高鐵隧道突水病害綜合整治方案

劉彌

摘要：現階段，在社會發展下，我國的各個領域不斷進步。根據某既有高鐵隧道突水病害綜合整治實例，使用瞬變電磁法和地質雷達法對病害段落進行綜合物探，通過區域巖溶地下水系統分析及隧道巖溶水徑流分析溶巖隧道突水成因，展開對巖溶管道探明及下穿既有高鐵隧道順坡排水廊道等整治措施的研究，達到隧道兩側突水整治的目的。現場通過整治達到了預期的效果，可為同類工程提供參考。

關鍵詞：可溶巖隧道;下穿既有高鐵;兩側突水;排水廊道

引言

近年來，我國高鐵隧道規模不斷增加，并且在高鐵建設當中角色越來越凸顯。同時高鐵隧道受工程地質、水文地質及自然因素等條件的影響，導致隧道在運營過程中各種病害開始不斷暴露。根據調查統計，隧道病害中襯砌滲漏水病害較為常見，而且造成的危害非常大，已經引起越來越多相關學者的關注。探討高鐵隧道襯砌滲漏水病害的成因;并且探討隧道襯砌注漿技術在實際工程中的應用，為今后的高鐵隧道襯砌滲漏水病害處治提供參考。

1概述

突泥突水超前預報對于復雜地質結構的隧道施工至關重要，尤其對富水地區在建鐵路隧道項目，可以有效避免突泥突水問題對隧道施工的致命影響，減少由此帶來的人員傷亡、機具設備毀損事故，降低施工風險。當前地質超前預報物探法中，地震波反射法以預報距離長、工作效率高、便攜等優點被廣泛應用。該方法能有效預報構造類病害（斷層破碎帶、溶洞溶腔），但無法對流體類病害（富水帶/突泥突水）進行有效預報，使地震波反射法類的設備預報能力受到局限。在此背景下，近年引進俄羅斯TGS360Pro地質超前預報系統（簡稱TGS360Pro系統），在地震波反射成像技術的基礎上，加入以巖體動力學屬性為研究對象的動態流體分析法（DFM），該方法能對流體類病害進行有效預報，擴展了地震波反射法對隧道地質超前預報的預報能力，實現全面預報斷層破碎帶、溶腔溶洞、富水帶/突泥突水3類主要地質病害。該方法的激震方式以錘擊為主，既適用于鉆爆法施工，也適用于隧道掘進機施工;傳感器既可布置在掌子面，也可布置在邊墻。同時，系統數據處理智能化，20min即可完成處理過程。TGS360Pro系統除通常預報構造類地質病害外，其技術獨特性為：在流體預測中獨具一套非地震解釋技術的解譯方法，通過建立巖體動力學模型而研發的DFM，根據反射波屬性建立圍巖應力梯度變化的根本關系，從而解決對水富集的預報。該方法獲得3項美國專利，并在大量應用案例中得到驗證。

2高鐵隧道突水病害綜合整治方案

2.1斷面尺寸、襯砌結構、支護措施及施工方法

結合現場機具設備的配置情況和施工方法，廊道內凈空尺寸為3.8m×3.5m（寬×高），采用C35鋼筋混凝土模筑襯砌。廊道臨近既有運營隧道施工，既有線40m范圍內采用機械開挖，單臂掘進機施工，40m范圍外采用控制爆破開挖，爆破振速按3.5cm/s控制。下穿正洞段設置管棚工作室，采用一環30m長φ108大管棚超前支護注漿加固拱部巖柱，廊道每開挖0.6m應立即施作錨網噴初期支護，并及時架立型鋼鋼架加強支護，澆筑二次襯砌。根據正洞出水情況，設置集水鉆孔將正洞拱頂及巖溶管道地下水引入廊道排走。

2.2凍脹作用

隧道內溫度較低，水長期結冰凍脹導致施工縫及伸縮縫處封水材料張開或脫落，水流入后沿二襯外保溫層漫流至整個二襯及保溫層之間，導致保溫板及二襯之間在溫度較低的情況下結冰，造成保溫層脫落，局部嚴重部位由于保溫層的導流造成了導流積水，從而形成較大的冰柱體，順墻面流下的水均流入檢修道內，檢修道內排水不暢導致積水結冰，從而導致滲漏水現象越來越嚴重。隧道所處區域最大降水量650mm，最大積雪厚度250cm，最大季節凍土深度250cm，年平均氣溫1.2℃，極端最低氣溫達-42.6℃。二襯混凝土無法承受季節性凍脹產生的脹力，發生開裂，為滲漏水“開路”，尤其是在施工縫及襯砌裂縫處，滲漏水病害不斷發生，造成鋼筋銹蝕、混凝土開裂、襯砌保護層厚度不足等現象。由此說明，凍脹產生的脹力一旦使防排水體系失效，地下水便從隧道結構薄弱區、“三縫”以及由凍脹力產生的裂縫中流出，滲漏水病害也隨之產生。

2.3應急處理措施

水害發生后，為保證運營安全，現場立即采取了以下應急處理措施：鑿槽引排滲漏水整治處理;拱部射水處出水點封閉處理;邊墻泄水孔及擋水處理;排水系統改造。并在第一時間搶通左側水害段集中出水點的排水泄壓廊道，直接揭示側溝背后溶腔。經過現場應急處理后，從拱頂至邊墻泄水孔水量逐漸減少，泄壓廊道完全揭示溶洞后，左側泄水孔無水流出，巖溶水從揭示的溶蝕裂隙、溶腔流出。根據突水歷時和突水點的突水、衰減順序推斷，本次突水主要水源應分屬于多個巖溶管道系統，即隧道右側巖溶管道系統和隧道左側巖溶管道系統，若想徹底解決水害段突水問題，仍需探明兩側巖溶管道系統。

2.4加密橫向排水管

根據《水工建筑物荷載設計規范》（SL 744-2016），外水壓力折減系數βe與地下室活動狀態有關，隧道洞壁越干燥，滲水量越小，外水壓力折減系數βe越小。從現場災害情況來看，隧道洞內出現長段落突涌水，為了增強排水能力，增加排水通道，減小襯砌外水壓力，對隧道橫向排水管進行加密（圖1）。既有橫向排水管縱向間距50m布置一道，加密后縱向間距25m布置一道，設置時應避開變形縫、施工縫、預留洞室以及預埋管線。

2.5隧道襯砌注漿流程

（1）表面清洗：沿裂縫走向左右約30～50cm的襯砌表面清洗干凈，確定縫隙位置及水源。（2）布孔：在滲漏水縫隙左右各30～50cm范圍內按梅花型布置鉆孔，注漿孔沿裂縫走向間距50cm。（3）鉆孔：用電鉆根據布孔點鉆孔，以30°～45°角斜入結構并進入混凝土內，在鉆孔部位安裝注漿嘴，安裝時要盡量深設，露出1～1.5cm在襯砌外并擰緊。（4）注漿：注漿采用電動注漿機進行，注漿后需要在較長的一段時間內觀察止水效果，如有滲漏現象，則逐步擴大打孔注漿范圍，直至裂縫處停止滲漏。（5）封孔：待注漿堵漏全部完成并觀察1h無變化時，方可將注漿釘子砸出。當注漿壓力達到0.4MPa或漿液從周圍孔眼流出時，停止該孔注漿，轉移至下一孔。重復以上流程，直到所有的注漿口都已經完成注漿并充滿注漿材料。

結語

通過對本既有高鐵隧道突水病害采取的綜合整治措施，隧道病害整治效果良好，達到了整治的目的，可為同類地質條件工程施工提供參考。

參考文獻：

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