高铁隧道突水病害综合整治方案

刘弥

摘要：现阶段，在社会发展下，我国的各个领域不断进步。根据某既有高铁隧道突水病害综合整治实例，使用瞬变电磁法和地质雷达法对病害段落进行综合物探，通过区域岩溶地下水系统分析及隧道岩溶水径流分析溶岩隧道突水成因，展开对岩溶管道探明及下穿既有高铁隧道顺坡排水廊道等整治措施的研究，达到隧道两侧突水整治的目的。现场通过整治达到了预期的效果，可为同类工程提供参考。

关键词：可溶岩隧道;下穿既有高铁;两侧突水;排水廊道

引言

近年来，我国高铁隧道规模不断增加，并且在高铁建设当中角色越来越凸显。同时高铁隧道受工程地质、水文地质及自然因素等条件的影响，导致隧道在运营过程中各种病害开始不断暴露。根据调查统计，隧道病害中衬砌渗漏水病害较为常见，而且造成的危害非常大，已经引起越来越多相关学者的关注。探讨高铁隧道衬砌渗漏水病害的成因;并且探讨隧道衬砌注浆技术在实际工程中的应用，为今后的高铁隧道衬砌渗漏水病害处治提供参考。

1概述

突泥突水超前预报对于复杂地质结构的隧道施工至关重要，尤其对富水地区在建铁路隧道项目，可以有效避免突泥突水问题对隧道施工的致命影响，减少由此带来的人员伤亡、机具设备毁损事故，降低施工风险。当前地质超前预报物探法中，地震波反射法以预报距离长、工作效率高、便携等优点被广泛应用。该方法能有效预报构造类病害（断层破碎带、溶洞溶腔），但无法对流体类病害（富水带/突泥突水）进行有效预报，使地震波反射法类的设备预报能力受到局限。在此背景下，近年引进俄罗斯TGS360Pro地质超前预报系统（简称TGS360Pro系统），在地震波反射成像技术的基础上，加入以岩体动力学属性为研究对象的动态流体分析法（DFM），该方法能对流体类病害进行有效预报，扩展了地震波反射法对隧道地质超前预报的预报能力，实现全面预报断层破碎带、溶腔溶洞、富水带/突泥突水3类主要地质病害。该方法的激震方式以锤击为主，既适用于钻爆法施工，也适用于隧道掘进机施工;传感器既可布置在掌子面，也可布置在边墙。同时，系统数据处理智能化，20min即可完成处理过程。TGS360Pro系统除通常预报构造类地质病害外，其技术独特性为：在流体预测中独具一套非地震解释技术的解译方法，通过建立岩体动力学模型而研发的DFM，根据反射波属性建立围岩应力梯度变化的根本关系，从而解决对水富集的预报。该方法获得3项美国专利，并在大量应用案例中得到验证。

2高铁隧道突水病害综合整治方案

2.1断面尺寸、衬砌结构、支护措施及施工方法

结合现场机具设备的配置情况和施工方法，廊道内净空尺寸为3.8m×3.5m（宽×高），采用C35钢筋混凝土模筑衬砌。廊道临近既有运营隧道施工，既有线40m范围内采用机械开挖，单臂掘进机施工，40m范围外采用控制爆破开挖，爆破振速按3.5cm/s控制。下穿正洞段设置管棚工作室，采用一环30m长φ108大管棚超前支护注浆加固拱部岩柱，廊道每开挖0.6m应立即施作锚网喷初期支护，并及时架立型钢钢架加强支护，浇筑二次衬砌。根据正洞出水情况，设置集水钻孔将正洞拱顶及岩溶管道地下水引入廊道排走。

2.2冻胀作用

隧道内温度较低，水长期结冰冻胀导致施工缝及伸缩缝处封水材料张开或脱落，水流入后沿二衬外保温层漫流至整个二衬及保温层之间，导致保温板及二衬之间在温度较低的情况下结冰，造成保温层脱落，局部严重部位由于保温层的导流造成了导流积水，从而形成较大的冰柱体，顺墙面流下的水均流入检修道内，检修道内排水不畅导致积水结冰，从而导致渗漏水现象越来越严重。隧道所处区域最大降水量650mm，最大积雪厚度250cm，最大季节冻土深度250cm，年平均气温1.2℃，极端最低气温达-42.6℃。二衬混凝土无法承受季节性冻胀产生的胀力，发生开裂，为渗漏水“开路”，尤其是在施工缝及衬砌裂缝处，渗漏水病害不断发生，造成钢筋锈蚀、混凝土开裂、衬砌保护层厚度不足等现象。由此说明，冻胀产生的胀力一旦使防排水体系失效，地下水便从隧道结构薄弱区、“三缝”以及由冻胀力产生的裂缝中流出，渗漏水病害也随之产生。

2.3应急处理措施

水害发生后，为保证运营安全，现场立即采取了以下应急处理措施：凿槽引排渗漏水整治处理;拱部射水处出水点封闭处理;边墙泄水孔及挡水处理;排水系统改造。并在第一时间抢通左侧水害段集中出水點的排水泄压廊道，直接揭示侧沟背后溶腔。经过现场应急处理后，从拱顶至边墙泄水孔水量逐渐减少，泄压廊道完全揭示溶洞后，左侧泄水孔无水流出，岩溶水从揭示的溶蚀裂隙、溶腔流出。根据突水历时和突水点的突水、衰减顺序推断，本次突水主要水源应分属于多个岩溶管道系统，即隧道右侧岩溶管道系统和隧道左侧岩溶管道系统，若想彻底解决水害段突水问题，仍需探明两侧岩溶管道系统。

2.4加密横向排水管

根据《水工建筑物荷载设计规范》（SL 744-2016），外水压力折减系数βe与地下室活动状态有关，隧道洞壁越干燥，渗水量越小，外水压力折减系数βe越小。从现场灾害情况来看，隧道洞内出现长段落突涌水，为了增强排水能力，增加排水通道，减小衬砌外水压力，对隧道横向排水管进行加密（图1）。既有横向排水管纵向间距50m布置一道，加密后纵向间距25m布置一道，设置时应避开变形缝、施工缝、预留洞室以及预埋管线。

2.5隧道衬砌注浆流程

（1）表面清洗：沿裂缝走向左右约30～50cm的衬砌表面清洗干净，确定缝隙位置及水源。（2）布孔：在渗漏水缝隙左右各30～50cm范围内按梅花型布置钻孔，注浆孔沿裂缝走向间距50cm。（3）钻孔：用电钻根据布孔点钻孔，以30°～45°角斜入结构并进入混凝土内，在钻孔部位安装注浆嘴，安装时要尽量深设，露出1～1.5cm在衬砌外并拧紧。（4）注浆：注浆采用电动注浆机进行，注浆后需要在较长的一段时间内观察止水效果，如有渗漏现象，则逐步扩大打孔注浆范围，直至裂缝处停止渗漏。（5）封孔：待注浆堵漏全部完成并观察1h无变化时，方可将注浆钉子砸出。当注浆压力达到0.4MPa或浆液从周围孔眼流出时，停止该孔注浆，转移至下一孔。重复以上流程，直到所有的注浆口都已经完成注浆并充满注浆材料。

结语

通过对本既有高铁隧道突水病害采取的综合整治措施，隧道病害整治效果良好，达到了整治的目的，可为同类地质条件工程施工提供参考。

参考文献：

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