山嶺隧道排水技術(shù)研究

李 鳴

（中交路橋建設(shè)有限公司，北京 101121）

1 雞鳴隧道工程概況

雞鳴隧道進(jìn)洞口坐落在重慶市城口縣婆子鄉(xiāng)梨坪村南西側(cè)斜坡處，出洞口位于重慶市城口縣雞鳴鄉(xiāng)雙岔河附近。進(jìn)洞口前緣為峽谷，僅有山路可勉強(qiáng)到達(dá)，出洞口斜坡底部設(shè)有村級(jí)公路可到達(dá)，距離約65 m。交通情況一般，洞身為陡峭山脊，僅局部地區(qū)有村級(jí)公路可到達(dá)。

隧址區(qū)位于大巴山弧與新華夏構(gòu)造體系的交接復(fù)合部位，斷裂構(gòu)造以逆沖斷層為特征。進(jìn)洞口段位于興隆坡-黃家?guī)r背斜北東翼陡崖中上部附近，洞口前緣為無(wú)名季節(jié)性沖溝，勘察時(shí)無(wú)水，溝底高程約827．50 m，進(jìn)口斜坡坡向約56°。出洞口位于一斜坡下部，斜坡下部為常年性河溝——雙岔河，勘察時(shí)沖溝流量約30 L/s，溝底高程約818．90 m。出洞口斜坡坡向約148°，坡角30°～48°，隧址區(qū)最高標(biāo)高位于K64+130山頂，標(biāo)高為2 030 m，最低標(biāo)高點(diǎn)位于隧道出口段沖溝溝底附近，標(biāo)高為818．90 m，相對(duì)高差達(dá)1 215．50 m，隧道最大埋深為1 140．05 m。隧址區(qū)山脊一帶植被較發(fā)育，以灌木為主，多基巖裸露，其他參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 雞鳴隧道主要參數(shù)

2 隧道涌水的主要類型

地下水是隧道工程中一個(gè)古老常見(jiàn)而又困難的問(wèn)題。它可能會(huì)延緩隧道施工開(kāi)挖的速度，同時(shí)也可能對(duì)隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定造成潛在危害[1]。因?yàn)橹袊?guó)特殊的地理位置和地勢(shì)地貌，故需要建造大量的運(yùn)輸隧道以保證正常的交通運(yùn)輸。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)隧道一直受到地下水的侵蝕時(shí)，會(huì)導(dǎo)致隧道漏水或襯砌坍塌等問(wèn)題。高水位條件下，會(huì)更為嚴(yán)重地破壞隧道結(jié)構(gòu)，因此地下水工程是隧道設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，且可能對(duì)隧道長(zhǎng)期進(jìn)行地下水排水帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。對(duì)于高水位隧道，如果像地鐵隧道那樣實(shí)施全面防水，其襯砌將不得不承受高水壓，這樣使得隧道設(shè)計(jì)變得困難[2]。當(dāng)隧道連續(xù)排水可能對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響時(shí)，應(yīng)采取與環(huán)境相適應(yīng)的控制排水措施[3]。

不論是現(xiàn)場(chǎng)施工階段或者是施工完成使用階段，地下水的涌入和滲漏都是困擾隧道施工的一個(gè)難題。一方面，隧道施工的一些最嚴(yán)重的災(zāi)害性事件都與從飽水巖體裂隙中涌入大量的地下水有關(guān)。例如，在臺(tái)北至宜蘭高速公路平陵隧道工程中，突然涌入的地下水流量高達(dá)750 L/s，這種情況會(huì)導(dǎo)致隧道掘進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致隧道掘進(jìn)機(jī)被破壞。因此，正確認(rèn)識(shí)隧道施工中的巖體涌水規(guī)律，對(duì)隧道線路和排水系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑焓鞘直匾?。另一方面，大多?shù)已完工的隧道都存在漏水現(xiàn)象，想要真正了解一個(gè)完全防水的隧道是非常困難的，因此，必須在地下工程綜合采取多種防水措施[5]。

