5月連續(xù)近二十天的暴雨作用下（據(jù)廣東省三防信息網(wǎng)報(bào)道：2014年5月17日至23日，清遠(yuǎn)市平均降雨量為352.4mm，是歷史同期的4.1倍；英德市水務(wù)網(wǎng)、三防簡報(bào)[2014]第10期報(bào)道：2014年5月23日1時(shí)～10時(shí)，英德市出現(xiàn)歷史罕見特大暴雨，降雨量為184mm），左洞進(jìn)口端Z K166+480～Z K166+535段襯砌面左側(cè)拱腰出現(xiàn)滴水、Z K166+535～Z K166+560段施工縫及襯砌面左側(cè)出現(xiàn)小股流水，Z K166+880～Z K166+990施工縫拱頂出現(xiàn)小股流水，其中Z K166+955大斷面漏水，呈瀑布狀。右洞 Y K166+560、Y K166+570和 Y K166+580斷面施工縫拱頂、右側(cè)拱腰大斷面漏水，呈瀑布狀。因涌水量過大，造成左洞進(jìn)口端Z K166+332～Z K166+685外側(cè)檢查井均出現(xiàn)冒水，左洞洞口段路面漫流（經(jīng)現(xiàn)場“四方”目測(cè)：左半幅（寬約7m）基本處于漫流范圍，路面左側(cè)靠路緣邊溝處、即路面橫坡低處水深約 15 cm，流速約 1 m/s，估算約43 000m3/d）、右洞洞口段水溝接近滿溝等情況。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工單位等“四方”多次現(xiàn)場踏勘探討，分析由于在異常氣候、水文、地質(zhì)等多種復(fù)雜因素作用下，現(xiàn)有防排水系統(tǒng)的功能受到影響，使其與匯入隧道內(nèi)的水量匹配度不夠，導(dǎo)致上述情況發(fā)生。

4 處治方案設(shè)計(jì)

4.1 原則

以排為主，疏、導(dǎo)、堵相結(jié)合，綜合治理[1]。

4.2 處治方案

4.2.1 施工縫滲漏水段

（1）在滲漏水嚴(yán)重的施工縫拱墻位置徑向打3個(gè)1.5m深（傾斜向上約15°）?89孔泄水。

（2）需處治的施工縫左洞范圍大致為：Z K166+480～Z K166+560、Z K166+880～ Z K166+990，右洞施工縫Y K166+560～Y K166+580。對(duì)全斷面呈大面積滲漏水的施工縫（含沉降縫）全環(huán)鑿槽引排，左線17道、右線3道（根據(jù)調(diào)查暫定）；對(duì)拱腰及其以下部位滲漏水的施工施工縫（含沉降縫）局部鑿槽引排，右線5道、左線6道（根據(jù)調(diào)查暫定），具體如圖1～圖4所示。

圖1 拱墻局部鑿槽埋管引排設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

圖2 拱墻局部鑿槽埋管引排設(shè)計(jì)A-A剖面圖（單位：mm）

圖3 拱墻全環(huán)鑿槽埋管引排設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

圖4 拱墻全環(huán)鑿槽埋管引排設(shè)計(jì)B-B剖面圖（單位：mm）

（3）處治措施、施工工序、注意事項(xiàng)

a.隧道滲漏水調(diào)查、分析，確定處治部位，探明襯砌鋼筋及拱架的分布情況；b.在滲漏水嚴(yán)重處按環(huán)向間距2m向圍巖內(nèi)打1.5 m深Φ89 mm的徑向泄水孔，孔內(nèi)塞入起反過濾作用的Φ80mm塑料盲管，盲管外端用16#鐵絲環(huán)向扎緊封閉，鉆設(shè)徑向泄水孔時(shí)應(yīng)避開襯砌鋼筋或型鋼；c.在二襯表面沿泄水孔兩側(cè)按設(shè)計(jì)尺寸開鑿豎向（或環(huán)向）凹槽安裝帶；d.在鑿槽內(nèi)埋設(shè)2/3剖Φ125mm H D P E排水管，采用U形卡和M8膨脹螺絲固定排水管，間距50 cm，安裝時(shí)先拱部、后兩側(cè)的順序。e.在管壁外側(cè)沿開槽內(nèi)壁斜向植筋對(duì)拉，以加強(qiáng)對(duì)排水管的固定，植筋環(huán)距50 cm；f.在拱頂及水量大、水壓強(qiáng)、拱腳拐彎處根據(jù)實(shí)際情況加密固定膨脹螺絲和植筋，確保排水管固定牢靠；g.在埋管外側(cè)及溝槽兩側(cè)涂刷界面膠，然后再充填M30防水砂，抹至與襯砌混凝土表面齊平。變形縫部位，待防水砂漿有一定強(qiáng)度后，沿變形縫割縫，以作隧道變形之用。

