增设泄水洞+自吸泵抽排水方案整治隧道翻浆冒泥病害

华永利 汪涛 贾淇棋

摘 要：包兰线猩猩湾2号隧道由于建设年代久、地质条件差、二次改造破坏等原因造成隧底混凝土破损、基底翻浆冒泥，危及行车安全，增大维修成本。经現场调查和研究，借鉴既有线增设泄水洞整治隧道翻浆冒泥的成功案例，即在隧道内翻浆冒泥严重地段采用增设泄水洞、自吸泵、基底注浆相结合的方案，泄水洞增加了隧道内的排水断面，汇集各类水源并降低水位，然后通过自吸泵将积水抽排至侧沟排出隧道，同时对隧底进行注浆处理，固结隧底混凝土。因地制宜，改进施工方法，为同类隧道基底翻浆冒泥整治提供了可借鉴的方案，可以在同类工程整治中推广使用。

关键词：翻浆冒泥;整治;泄水洞

中图分类号：U457.2 文献标识码：A

0 前言

中国地形、地质、地貌复杂多样。铁路设计者们在设计选线过程中为了改善线型、降低纵坡，导致在山区铁路中隧道占比就越来越高。但随着运营使用，既有线隧道由于设计、施工、保养的不当造成的许多病害。整治难度大、维修经费高、治理周期长，与运营的矛盾也愈加尖锐。如包兰线猩猩湾2号隧道因地质、改造破坏等原因造成隧道翻浆冒泥，不仅维修成本高昂，更危及行车安全，治理刻不容缓。根据查阅国内外相关研究资料[1-2]，整体道床损坏空吊等隧道基底病害约占隧道病害的50%以上。国内外对此病害形成机理以及具体整治技术的研究和实践[3]，形成了一些基本规律性的共识[4-5]，主要从三个方面着手：一是治水[6];二是基底换填;三是既有结构加固，都取得了良好效果。本文旨在研究通过治水、基底加固的方法整治隧道基底翻浆冒泥病害，为同类隧道病害整治提供实践和理论支撑。

1 隧道简况

包兰线猩猩湾2号隧道（中心里程K920+682）全长802 m，建成于1955年。隧道通过一分水岭垭口相对高差70 m，地势崎岖，109国道从洞顶通过。隧道通过地段地表覆盖黄土质砂黏土，其下为寒武系片岩地层，地层陡峭扭曲片理产状N50。W-EW走向北倾46°～66°，节理发育，岩质坚硬，破碎，属于四类围岩，地层破碎，地表水可沿裂隙下渗，洞身上半部通过黄土地层，下半部通过风化岩层，石质松散。修建隧道时从银川端采用暗挖法施工，隧道内为碎石道床，线路坡度-1.2%，位于700 m半径的曲线上。

1987年进行过一次翻浆冒泥整治，但未彻底根治。1994年包兰铁路进行电气化改造，对隧道铺底开凿，进行落底处理。近年来随着列车密度加大、通过总重增加，隧道翻浆冒泥病害愈加严重，

2 隧道底部钻芯取样情况简介

包兰线猩猩湾2#隧道内17段+5 m、37段+4 m处左右侧钢轨内侧对隧道基底进行钻孔取样分析（图1）。其中7段+5 m芯样自上而下为22 cm厚混凝土地板（呈破碎状，腐蚀严重），其下为3 cm～10 cm浮浆，然后是37 cm粉化形泥质风化岩层（含水饱和），岩层破碎，再下面是45 cm完整基岩;37段+4 m芯样自上而下为18 cm厚混凝土地板（呈破碎状，腐蚀严重），其下是52 cm粉化形泥质风化岩层（含水饱和），岩层破碎，然后是64 cm完整基岩。

