某高鐵隧道防災救援通道排水方案研究

傅軍 遲學新

（中鐵二院工程集團有限責任公司 四川成都 610031）

0 引言

中國喀斯特地貌分布廣、面積大，主要分布在碳酸鹽巖出露地區，面積約91～130萬km2。其中以廣西、貴州和云南東部所占的面積最大，是世界上最大的喀斯特區之一。貴州地區的溶溝、峰林、溶蝕洼地、落水洞等是發育在以石灰巖和白云巖為主的碳酸鹽巖上的地貌，地下形態主要表現為溶洞。

隨著我國高鐵建設的飛速發展，隧道占線路長度的比例越來越大，穿越巖溶地區的隧道由于受勘察手段的限制，當地質勘察不準確遇到巖溶管道水時，通常采用引排的方式處理，以確保隧道結構及運營安全，當水量過大時，又可能導致既有結構排水能力不足的問題，本次介紹的為某高鐵隧道防災救援通道排水方案研究。

1 工程概況

某高鐵隧道位于貴州省關嶺～普安區間，雙線隧道，設計時速350km/h，左右線線間距為5.0m，全長接近12km，全隧設計為人字坡，是本線重點控制性隧道。

本隧為可溶巖隧道，可溶巖段占隧道總長的73.5%。并穿越7處斷層，地質條件極復雜。本隧共設置兩座橫洞及一座貫通平導，貫通平導設置于線路左線右側35m處。平導內凈空尺寸為5.6m（寬）×6.0m（高），平導坑底面較正洞軌面低約1.8m。預測隧道正常涌水量為91200m3/d，最大涌水量為177000m3/d。

本隧于2010年底開工建設，原設計、施工均未考慮其輔助坑道作為防災救援疏散工程使用，2012年原鐵道部發布《鐵路隧道防災救援疏散工程設計規范》后，設計單位研究編報了該隧道防災救援疏散工程方案，2014年中國鐵路總公司批復利用本隧道平導作為防災救援疏散通道，根據批復意見，該隧道利用貫通平導作為防災救援通道。故該平導需作為防災救援及運營排水功能使用。

2 現場情況

全隧以可溶巖地層為主，地表洼地、落水洞較發育，大氣降雨多沿坡面匯入洼地及落水洞注入地下巖溶管道排泄，勘察期間對該隧進行了水文地質專題評價工作，根據專題評價結論，隧道進出口段主要位于巖溶水垂直循環帶，洞身位于水平徑流帶或季節交替帶，地下水流向從線路右側流向左側，向左側北盤江及支流羅秧河排泄。隧道開挖揭示可溶巖局部隱伏巖溶較發育，主要為溶洞、巖溶裂隙、巖溶管道及溶蝕破碎帶，地下巖溶水發育，正洞出水段落共15處，主要出水點共6處，多為巖溶裂隙水及巖溶管道水，6處經水文觀測，各出水點平時水量相對較小，存在雨季水量暴增的隱患，且瞬間水量及水壓較大，水質渾濁。估算全隧最大涌水量Q=154×104m3/d，其排泄不暢易在暴雨季節直接威脅高鐵今后的運營安全。為保證隧道結構及運營期間安全，有必要設置泄水洞排泄。

為滿足運營期間地下水能得到有效排泄，發揮泄水降壓作用，保證隧道運營安全，隧道共增設4座泄水洞，增設集水廊道14處，將地下水引排至平導內排走。其中約147×104m3/d通過平導進口工區引排至洞外。

隧道穿越的可溶巖地層主要為三迭系中統楊柳井組（T2y）、三疊系中統關嶺二段（T2g2）、三疊系下統永寧鎮組第三、四段（T1yn3+4）、永寧鎮組一段（T1yn1），屬于巖溶中等至強烈發育地層。據野外調查，地表巖溶形態主要為巖溶洼地、落水斗、溶溝、溶槽、石芽、溶洞、溶蝕裂隙。

平導進口段在開挖期間，曾多處發生突涌泥、坍塌、變形、地表塌陷等問題，為確保施工安全，平導開挖期間其底部鋪設了鋼板、鋼架橫撐等強化支護措施。

平導洞口段排水坡度為7.5‰，按照最大涌水量計算，在洞口平緩段水深高出地面約70cm，且對平導底板及邊墻沖刷嚴重。按照《鐵路隧道防災救援工程設計規范》要求“疏散救援土建工程設施應按永久工程進行結構及防排水設計。用于疏散的通道，其地面應平整、穩固，無積水”，故不滿足防災救援相關要求，需對地下水引排進行相應處理。

3 處理方案

由于施工期間多處揭示管道水，導致引入平導內的地下水暴增，經過長期對既有平導襯砌結構的沖刷，已造成了嚴重的安全隱患，加上作為防災救援通道功能的相關要求，需要對地下水進行歸槽引排，為此，在建設單位組織下，設計單位結合現場實際情況分別研究了加深側溝、明溝、雙層立交排水方案，具體分述如下：

加深側溝方案：本方案最大處需要設置2m（寬）×1.8m（高）排水槽方可滿足排水要求，其開挖寬度達2.8m，開挖深度達2.2m，由于平導進口段開挖期間揭示地質條件極差，加之在部分段落平導底部鋪設鋼板、鋼架橫撐等，若要拆換，施工難度及施工安全風險都極高，并且工程投資較大，故排除了該方案。

圖1 加深側溝方案

明溝方案：采用明溝方案可減低施工風險，節約工程投資，由于平導寬5.6m，若設置排水槽后，防災救援通道剩余寬度約2.8m，嚴重影響防災救援，較大型特殊車輛基本無法通行。平導也作為運營排水通道，所有橫通道均設置水管將正洞地下引至平導，由于平導與正洞高差為1.8m，當最大水量工況發生時，平導內地下水存在倒灌至正洞的可能，危及運營安全，故排除了明溝方案。

圖2 明溝方案

雙層立交方案：通過設置雙層結構進行排水，并增設蓋板，下層為排水通道，上層為防災救援通道使用，底板及溝槽身采用混凝土澆筑，以防止沖刷，保護既有底板及平導邊墻襯砌，排水槽內沿縱向設置2處隔墻，將其分成3個排水通道，為防止地下水集中至某一通道，超出其排水能力，于兩隔墻底部沿墻身縱向間隔2m設置橫向過水孔，使三通道可以均勻排水，過水孔尺寸為20×20cm。通過雙層立交方案，即解決了排水要求，又滿足了防災救援功能需要，并降低了施工風險，如圖3所示。

圖3 雙層立交方案

為滿足運營排水及防災救援通道使用功能要求，結合施工安全性、難度、投資及現場實際情況，結合參建各方的意見，經過綜合比較，最終共同確定采用雙層立交方案。

4 結語

本次介紹的是兼顧施工風險、施工難度、施工效果的一種特定工況下地下水處理思路，在以后運用過程中，充分結合各自項目特點，合理選擇處理方案。在當今建設飛速發展中，如何去利用物探、鉆孔等綜合勘察手段，在巖溶地區盡可能去避開巖溶管道、暗河、大型溶洞、水平循環帶等不良地質，合理優化線路，在施工過程如何運用現有技術去降低施工風險等問題還需進一步研究。