隧道中的涌水可以歸結(jié)以下3種情況，見(jiàn)第143頁(yè)表2。

表2 隧道涌水的3種主要情況

隧道涌水的影響因素包括地下水位、排水范圍、含水?dāng)鄬雍蛶r體節(jié)理等，這些因素導(dǎo)致隧道周圍出現(xiàn)不同的水流狀態(tài)。如在地下水位較低的情況下，隧道周圍原有的孔隙壓力相對(duì)較小，而開(kāi)挖作業(yè)可能在較干燥的環(huán)境下進(jìn)行，這時(shí)地下水的開(kāi)采量比地下水位高的開(kāi)采量要少。因此，當(dāng)?shù)叵滤惠^低時(shí)，可以大大減少滲漏問(wèn)題。實(shí)際上，只要開(kāi)挖開(kāi)始，就有許多節(jié)理和裂縫容易使地下水流入隧道。

無(wú)論是地下水流失量還是隧道復(fù)合襯砌的水壓，控水限排水隧道均小于全排水導(dǎo)流隧道，且隨著隧道埋藏量的深度增加，兩種類型的差距更加明顯[4]。當(dāng)噴射混凝土施工質(zhì)量差、滲透性強(qiáng)時(shí)，全排水隧道的滲水量遠(yuǎn)大于控水限排水隧道，這時(shí)會(huì)導(dǎo)致大量地下水資源流失。當(dāng)噴射混凝土施工質(zhì)量好，滲透性弱時(shí)，全排水導(dǎo)流洞的滲流逐漸接近于堵水限排水隧道的滲流。然而，襯砌外水頭明顯大于堵水限排水隧道的襯砌外水頭，會(huì)對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。通過(guò)比較可以得出結(jié)論，全排地下水處理法是以更多的地下水資源為代價(jià)來(lái)獲得一定的襯砌外水頭減少效果，只有當(dāng)?shù)叵滤幌陆档剿淼赖撞坎⒉换謴?fù)，襯砌外水頭能否通過(guò)全排水法為零，勢(shì)必對(duì)地下水環(huán)境產(chǎn)生很大的負(fù)面影響?？嘏藕拖夼诺奶幚矸椒ㄊ且暂^少的地下水資源為代價(jià)，獲得顯著的襯砌外水頭減水效果。因此，對(duì)于水位以下埋深較大的隧道，應(yīng)優(yōu)先考慮控制排水和限排水防水類型或排水系統(tǒng)[6]。

參考目前隧道排水工程施工實(shí)例，有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)控制排水。第一種方法是在排水管道上安裝閥門和水壓測(cè)量裝置，當(dāng)水壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，閥門開(kāi)啟，釋放隧道周圍的地下水。該方法需要考慮襯砌等因素的承載能力，然后確定測(cè)量裝置的水壓力設(shè)定值。這種方法的缺點(diǎn)是閥門很容易生銹或堵塞，如廣州地鐵就發(fā)生了此種情況。第二種方法適用于高水位下的山嶺隧道，需設(shè)置灌漿區(qū)，以減少滲入隧道的排水量，并在襯砌后面要嵌入排水裝置，以減低襯砌的水壓。對(duì)于高水位隧道，采用可控排水方式是合理的選擇。對(duì)于這種方法同樣面臨的問(wèn)題是怎樣確定襯砌的防水壓力，在實(shí)際的工程案例和設(shè)計(jì)規(guī)范中還沒(méi)有參考案例。

3 雞鳴隧道排水施工措施

根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳的防水排水類型也很重要，隧道防水排水形式的選擇應(yīng)考慮地下水環(huán)境保護(hù)和隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全兩個(gè)方面。因此，在關(guān)注隧道施工后期地下水環(huán)境恢復(fù)的同時(shí)，有必要研究不同防水排水類型下隧道襯砌外水壓力的分布規(guī)律。眾所周知，中國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，尤其對(duì)于有山城之稱的重慶來(lái)說(shuō)，隨處可見(jiàn)的山丘也意味著有隨處可見(jiàn)的隧道。針對(duì)雞鳴隧道的實(shí)際工程特點(diǎn)和施工背景，隧道一直受到地下水的侵蝕，容易造成漏水和襯砌坍塌等問(wèn)題[2]。在高水位條件下，隧道結(jié)構(gòu)的破壞可能更為嚴(yán)重，排水是隧道設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

