李德林

(中鐵二局股份有限公司，四川成都610031)

隧著我國鐵路建設(shè)事業(yè)的高速發(fā)展，對線路的安全性、平穩(wěn)性和舒適性要求越來越高。由于整體式道床具有整體性好、穩(wěn)定、耐久、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，被高速鐵路所采用，在普速鐵路的長大隧道中也被廣泛采用。雖然整體道床擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是整體道床一旦出現(xiàn)病害，維修困難。特別是隧道內(nèi)因受“水害”影響，出現(xiàn)道床翻漿冒泥、不均勻沉降或道床板抬升等問題嚴(yán)重威脅行車安全，而這一現(xiàn)象在單線鐵路整體道床隧道中表現(xiàn)尤為突出，采取綜合治理的措施，達(dá)到長治久安目的，是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡介

高蓋山隧道是客貨共線向莆鐵路的重點(diǎn)控制性工程,該隧道位于福建省福州市境內(nèi)，設(shè)計(jì)為分離式單線隧道，隧道左、右洞長度均為17.6 km，坡度為7.4‰～7.6‰單面下坡，隧道線間距為30 m。高蓋山隧道共設(shè)5座斜井輔助正洞施工，于2008年10月開工建設(shè)，2012年11月完工，2013年9月正式運(yùn)營。

1.2 地質(zhì)情況

高蓋山隧道洞身最大埋深723 m；隧道及其兩側(cè)1 km范圍內(nèi)分布的地層均為火山巖地層。地表層為第四系0.5～2 m厚粉質(zhì)黏土和1～3 m厚碎石土夾卵石土，下伏基巖以灰、深灰色英安質(zhì)晶屑凝灰熔巖、流紋英安質(zhì)凝灰熔巖，紫紅色流紋巖、石泡流紋巖夾流紋質(zhì)(角礫)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r為主。另有碎斑熔巖、斑狀花崗巖等，巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育。隧道區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，主要發(fā)育有脆性斷裂，褶皺不發(fā)育，全隧道穿過斷層49條。

1.3 水文地質(zhì)情況

高蓋山隧道所處地的年平均降水量1 563 mm。隧道測區(qū)內(nèi)大部分屬于剝蝕中、低山地貌，地形高差大，水系多呈樹枝狀，發(fā)育“V”形谷，河床狹窄，縱坡降大，水流較急，排水通暢。旱季河流量小，雨季流量增大數(shù)倍至數(shù)十倍。隧址區(qū)內(nèi)的巖石裂隙是地表水下滲的主要通道，為地下水的補(bǔ)給來源。

隧道區(qū)地下水類型有孔隙水、沉積巖層間裂隙水、基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水，均受大氣降水補(bǔ)給；地下水豐富，透水性好，隧道范圍內(nèi)有28條斷層為強(qiáng)富水?dāng)鄬印?/p>

1.4 隧道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與防排水措施

隧道采用復(fù)合式襯砌，由初期支護(hù)、防水隔離層與二次襯砌組成。Ⅱ級(jí)圍巖地段采用曲墻加底板結(jié)構(gòu)形式襯砌；Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖地段采用曲墻加仰拱結(jié)構(gòu)形式襯砌。全隧道采用雙塊式無砟軌道整體道床。

隧道兩側(cè)設(shè)置寬35 cm，深90 cm的縱向排水溝。隧道拱墻初期支護(hù)與二次襯砌間鋪設(shè)EVA防水板+土工布防水。防水層鋪設(shè)之前，結(jié)合施工縫布置縱、環(huán)向排水盲管；縱向排水盲管為外包土工布的φ110打孔波紋管，8～10 m一段；環(huán)向排水盲管為外包土工布的φ50打孔波紋管，縱向間距一般5～10 m，并根據(jù)地下水發(fā)育情況調(diào)整；縱向排水盲管兩端及環(huán)向排水盲管下端進(jìn)行圓彎接入隧道側(cè)溝。拱墻環(huán)向施工縫采用外貼式止水帶+中埋式遇水膨脹橡膠止水帶；仰拱施工縫設(shè)置中埋式遇水膨脹橡膠止水帶；襯砌縱向施工縫設(shè)置遇水膨脹止水條。隧道防排水設(shè)計(jì)見圖1。