4.2.2 左線進(jìn)口端ZK166+332～ZK166+932范圍內(nèi)（距離洞口600 m）

（1）為了迅速疏導(dǎo)兩側(cè)排水溝、尤其是外側(cè)水溝的水流，在偏向外側(cè)水溝的車道標(biāo)記線正下方增設(shè)中心排水溝（現(xiàn)澆），水溝過水面積約1.5m2（過水能力約271 860m3/d）。中心水溝檢查井縱向間距50m/個(gè)。檢查井蓋板（預(yù)制）頂面抬升至瀝青面層底面，蓋板頂面采用瀝青面層覆蓋（10 cm厚）。

（2）為了達(dá)到迅速疏導(dǎo)邊溝涌水的排水效果、減小路面結(jié)構(gòu)因過多開槽可能引起的潛在路面沉降風(fēng)險(xiǎn)機(jī)率，在中心排水溝與側(cè)排水溝間分區(qū)、分段增設(shè) ?200H D P E橫向排水管將兩者連通。設(shè)置原則：從進(jìn)洞口150 m處開始向洞內(nèi)增設(shè)；往后每隔100～24 m一道。中心水溝左側(cè)（橫坡低的一端）橫向排水管密一些，中心水溝右側(cè)（橫坡高的一端）橫向排水管局部相對(duì)稀疏一些。對(duì)側(cè)排水溝內(nèi)水流可能滿溝段，如側(cè)排水溝內(nèi)距離洞口范圍150 m內(nèi)和富水段應(yīng)局部加密橫向排水管。

（3）圖5～圖8適用于左線進(jìn)口端Z K166+332～Z K166+932（距離洞口 600m），其中：Z K166+454～+488、Z K166+524～+535、Z K166+553～+886 為無仰拱段（合計(jì) 378 m）；Z K166+332～+454、Z K166+488～+524、Z K166+535～+553、Z K166+886～+932為有仰拱段（合計(jì)222m）。

圖5 增設(shè)中心水溝設(shè)計(jì)圖（有仰拱）（單位：mm）

圖6 中心水溝大樣圖（有仰拱）（單位：mm）

圖7 增設(shè)中心水溝設(shè)計(jì)圖（無仰拱）（單位：mm）

圖8 中心水溝大樣圖（無仰拱）（單位：mm）

4.2.3 右線進(jìn)口端YK166+332～YK166+585范圍內(nèi)（距離洞口200 m）

（1）取消該段Ω型路緣邊溝，重新施作側(cè)排水溝，水溝蓋板頂面抬升至瀝青面層底面具體如圖9～圖10所示。

圖9 右線進(jìn)口端排水邊溝改造設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

（2）為保證行車安全，改造后側(cè)排水溝和蓋板要加強(qiáng)配筋設(shè)計(jì)。

4.2.4 左線洞口處水溝與洞外水溝

由直角改為小角順接，以確保洞內(nèi)水流汛速暢達(dá)洞外，如圖11所示。

4.2.5 對(duì)水溝內(nèi)有淤積堵塞的地方

及時(shí)進(jìn)行清淤疏通，對(duì)隧道襯砌表面有輕微、少量滲漏水或拱頂注漿孔出水的地方及時(shí)修補(bǔ)。

5 結(jié) 論

（1）該隧道地層泥盆系上統(tǒng)天子嶺組（D3t）灰?guī)r和洼地第四系堆積物，不存在較為明顯的隔水層，地下水統(tǒng)一接受大氣降水入滲，由于該隧道采用以排為主，疏、導(dǎo)、堵相結(jié)合，綜合治理的原則，通過采取鑿槽引排、增設(shè)中心排水溝滲漏處治技術(shù)措施，使得原有的地下水系統(tǒng)發(fā)生了分裂，即F3斷裂破碎帶東西兩部分地下水系統(tǒng)交匯部位形成了一個(gè)新的以該隧道為集中排泄的子系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)查估測(cè)為2 L/s，增加了地下水系統(tǒng)的排泄，使得該滲漏水、涌水問題得以有效解決[2]。

（2）該隧道經(jīng)通車營運(yùn)4 a以來，洞口兩側(cè)排水溝通暢，洞頂山體完好，洞頂及洞口周邊植被發(fā)育良好，經(jīng)2018年對(duì)該隧道洞口、洞身、路面及附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢查，沒有發(fā)現(xiàn)影響行車安全的病害[3]。

圖10 右線進(jìn)口端排水邊溝改造大樣圖（單位：mm）

圖11 進(jìn)口端左線洞外路基段排水溝銜接平面圖（單位：mm）