3 病害产生的原因分析

包兰线猩猩湾2#隧道在1982年换轨大修时就出现了隧底混凝土破损病害，地下水（含有腐蚀性）外渗侵蚀道床及排水沟，出现基底翻浆冒泥病害。在1987年通过对K920+741～841段重新施做排水沟的方案进行过基底翻浆冒泥整治，但是未彻底根治病害。1994年包兰线进行电气化改造时，增加隧道净空高度，仅对基底进行部分凿除落底。经过现场调查，隧道翻浆冒泥的主要原因为：

（1）地质条件差。由于上半部地质为黄土，下半部为风化岩层，石质松散，地层破碎，地表水沿裂隙下渗后在隧底汇集，从铺底施工缝及破碎的混凝土裂缝渗出，造成道床积水，翻浆冒泥。

（2）改造二次破坏。1982年线路换轨致使保护层受损，大量地下水外渗（水含腐蚀性）侵蚀道床及排水沟。1994年该隧道又在电化改造时，落底凿除不彻底（原设计铺底厚30 cm，钻孔取样铺底厚仅为22 cm、18 cm），使得隧道部分区段隧底破损加剧，基底翻浆冒泥病害进一步恶化。

（3）列车通行频次增加。近年来随着列车密度加大、通过总重增加，加速了隧道铺地的破坏。

（4）线路维修不到位。隧道开通运营以来未进行线路清筛，道床脏污，在隧底渗漏水的情况下，经常翻浆冒泥，雨季更加明显。

4 整治方案比选

为彻底整治猩猩湾2号隧道基底翻浆冒泥病害，兰州铁路局集团公司同兰州交通大学、中铁第一勘察设计院以及中铁二十一局集团公司相关专家、技术人员共同对隧道病害进行了详细调查，经过反复讨论，提出了四种解决方案：

（1）重构铺底。采用4.5 m地基梁架空线路，按设计标准重新施做隧道铺底，阻断裂隙水渗入道床。

（2）旋喷桩加固。在翻浆冒泥处所增加旋喷桩配合注浆加固隧底。采用高压旋喷的方式将水泥浆喷入隧底土层，与土体混合形成具有一定强度的旋喷桩。

（3）加深侧沟。对既有的隧道排水沟加深，将道床内积水排入侧沟，减少隧底道床积水，缓解隧道基底翻浆冒泥。

（4）增设泄水洞。由于该隧道两端出口均位于深路堑地段，无法在一端增加泄水洞排水，为了降低隧底水位，在隧道翻浆冒泥严重地段的边墙上施做横洞，在距离衬砌一定距离处下挖后施做泄水洞，并在泄水洞内增加集水井，利用安设的自吸泵将积水抽排到侧沟内排出。

经过反复比选，决定采取增设泄水洞的方法，在隧道边墙开窗口，施做横向连接洞，洞深5.9 m，在距离隧道边墙外3 m处下挖，施做泄水洞，在泄水洞内设置集水井，并设置上扬引水孔引排隧道底部和边墙外围岩内裂隙水，降低水位，然后通过自吸泵将积水抽排至侧沟排出隧道。同时对隧底进行注浆处理，固结隧底混凝土。

各方案优缺点比较见下表：

5 增建泄水洞整治方案的实施

（1）工序：在病害中心位置的衬砌边墙开窗口，施做横向连接洞，洞身5.9 m，在距离隧道边墙外3 m处下挖，施做泄水洞，在泄水洞内设置蓄水池，并设置上扬引水孔引排隧道底部和边墙外围岩内裂隙水，当蓄水池中的水位达到一定水位时泥浆水泵将自动启动，将水抽排入侧沟。

（2）施工技术：

①连接横洞和泄水洞衬砌为C30钢拱架高抗硫混凝土，铺底为C30高抗硫混凝土。衬砌和铺底厚均30 cm。施工完毕，在洞口安装一扇门，门材质为塑钢型材，门距洞口距离为2 m。为确保安全，连接横洞开挖为人力持风镐凿除，为加快施工进度，在洞外试验的基础上，深度达到3 m时采取爆破开挖，泄水洞全部采取爆破开挖。