2 隧道底部滲水情況及危害分析

2.1 滲水情況

(1)高蓋山隧道在開挖過程中出現(xiàn)數(shù)十次涌水、突泥。根據(jù)隧道涌水段的地質(zhì)情況和涌水量大小，并結(jié)合工期緊的實(shí)際情況，采用超前帷幕注漿再開挖或開挖通過后再徑向注漿的方法施工。隧道止水效果經(jīng)驗(yàn)收合格后再進(jìn)行底板或仰拱混凝土施工，施工完成的隧道底板或仰拱填充混凝土表面無滲水現(xiàn)象。

(2)隧道襯砌后，隧道底部個(gè)別混凝土施工縫出現(xiàn)滲水。在施工無砟道床前，對隧道底部滲水部位注水泥漿止水；對混凝土表面進(jìn)行鑿毛、沖洗干凈后再施工無砟道床，無砟道床完成1個(gè)月內(nèi)未見滲水。

(3)隧道鋪設(shè)軌道后，整體道床以外的底板或仰拱施工縫開始出現(xiàn)滲水，并隨著時(shí)間推移，隧道底板滲水的地方逐漸增多，個(gè)別雙塊式軌枕塊與整體道床混凝土接合位置也開始出現(xiàn)滲水。

2.2 滲水原因分析

(1)底板地段，隧道底清理不徹底，底板(找平層)混凝土與基巖結(jié)合不緊密，給地下水留下了通道；隧道襯砌封閉后，隧底局部水壓上升，從底板施工縫或混凝土薄弱處(裂紋)滲出。

圖1 隧道防排水結(jié)構(gòu)示意

(2)仰拱地段，由于初期支護(hù)自防水性能差，當(dāng)隧道襯砌封閉后，隧底水壓上升，地下水透過初期支護(hù)，在施工縫止水薄弱處滲出。

(3)個(gè)別軌枕塊與道床混凝土接合位置不完全密實(shí)或出現(xiàn)收縮裂紋，為附近的底板滲水提供了通道，出現(xiàn)道床滲水。

2.3 底部滲水的危害

(1)在硬質(zhì)圍巖情況下，由于基底地下水沿著施工縫進(jìn)入隧底填充或底板與無砟軌道墊層間，或直接在底板下的空隙形成水囊，在列車的動(dòng)載作用及水壓力的劈裂作用下水囊不斷擴(kuò)大，積水壓力逐漸升高，積聚到一定壓力后，會(huì)將隧道底板或軌道墊層及其上的無砟軌道頂起，造成局部段落的無砟軌道抬升，危及行車安全。

(2)在軟質(zhì)圍巖情況下，由于基底地下水沿著施工縫進(jìn)入隧底填充或底板與無砟軌道墊層間，受列車的行駛動(dòng)載作用，隧道填充或底板與無砟軌道墊層上下振動(dòng)形成抽吸現(xiàn)象，軟弱圍巖中的細(xì)小顆粒被滲水帶出，形成翻漿冒泥現(xiàn)象，并伴隨隧道底部空隙的逐步擴(kuò)大，引起隧道不均勻沉降甚至底部結(jié)構(gòu)開裂破壞，喪失使用功能。

3 綜合治理技術(shù)措施

3.1 治理原則

隧道整體道床一旦破壞，極難修復(fù)，對于運(yùn)營的線路來說，維修天窗時(shí)間非常有限，更是增加了整治難度。在研究以前隧道底部病害反復(fù)整治，且效果不甚理想的情況下，針對地下水是造成隧道整體道床各種病害的主要誘導(dǎo)因素，在整體道床被破壞前，采取有效措施，把治水和隧道底部結(jié)構(gòu)的整體加固相結(jié)合，形成綜合治理，長久有效的局面，確定了“排水減壓、錨桿鎖定、注漿補(bǔ)強(qiáng)”的原則。具體措施就是對隧道底部壓力水進(jìn)行打孔引排，減小水的作用壓力；對隧道底板或仰拱設(shè)置錨桿，約束底板或仰拱的振動(dòng)，同時(shí)也對注漿時(shí)底板或仰拱先上抬升進(jìn)行約束；對隧道基底，隧道底板或仰拱填充層與無砟道床墊層的間隙注漿填充，提高整體性。

