浅谈大准铁路公司鸡鸣驿隧道内部病害勘测方法及成果

郭高峰

摘 要 神华准能大准铁路鸡鸣驿隧道既有线路位于大准铁路鸡鸣驿至庙沟站间，全长1 593.07m，为曲线隧道。洞身穿越浑河右岸的中低山地带。由于列车长时间运行，隧道内边墙至拱顶均出现渗水、漏水现象，由于结冰冻胀，导致水沟局部开裂，使水渗入路基内部，引发路基下沉。需对该隧道病害段进行综合勘察，查明隧道地下水埋藏情况、水害通道及含水低阻异常地质体的分布，为隧道病害防治提供依据。

关键词 大准铁路；隧道；病害；勘探；成果

中图分类号 U21 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0202-02

神华准能大准铁路鸡鸣驿隧道既有线路位于大准铁路鸡鸣驿至庙沟站间，全长1 593.07m，为曲线隧道。隧道进口距离鸡鸣驿村约1km，洞身穿越浑河右岸的中低山地带。

隧道内边墙至拱顶均出现渗水、漏水现象，此外，在隧道小里程方向隧道内排水沟存水量较大，加上当地气温较低，水沟经常结冰、填满水沟，由于结冰冻胀，导致水沟局部开裂，使水渗入路基内部，引发路基下沉。鸡鸣驿既有隧道的一号隧道出口的保温水沟从道床下右拐过渡到右侧与鸡鸣驿二号隧道右侧水沟衔接，隧道内水沟排水不畅，以K171+304为界，大里程方向水沟无法排水，致使隧道内地表水不能及时排至洞外。

为了确保大准铁路的正常运营，需对该隧道病害段进行综合勘察，查明隧道地下水埋藏情况、水害通道及含水低阻异常地质体的分布，为隧道病害防治提供依据。

1 鸡鸣驿隧道内部综合勘察的目的

1）充分搜集既有的地质环境、水文、气象、工程资料、隧道病害情况等相关资料，在此基础上以工程地质配套理论和方法进行宏观研判。

2）采用综合勘察手段查清鸡鸣驿隧道所处的地质环境及坡体结构，充分分析隧道病害形成的工程地质和水文地质条件、地下水发育特征和分布规律。

3）对隧址区岩体裂隙分布与发育特征进行探测分析，对确定的重大异常部位，采用高精度物探方法分析。

4）分析隧址区含水低阻异常体的位置和分布形态，全面彻底查清隧道病害分布与水害通道，对确定为含水通道或含水部位的地层采用工程钻探的方法进行验证，并采取试样进行室内试验，确定隧道围岩的物理力学、水理性质、热力学等相关参数，为工程整治设计提供准确资料。

2 隧道布置、特征情况

隧道内部布置：

1）隧道衬砌全部采用模筑混凝土，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩采用200号混凝土曲墙式衬砌，Ⅳ、Ⅴ类围岩和中部局部Ⅲ类围岩采用150号混凝土直墙式衬砌。支护方式为锚喷，洞门为浆砌片石及预制块。衬砌成形后隧道截面呈马蹄形，宽约6m，高约6.2m。

2）洞内设单侧水沟，1#隧道于线路左侧，2#隧道于线路右侧。1#隧道K159+456～K159+756采用保温水沟，洞内有水地段衬砌背后每隔10m设一条盲沟，截面100×50cm（深×宽），盲沟底设渗水孔与水沟连通。

3 勘察内容

以钻探工程配合地球物理勘探，详细查明本次勘察范围地层分布特征；以物探（高密度电法、地质雷达）为主，结合水文地质理论，查明隧址区地下水分布特征、水害通道及含水低阻异常体的分布，分析其对隧道衬砌结构的影响。另外，根据设计要求，对勘察区进行了工程测量及地形图测绘；采集岩土（水）样，获得该区地下水化学类型、岩体力学、水理及热力学参数，为隧道病害治理提供详实依据。

3.1 工程测绘

本测区南北边界线位于鸡鸣驿隧道中心线南、北各一千米处，东西边界线位于隧道东西进出口，具体测图范围为矩形，测区面积约4km2。测区地势为东西两侧较高，中部较低，海拔高程1 100m～1 300m。

3.2 钻探

本次勘察设计10个钻孔，总进尺600m，实际共施工10个钻孔，工程量601.3m。

1）上部松散层采用Φ108mm直径的合金或螺旋钻具钻进，泥浆护壁，钻探回次不大于1.5m，然后取样。取样钻孔必须清底，沉渣不超过5cm。

2）基岩钻进采用XY系列岩芯钻机，使用Φ108mm直径的合金或金刚石钻头钻进。采用清水护壁，使用岩芯管钻取岩芯，取芯回次不大于2.0m。遇到漏失严重时可改用泥浆护壁钻进，但水文地质钻孔必须在钻孔钻进施工结束后用清水反复冲洗，直至达到抽水试验要求。金刚石钻头和上部轴承必须经常检查，以保证岩芯采取率达到设计要求。

