山嶺隧道排水技術研究

李 鳴

（中交路橋建設有限公司，北京 101121）

1 雞鳴隧道工程概況

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

隧址區(qū)位于大巴山弧與新華夏構造體系的交接復合部位，斷裂構造以逆沖斷層為特征。進洞口段位于興隆坡-黃家?guī)r背斜北東翼陡崖中上部附近，洞口前緣為無名季節(jié)性沖溝，勘察時無水，溝底高程約827．50 m，進口斜坡坡向約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)最高標高位于K64+130山頂，標高為2 030 m，最低標高點位于隧道出口段沖溝溝底附近，標高為818．90 m，相對高差達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，其他參數見表1。

表1 雞鳴隧道主要參數

2 隧道涌水的主要類型

地下水是隧道工程中一個古老常見而又困難的問題。它可能會延緩隧道施工開挖的速度，同時也可能對隧道的長期穩(wěn)定造成潛在危害[1]。因為中國特殊的地理位置和地勢地貌，故需要建造大量的運輸隧道以保證正常的交通運輸。一般來說，當隧道一直受到地下水的侵蝕時，會導致隧道漏水或襯砌坍塌等問題。高水位條件下，會更為嚴重地破壞隧道結構，因此地下水工程是隧道設計的一個關鍵問題，且可能對隧道長期進行地下水排水帶來嚴重的環(huán)境問題。對于高水位隧道，如果像地鐵隧道那樣實施全面防水，其襯砌將不得不承受高水壓，這樣使得隧道設計變得困難[2]。當隧道連續(xù)排水可能對環(huán)境造成嚴重影響時，應采取與環(huán)境相適應的控制排水措施[3]。

不論是現場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難題。一方面，隧道施工的一些最嚴重的災害性事件都與從飽水巖體裂隙中涌入大量的地下水有關。例如，在臺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750 L/s，這種情況會導致隧道掘進過程出現剝離現象，進而導致隧道掘進機被破壞。因此，正確認識隧道施工中的巖體涌水規(guī)律，對隧道線路和排水系統進行適當的改造是十分必要的。另一方面，大多數已完工的隧道都存在漏水現象，想要真正了解一個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以下3種情況，見第143頁表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、含水斷層和巖體節(jié)理等，這些因素導致隧道周圍出現不同的水流狀態(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較小，而開挖作業(yè)可能在較干燥的環(huán)境下進行，這時地下水的開采量比地下水位高的開采量要少。因此，當地下水位較低時，可以大大減少滲漏問題。實際上，只要開挖開始，就有許多節(jié)理和裂縫容易使地下水流入隧道。

無論是地下水流失量還是隧道復合襯砌的水壓，控水限排水隧道均小于全排水導流隧道，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]。當噴射混凝土施工質量差、滲透性強時，全排水隧道的滲水量遠大于控水限排水隧道，這時會導致大量地下水資源流失。當噴射混凝土施工質量好，滲透性弱時，全排水導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，會對隧道襯砌結構的穩(wěn)定性產生不利影響。通過比較可以得出結論，全排地下水處理法是以更多的地下水資源為代價來獲得一定的襯砌外水頭減少效果，只有當地下水位下降到隧道底部并不恢復，襯砌外水頭能否通過全排水法為零，勢必對地下水環(huán)境產生很大的負面影響。控排和限排的處理方法是以較少的地下水資源為代價，獲得顯著的襯砌外水頭減水效果。因此，對于水位以下埋深較大的隧道，應優(yōu)先考慮控制排水和限排水防水類型或排水系統[6]。

參考目前隧道排水工程施工實例，有兩種方法可以實現控制排水。第一種方法是在排水管道上安裝閥門和水壓測量裝置，當水壓達到設定值時，閥門開啟，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，然后確定測量裝置的水壓力設定值。這種方法的缺點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。對于高水位隧道，采用可控排水方式是合理的選擇。對于這種方法同樣面臨的問題是怎樣確定襯砌的防水壓力，在實際的工程案例和設計規(guī)范中還沒有參考案例。

3 雞鳴隧道排水施工措施

根據實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考慮地下水環(huán)境保護和隧道襯砌結構安全兩個方面。因此，在關注隧道施工后期地下水環(huán)境恢復的同時，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，中國是一個多山的國家，尤其對于有山城之稱的重慶來說，隨處可見的山丘也意味著有隨處可見的隧道。針對雞鳴隧道的實際工程特點和施工背景，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題[2]。在高水位條件下，隧道結構的破壞可能更為嚴重，排水是隧道設計中的一個關鍵問題。

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，東北側山脊地下水補給因在此處被阻斷而不能對隧址區(qū)進行補給。隧道滲漏水主要是由于隧址區(qū)地下水補給面積較大，地下水下滲形成基巖裂隙水，其次是由于隧道附近地質構造較為發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育，為地下水提供了良好的滲漏通道，而傳統的隧道排水措施無法達到預定的排水效果。在中國許多隧道工程中，防水和排水必須按照中國國家標準進行。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，除了設計隧道防水膜、排水管等防水技術外，還根據現場情況提出了其他相應的防水方法。例如，采用探頭鉆探，為水侵提供早期預警。為了提高基坑掘進的穩(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，采用改進的光面爆破方法，減小了隧道附近的擾動范圍[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——地下工程集水自粘系統，該系統由集水溝、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。溝的橫截面為長方形，大小為（50～200）mm×30 mm。為適應巖石表面波動，塑料薄膜厚度為1 mm，具有柔韌性；鋼絲直徑為3 mm，橫向鋪設在施工溝槽中，間距為70 mm。膠袋用環(huán)氧樹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。在安裝集水系統時，溝槽被擠壓到巖石表面，覆蓋了含水裂縫。來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。同時采用鋼釘來協助安裝集水溝。地下水集中在溝渠，然后引導到縱向排水管，確保在引流過程中不會出現二次滲透。

采用該系統的目的是減少隧道滲漏量，通過這種排水系統可以提高集水率，讓隧道中大部分的滲水都能通過集水槽排入隧道內的排水溝，大大減少了施工時和竣工后的滲漏量。現場經驗表明，新的集水系統安裝方便，可以有效解決雞鳴隧道的排水難題，達到理想的排水效果。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 結束語

隨著中國經濟的快速發(fā)展，道路橋梁建設工程不斷擴大，對于隧道的應用也越來越多。傳統公路修建時遇山繞道而行，這種方式不但成本高，對周圍環(huán)境破壞嚴重，而且還會提高道路通行時間，帶來諸多不便。相比之下，隧道工程不僅可以減少對周圍環(huán)境的破壞，而且還能減少通行時間，對于緩解交通擁堵問題也有一定的幫助，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。

本論文結合雞鳴隧道的實際情況，對雞鳴隧道施工階段和使用階段的涌水危害進行了分析，并針對性地提出采用集水自粘系統來達到理想的排水效果，以解決隧道施工中出現的一些實際問題，為其他的隧道排水措施研究提供參考。