3.2 側(cè)溝泄水降壓孔設(shè)置

(1)先通過現(xiàn)場排查，結(jié)合物探和鉆探情況，確定隧道底部有承壓水的段落。

(2)在有承壓水地段兩側(cè)水溝內(nèi)設(shè)置泄水降壓孔，每側(cè)水溝1排，間距1 m，鉆孔直徑50 mm，鉆孔深度為溝底流水面下2.0 m。鉆孔后埋設(shè)長約0.7 m的孔口管(采用PVC管或鋼管，孔內(nèi)埋管深度大于0.15 m，孔口管高于水溝流水面0.2 m，防止水溝流水倒灌)，孔口管與水溝結(jié)合處用無紡布包裹，孔底至管底填充10～15 mm粒徑碎石濾層。側(cè)溝泄水降壓孔設(shè)置詳見圖2。

圖2 側(cè)溝排水孔設(shè)置示意(單位：cm)

3.3 隧底錨桿設(shè)置

為了快速發(fā)揮錨桿的錨固力，采用漲殼式(預(yù)應(yīng)力)注漿巖石錨桿，錨桿長度300 cm，直徑25 mm。漲殼式錨桿在整體道床兩側(cè)20 cm處位置各設(shè)置一排，縱向間距1.0 m，錨桿插入后，安好墊板、并擰緊螺帽，防止在注漿壓力作用下造成底板抬升；擰固螺帽扭矩值不小于200 N·m，確保鎖固良好；單根錨桿的抗拔力不小于120 kN。錨桿在注漿后，對端頭施作30 cm×30 cm×15 cm的C35混凝土進(jìn)行封錨。隧底錨桿布置詳見圖3。

3.4 注漿加固

3.4.1 隧道底部注漿

(1)在有承壓水地段，進(jìn)行基底注漿處理。注漿孔在整體道床兩側(cè)20 cm處位置各設(shè)置一排，間距1.0 m，與錨桿間隔設(shè)置。鉆孔孔徑為42 mm，深度為仰拱底或底板下1.0 m(無仰拱地段)。漿液采用超細(xì)水泥漿，水灰比1∶1，注漿壓力有仰拱地段0.3～0.5 MPa；無仰拱地段0.1～0.2 MPa?；鬃{結(jié)合錨桿施工同步進(jìn)行，安設(shè)漲殼式錨桿并施加預(yù)應(yīng)力后，立即對注漿孔注漿，此時(shí)將漲殼式錨桿(孔)作為觀察孔，當(dāng)錨桿孔溢漿或達(dá)到控制壓力時(shí)，停止注漿；對下一個(gè)注漿孔注漿，然后再回補(bǔ)錨桿孔注漿。

(2)對不進(jìn)行基底注漿處理地段，安設(shè)漲殼式錨桿并施加預(yù)應(yīng)力后，對錨桿按間隔順序注漿，采用超細(xì)水泥漿，水灰比1∶1，注漿壓力0.3～0.5 MPa。

3.4.2 結(jié)構(gòu)裂縫注漿

(1)對整體道床兩側(cè)隧道底板或仰拱施工縫滲漏水的，在整體道床外側(cè)0.2 m、0.6 m處各鉆1個(gè)直徑為42 mm的注漿孔，鉆穿結(jié)構(gòu)混凝土，壓注超細(xì)水泥漿，水灰比1∶1，注漿壓力0.3～0.5 MPa。

圖3 隧底錨桿布置示意(單位：cm)

(2)對于隧道底板或仰拱填充、整體道床板的裂紋以及與道床板底接觸面的空隙，采用針孔式注漿法，注低黏度環(huán)氧樹脂材料，布孔間距0.15～0.2 m,注漿壓力0.1～0.2 MPa。