雞鳴隧道穿越大量暗河、地下水，且其地層巖性為透水巖層，極易發(fā)生滲透。雞鳴隧道附近發(fā)育有較大沖溝，東北側(cè)山脊地下水補(bǔ)給因在此處被阻斷而不能對(duì)隧址區(qū)進(jìn)行補(bǔ)給。隧道滲漏水主要是由于隧址區(qū)地下水補(bǔ)給面積較大，地下水下滲形成基巖裂隙水，其次是由于隧道附近地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育，為地下水提供了良好的滲漏通道，而傳統(tǒng)的隧道排水措施無(wú)法達(dá)到預(yù)定的排水效果。在中國(guó)許多隧道工程中，防水和排水必須按照中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。雞鳴隧道雖然采用了規(guī)范中建議的各種防水方法，但防水效果不理想，隧道易發(fā)生滲漏水，除了設(shè)計(jì)隧道防水膜、排水管等防水技術(shù)外，還根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況提出了其他相應(yīng)的防水方法。例如，采用探頭鉆探，為水侵提供早期預(yù)警。為了提高基坑掘進(jìn)的穩(wěn)定性，還采用了注漿固化巖層，提高整體水密性的方法。同時(shí)，采用改進(jìn)的光面爆破方法，減小了隧道附近的擾動(dòng)范圍[7]。

在雞鳴隧道施工中，為了能夠更好地提高排水性能，采用了一種新的集水系統(tǒng)——地下工程集水自粘系統(tǒng)，該系統(tǒng)由集水溝、自粘帶和排水孔三部分組成。集水溝由彈簧骨架、塑料膜、粘貼翼制成，用鋼絲加固。溝的橫截面為長(zhǎng)方形，大小為（50～200）mm×30 mm。為適應(yīng)巖石表面波動(dòng)，塑料薄膜厚度為1 mm，具有柔韌性；鋼絲直徑為3 mm，橫向鋪設(shè)在施工溝槽中，間距為70 mm。膠袋用環(huán)氧樹(shù)脂膠合到塑料薄膜上，再將膠袋固定在溝壁的頂部，上膠袋由纖維紙和上膠劑制成。在安裝集水系統(tǒng)時(shí)，溝槽被擠壓到巖石表面，覆蓋了含水裂縫。來(lái)自裂縫的水與粘合劑混合，這樣溝槽就可以粘附到巖石表面。同時(shí)采用鋼釘來(lái)協(xié)助安裝集水溝。地下水集中在溝渠，然后引導(dǎo)到縱向排水管，確保在引流過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)二次滲透。

采用該系統(tǒng)的目的是減少隧道滲漏量，通過(guò)這種排水系統(tǒng)可以提高集水率，讓隧道中大部分的滲水都能通過(guò)集水槽排入隧道內(nèi)的排水溝，大大減少了施工時(shí)和竣工后的滲漏量?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，新的集水系統(tǒng)安裝方便，可以有效解決雞鳴隧道的排水難題，達(dá)到理想的排水效果。該方法適用于有漏水或巖石破裂或節(jié)理涌水的巖石隧道[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路橋梁建設(shè)工程不斷擴(kuò)大，對(duì)于隧道的應(yīng)用也越來(lái)越多。傳統(tǒng)公路修建時(shí)遇山繞道而行，這種方式不但成本高，對(duì)周圍環(huán)境破壞嚴(yán)重，而且還會(huì)提高道路通行時(shí)間，帶來(lái)諸多不便。相比之下，隧道工程不僅可以減少對(duì)周圍環(huán)境的破壞，而且還能減少通行時(shí)間，對(duì)于緩解交通擁堵問(wèn)題也有一定的幫助，在提高土地利用率、緩解地面交通壓力、減少環(huán)境污染等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

本論文結(jié)合雞鳴隧道的實(shí)際情況，對(duì)雞鳴隧道施工階段和使用階段的涌水危害進(jìn)行了分析，并針對(duì)性地提出采用集水自粘系統(tǒng)來(lái)達(dá)到理想的排水效果，以解決隧道施工中出現(xiàn)的一些實(shí)際問(wèn)題，為其他的隧道排水措施研究提供參考。