3）钻孔全孔取芯。钻孔基岩岩芯采取率不低于85%，其它地层不低于60%。

4）编录人员严格遵守编录细则规定。描述人员记录应认真、及时、真实可靠，按回次进尺逐次记录，严禁事后追记。

5）钻进过程中做好简易水文观测，分层观测地下水位，终孔24小时后再次观测水位。

6）钻探开工前，所有钻探人员必须认真听取项目技术负责人对钻探的技术要求和钻探技术负责人介绍的详细钻探技术方案。

3.3 地球物理勘探

3.3.1 高密度电法

本次设计的电法勘探布置方法是：沿隧道走向，在拱顶和自拱顶向隧道两侧各20m、35m处共布置五条纵测线，每条测线长约1 920m，电极间距6m～8m。垂直于隧道走向再布置若干条，已验证不同测区参数。本次高密度电法共设计布设1 920个点，以有效分析隧址区的含水层分布、断层带和地层异常区分布。

实际作业中，根据现场情况调整电极间距为6m，地面高密度电法测线20条，勘探线长度19.674km，深度不小于120m测点2 099个。

3.3.2 地质雷达

为达到设计要求的测试效果，本次探测设计纵向测线12条（通长测线6条，水害地段测线12条，经过资料分析后，对重点部位再加密），分别在纵向拱顶、拱腰、边墙布置测线，累计长度19.52km。经试验将参数设定后，每个天窗期测试2～4条。

4 隧道水害治理措施

鸡鸣驿隧道主要存在衬砌结构破坏、脱空、冻害、渗水等病害，其中水害为各个病害的促发因素，尤其在冬天，容易造成拱顶挂冰、排水沟结冰等现象，影响行车安全。因此，鸡鸣驿隧道病害的治理，关键是治理水害。

通过对隧址区的勘察，已基本查清了隧道内渗水来源与裂隙通道，圈定了含水异常地质体的范围，可以有针对性的对渗水病害进行治理。鸡鸣驿隧道水害治理应采取“防”“排”“堵”相结合的综合治理措施，各种措施的都有它的适用条件和优缺点。

4.1 “防”可从内外两方面进行

内防是指对已变形和存在裂缝的衬砌结构进行修补，采用合适的防水材料进行涂刷，目前鸡鸣驿隧道已经采取过相应措施，但单一措施收效甚微。

外防是对隧址地下水来源的补给区地表进行防渗处理减少大气降水的入渗，但该方法需要的处理面积大经济性差，而且会影响地表植被，产生环境问题。

4.2 “ 排”也可分内排和外排

内排是指在隧道内部修筑保温排水沟，保证隧道内的渗水能够在任何时间顺利排出，也可以在1、2号隧道接口竖井位置设置集排水装置，直接从竖井处排除积水；其次，在隧址区地表应修筑排水沟渠，尽量减少大气降水的入渗。

外排可以采用施工疏干降压井的办法，降低病害附近地下水压力或疏干地下水，来减小和消除水害。由于勘察区气候较干旱，基岩裂隙水水量较小，根据地形地质条件，可从外部施工水平排水钻孔对富水区进行抽排，减小隧道水害。钻孔的开孔位置可以选择在坚井附近，该处地表标高1 160m左右，钻孔方面与隧道走向平行，钻穿含水异常区，预计长度450m，终孔标高1 150m左右。该孔口标高低于含水异常区的地下水位标高，地下水可自流排出，如遇丰水期水量较大时，可采用真空泵抽水抽气，利用负压增大排水量。

4.3 “堵”

对隧道拱顶、拱璧等存在脱空及不密实的地方进行注浆充填，封堵水流通道。注浆时应选择好适合的封堵材料，现场反复试验，确保封堵质量，注浆压力应根据注浆段的静水压力进行选择，宜为水压的2～3倍。

综上所述，结合隧址区的水文地质条件和含水异常体特征，应采取“以排为主，排堵结合”的综合治理原则。抽排地下水，可有效降低水害，从根本上解决地下水对隧道的影响。

5 勘察结论

通过对勘察成果综合分析，得出以下结论：

1）隧址区地质构造简单，无大的断裂、褶皱等发育，地层岩性为第四系黄土和太古界桑干群片麻岩，岩体裂隙较发育，黄土覆盖区地表冲蚀较严重，坡体结构稳定，无其它地质灾害类型，工程地质条件简单。

2）隧址区含水层主要为第四系孔隙含水层和基岩裂隙含水层，地下水不发育，区内地下水均向浑河河谷排泄，水文地质条件简单。

3）隧道内渗水主要集中在1号隧道K170+260-650之间，根据水化学与同位素分析，其来源为基岩裂隙水，且隧址区的地下水补给源为单一的大气降水，水害通道为上覆片麻岩节理裂隙和破碎带。

4）根据物探成果及钻探验证，隧址区含水地主异常地质体主要分布在K170+462～K170+732段与K170+252～K170+318段，该区段岩体电阻率低，岩体风化破碎较严重，不仅为地下水渗流的良好通道，也为地下水的富集储存提供了有利的场所。

本次勘察查明了鸡鸣驿隧道水害来源及水害通道，圈定了含水低阻异常地质体的范围，进一步为隧道水害治理提供详实资料、选取合理的治理措施。