3.5 擋塊混凝土設(shè)置

為保證整體道床干燥、整潔，在營運(yùn)、維護(hù)中隧底積水能有效排走，并進(jìn)一步增加無砟道床的整體性，在道床板外側(cè)增設(shè)50 cm(寬)×15 cm(高)的C25素混凝土擋塊。

擋塊混凝土設(shè)置前，需要對與之接觸的底板或填充混凝土表面進(jìn)行鑿毛清理，使新增混凝土擋塊與既有混凝土形成整體，兼具排水和護(hù)道的作用。擋塊混凝土設(shè)置見圖4。

圖4 擋塊混凝土設(shè)置示意(單位：cm)

4 施工注意事項(xiàng)

(1)漲殼式錨桿施工，必須先進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，以取得施工參數(shù)，確保錨桿抗撥力不小于設(shè)計(jì)值。

(2)漲殼式錨桿安裝后，注漿作業(yè)要緊跟，并及時(shí)進(jìn)行封錨，防止預(yù)應(yīng)力損失。

(3)注漿過程中，除嚴(yán)格控制注漿壓力外，必須對整體道床進(jìn)行全程監(jiān)測，防止注漿壓力過大，引起整體道床抬升。 (4)施作護(hù)道擋塊混凝土必須將既有混凝土表面鑿毛，徹底清理干凈，使之與既有混凝土結(jié)合緊密。

(5)必須按既有線施工的安全規(guī)定執(zhí)行，確保行車和施工安全。

5 處理效果

(1)在道床外側(cè)鉆孔排查地下水情況時(shí)，個(gè)別孔口(φ42)水頭高度達(dá)50 cm，在隧道側(cè)溝內(nèi)施作泄水降孔后，檢查孔冒水現(xiàn)象消失，隧道底板滲水明顯減小。

(2)在進(jìn)行基底注漿處理后，隧底滲水情況基本消失；對隧道底結(jié)構(gòu)縫注漿、施作擋塊混凝土后，整體道床干燥。

(3)現(xiàn)場對錨桿進(jìn)行了拉撥檢測，抗拔力大于120 kN；注漿結(jié)束后，檢查道床標(biāo)高，未發(fā)現(xiàn)變化。

(4)高蓋山隧道經(jīng)歷聯(lián)調(diào)聯(lián)試，并于2013年9月正式運(yùn)營以來，無砟軌道整體道床穩(wěn)定，軌道幾何尺寸可靠，取得了預(yù)期效果。

6 結(jié)束語

高蓋山隧道底部滲水隱患由于處置及時(shí)，未釀成整體道床抬升或翻漿冒泥的嚴(yán)重后果。針對單線鐵路隧道整體道床基底病害時(shí)有發(fā)生的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前設(shè)計(jì)和施工情況，提出以下幾點(diǎn)建議。

(1)在隧道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮隧道地下水對工程的危害，宜設(shè)置全環(huán)防水層并給基底地下水預(yù)留減壓通道，從源頭上防止病害的發(fā)生。

(2)雖然底板結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、且施工方便，但除非是在干燥無水的隧道中，否則宜采用仰拱結(jié)構(gòu)。

(3)在施工過程中要嚴(yán)格對工序質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，隧道基底清理一定要徹底，實(shí)現(xiàn)隧底與基巖以及各結(jié)構(gòu)層之間接觸面的緊密結(jié)合，以杜絕“水囊”的形成，消除列車行駛振動(dòng)的抽吸效應(yīng)，防止病害的發(fā)生。

(4)隧道拱墻滲水采用刻槽引流或注漿止水的措施，均能取得較好的效果，而隧道底部滲水，要從提高結(jié)構(gòu)的可靠性著手，采取綜合治理的措施方能取得較好的效果。對于富水隧道，特別是整體道床隧道宜早作排查，發(fā)現(xiàn)隱患，早作處理，降低病害發(fā)生時(shí)的處理難度。

另外，目前我國單線鐵路隧道設(shè)計(jì)側(cè)溝流水底面比底板(仰拱)底面高，如何改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既滿足受力要求，又達(dá)到降低基底水位從而實(shí)現(xiàn)減小隧道底部水壓的問題有待思考。