②横向连接洞及泄水洞均增设H125工字钢钢拱架，纵向间距120 cm，拱架间设Φ18纵向连接筋，连接筋环向间距1.0 m，在拱架外缘交错布置，可视拱架的稳定情况加设交叉联系筋。模筑混凝土时应挂设一层Φ8钢筋网，网格10 cm×10 cm，钢筋网与二衬配筋焊接牢固，钢筋网和拱架连接筋焊接牢固，钢拱架拼接处经螺栓拼接后，缝隙焊接牢靠。

③引水导管为Φ80高压聚乙烯管，管壁钻Φ8 mm透水孔，孔密度为20个/m。既有隧道铺底部位的聚乙烯管管长取9.0 m，从泄水洞排水沟处钻9 m深潜孔，引水坡度为3%，再将聚乙烯管引入潜孔，聚乙烯管布置间距为1.5 m。边墙处的聚乙烯管与水平的夹角分别为45°和60°，长度分别为4 m、5 m。

（3）创新施工方法：为缩短施工周期，采用4处作业点同时作业，增加作业面。为降低安全风险，爆破全部纳入天窗点内实施。为解决出砟量大问题，采用平板车运砟。推料车安装制动装置，施工过程安排专人管理，且施工结束后加锁处理。为解决施工过程出水量大，增加引水孔及自吸泵。

（4）注浆：挖出道渣，埋孔口护管，引孔钻机钻至设计深度后移除钻机，对翻浆冒泥段进行注浆回填置换加固，深度至边墙底面以下1 m;更换道砟。

（5）施工注意事项：

①施工单位在施工前应与工务、电务、供电等有关部门密切配合，按照铁路行车相关规范做好防护工作，做好线路及各种电缆的拨移及防护，不得将既有电缆设备损坏。

②隧道内线路平面和纵断面位置不变。

③施工时应加强施工用水、排水管理，以防积水浸泡道床。

④注浆施工中应遵循“先钻潜孔，然后注浆，最后更换道砟”的顺序原则。

6 整治效果评价

包兰线猩猩湾2#隧道翻浆冒泥增加泄水洞整治施工自2016年8月开始施工，到2017年10月完工，截止目前取得预期效果：

（1）整治前每周要安排20人对翻浆地段进行清挖，每季度要安排20人对隧道内排水沟全面清理一遍。在完工后的二年时间内，施工地段未出现翻浆冒泥，极大地减少了线路养护维修的成本，降低了作业风险，保证了运输安全。

（2）采取以改善隧道排水为主、加强隧道基底与整体道床整体性等多种措施和手段进行综合治理，改变以往对几何尺寸异常病害区段一味地垫板和维持。本文方法为隧道基底翻浆冒泥整治提供了可借鉴的方案。

（3）通过增泄水洞，隧道内的排水断面增加，各类水源能够汇集。并且该方法对行车干扰较小，施工简单、造价低， 在条件满足的情况下具有推广意义。

参考文献：

[1]铁道部工务局.铁路工务技术手册（隧道）[M].中国铁道出版社，1997.

[2]A.Haack，J.Sehreyer，G.Jackel.State of the art of Non-estruetive Testing Methods for Detenn ming the State of a Tunnel Lining，ITA ReProt，195：431.

[3]Danzer P.Appraisal of Repair Concepets for Different Disigns of Ballastless Track [J].Railway Technical Review，2004（01）.

[4]H.MashI mo.State of the road tunnel safety technology in Japan.Tunnelling and Underground Space Technology，2002（17）：145-152.

[5]S.OWEN，R.ANIL，T.DUNNING，E.FRIEDMAN.Mahout in Action[M].Manning Publications，2011：14-18.

[6]牛亞彬.重载铁路隧道病害产生机理及治理措施[J].铁道建筑，2012，52（07）：34-37.