鐵山隧道碳酸鈣水質結晶堵塞排水系統病害整治簡析

武英

摘 要：本文以營達高速公路鐵山隧道為例，對隧道碳酸鈣水質結晶堵塞排水系統病害問題進行簡要分析，并提出整治措施。

關鍵詞：鐵山隧道;碳酸鈣水質結晶堵塞排水系統;病害;整治措施

1 工程介紹

營達高速公路鐵山隧道全長3 909 m，設計為雙線分離式隧道，開挖斷面最大111.85 m2，所在區域地質構造復雜，位于華鎣山褶皺帶中部，隧道自西向東穿越鐵山背斜核部，最大埋深490 m。隧道巖層傾角40°～ 80°，隧道進口段落而以70°～80°居多，局部倒轉，常見直立倒轉現象，隧道出口較為平緩。隧道正常涌水量為5 009 m3/d，最大涌水量為11 818 m3/d，前期并沒有出現滲水。就在鐵山隧道右線K97+540～K97+620段二次襯砌施工完成后三個月邊墻底部開始出現滲水，施工單位先采用開槽引排法進行處理，但未收到預期效果，滲水位置由邊墻底部開始逐漸向上部發展。

2 滲漏水的成因分析

2019年11月施工單位邀請劉世洋博士對鐵山隧道右線K97+540～K97+620滲漏水段落進行了現場調研。現場勘查完成后組織召開了滲漏水成因分析會并進行分類，主要有以下因素導致：（1）設計因素;（2）施工因素;（3）地質因素。會議通過參建各方對施工過程的描述采用排查法來確定該段落滲漏水的具體成因。設計方表示該隧道的防排水設計充分考慮隧道最大涌水量，排水能力滿足需求，不會出現水分在初支與襯砌之間匯集，其次隧道襯砌結構的厚度、強度、混凝土的抗滲等級的設計及施工均達到了使用階段防排水的要求，也考慮到腐蝕性水質對襯砌的影響，襯砌施工時摻入防腐劑;排除了設計因素導致滲漏水的成因。業主、施工、監理對施工過程中的管理過程進行描述，確認施工中所用防水材料通過試驗檢測符合設計及規范要求;防排水施工過程中的自檢和抽檢頻率及檢查結果均符合要求，其他段落也未發現滲漏水現象;排除了施工因素導致滲漏水的成因。會議上各方認為該段滲漏水成因為地質因素，要求項目部對水樣進行送檢，對該段邊墻襯砌進行開鑿檢查縱向、橫向排水管排水的具體情況。施工單位在對該段邊墻襯砌及排水管開鑿后發現排水管被結晶物質堵塞，即刻收集結晶物質及現場水樣各兩份（橫向、縱向排水管各一份）進行檢測。檢測結果顯示該結晶物為碳酸鈣（GaCO3），兩份水樣中也檢測出所含礦物主要成分為碳酸鈣（GaCO3），確定了該段滲漏水成因為地質因素導致。

3 滲漏水整治方法的確定

鐵山隧道右線K97+540～K97+620滲漏水段落排水管內碳酸鈣結晶現象發生在縱、橫向排水管中，從橫向排水管末端開始結晶逐漸堵塞橫向排水管，進而堵塞與之聯通的縱向排水管。長期排水不暢通，對隧道襯砌影響很大，襯砌內部水壓不斷增大導致襯砌開裂后形成不同程度的滲漏水現象，對隧道運營產生潛在的安全隱患。通過參建各方討論協商，確定采用重慶交大劉世洋博士多年研究成果電場（EF）排水管法，對該段滲漏水進行整治。其原理為：碳酸鈣為強電解質，通過電離作用（電離方程式：CaCO3===Ca2++CO2-3）將難溶于水的CaCO3分解為溶于水的Ca2+和CO2-3陰陽離子，使其不再結晶堵塞排水管。

4 滲漏水整治過程

鐵山隧道右線K97+540～K97+620滲漏水段落病害整治采用電場（EF）排水管替換原有排水管，排水系統設置如下。

圖1為排水管橫向布置圖，主要包括EFφ200排水管、橫向φ200直接頭、橫向φ200×110變接頭、φ110彎接頭、豎向φ110排水管、豎向φ110×50三通、斜向EFφ50排水管及φ110管帽。橫向排水管底部埋設及坡度均與原設計一致。

圖2為襯砌內引水孔布置圖，鉆孔直徑分別為60 mm、30 mm，沿徑向與水平方向夾角31°進行鉆孔，鉆孔深度1 000 mm，其中φ60 mm孔長度200 mm，為EFφ50排水管安裝孔，φ30 mm孔為泄水孔。

圖3為EFφ110縱向排水管剖面圖，標高及坡度與設計一致，管體更換完成后采用與設計相同襯砌混凝土回填密實。

圖4為斜向鉆孔圖，先鉆φ30 mm小孔，再將孔口200 mm段擴至φ60 mm。

EF排水管更換完成后將管身電線連接至電解裝置，再將電解裝置接通電源，完成該段落滲漏水整治。

5 結束語

目前國內在隧道修建時未對隧道排水管結晶堵塞排水系統引起足夠的重視，未考慮到后期對結晶堵塞問題的處理。隨著我國隧道滲漏水問題的不斷突顯，結晶水質堵塞排水系統問題將是未來隧道防排水系統如何設置的科研方向。

參考文獻：

[1]劉世洋.營達高速鐵山隧道右線K97+540～K97+620段排水系統結晶整治方案，2019（11）.

[2]淡碧.高速公路隧道防排水技術與施工[J].中國設備工程，2021（7）：242-243.

[3]楊光忠，王旭東.高速公路隧道防排水施工技術的應用研究[J].黑龍江交通科技，2020，43（2）：147-148.