徐軍政

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安　710043)

The Qinghai-Tibet Railway from Xining to Golmud on Guanjiao Tunnel Leakage Defect

XU Junzheng

青藏鐵路西格段關(guān)角隧道滲漏水病害整治

徐軍政

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安710043)

The Qinghai-Tibet Railway from Xining to Golmud on Guanjiao Tunnel Leakage Defect

XU Junzheng

摘要關(guān)角隧道作為青藏鐵路西格段一條高海拔隧道，所處氣候條件惡劣、地質(zhì)條件復(fù)雜和病害多發(fā)且嚴(yán)重。滲漏水問題是關(guān)角隧道病害主要表現(xiàn)形式，在整治過程中，通過實(shí)地調(diào)查和綜合分析，提出了合理有效的整治措施。

關(guān)鍵詞關(guān)角隧道滲漏水病害整治

1工程概況

青藏鐵路西格段東起青海省西寧市，向西經(jīng)湟源、海晏、剛察、天峻、烏蘭、德令哈等州市縣，至本段終點(diǎn)格爾木，全長(zhǎng)約818 km，系目前青藏高原對(duì)外聯(lián)系的唯一鐵路通道。

關(guān)角隧道位于青藏鐵路西格段海拔最高處，海拔3 690 m，全段平均海拔在3 000 m以上。起訖里程為K312+385.37～K316+397，隧道全長(zhǎng)4 009.89 m，最大埋深約420 m(如圖1)。

關(guān)角隧道1958年開工建設(shè)，1978年隧道通車。隧道的施工前后歷時(shí)30多年，除停工的13年外，正式開挖建設(shè)5年半，而整治病害耗時(shí)9年多，可見隧道地質(zhì)條件復(fù)雜、氣候條件惡劣和病害嚴(yán)重。

2自然地理與地質(zhì)環(huán)境

2.1　自然地理特征

關(guān)角隧道位于青海省天峻縣境內(nèi)，屬祁連山系中段南緣支脈青海南山，呈NW-SE向，總體地勢(shì)中部高北東和南西低，隧道通過區(qū)屬青海南山高山區(qū)的中吾農(nóng)山(俗稱關(guān)角山)。根據(jù)山體的相對(duì)高差，又進(jìn)一步劃分為北坡低高山區(qū)、關(guān)角日吉山中高山區(qū)、南坡低高山區(qū)三個(gè)次級(jí)地貌單元。

隧道通過區(qū)屬青藏高原亞寒帶半干旱氣候區(qū)，根據(jù)天竣縣氣象站資料，年平均氣溫-0.5 ℃，極端最高氣溫28.0 ℃，極端最低氣溫-35.8 ℃，年平均降水量341.6 mm，年最大降水量453.2 mm，年平均蒸發(fā)量1 791.4 mm，最大積雪厚度21 cm，最大凍結(jié)深度299 cm。

圖1　青藏鐵路西格段關(guān)角隧道平面

大氣降水為測(cè)區(qū)地表水、地下水的主要補(bǔ)給來源，而山區(qū)的基巖裂隙水是溝谷、洼地地下水的主要補(bǔ)給來源，山區(qū)溝谷、布哈河谷地和茶卡山前傾斜平原為地下水的徑流、排泄區(qū)，并最終分別匯入青海湖、茶卡鹽湖。

根據(jù)隧道通過區(qū)出露的地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造特征，結(jié)合含水介質(zhì)的不同，將測(cè)區(qū)地下水分為第四系松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類巖溶裂隙水和基巖裂隙水共三大類，地下水無侵蝕性。

2.2　地層巖性特征

洞內(nèi)圍巖均已襯砌，未見地層圍巖出露。隧道進(jìn)、出口基巖裸露，隧道所經(jīng)地段地質(zhì)復(fù)雜，巖層包括震旦系、寒武奧陶系、中上泥盆系、石炭二疊系等共約10余層，均經(jīng)不同程度變質(zhì)并有火成巖侵入。隧道地層洞口兩端以片巖為主，中部以灰?guī)r為主，并有片巖互層，片巖多系泥灰?guī)r，部分片巖含有高嶺土、蒙脫石成份。

2.3　場(chǎng)地地震效應(yīng)與區(qū)域穩(wěn)定性

隧道所處地區(qū)為南祁連山地槽褶皺帶，自喜馬拉雅構(gòu)造期以來，至今青藏高原仍在上升之中，故本區(qū)構(gòu)造活動(dòng)比較頻繁。山區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造縱橫交錯(cuò)，褶皺構(gòu)造殘缺不全，對(duì)本區(qū)影響較大的構(gòu)造形跡為中吾農(nóng)山-青海南山斷裂帶，為北西-南東走向，造成了關(guān)角隧道施工期間的多處坍方，運(yùn)營(yíng)期間的多處漏水并危害至今。

根據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的1/400萬《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，隧道區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，反應(yīng)譜特征周期為0.10 s。

3隧道滲漏水

3.1　滲漏水主要形式

調(diào)查隧道滲漏水，主要的工作是估算水量的問題。微小水量估計(jì)法是一種定性和定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，已成為一種估算水量最常用的方法。其主要原則：一般片狀滲水水量少于滴水；滴水未連成線狀，按照滴水的急緩速度0.2～0.9 m3/d，日出水量在1 m3以內(nèi)；線狀滴水(又叫滴水成線)平均值約3 m3/d，可參照線的粗細(xì)程度進(jìn)行修正。太粗就成了股狀涌水。股狀涌水一般考慮實(shí)測(cè)。

根據(jù)隧道滲漏水形式及部位可將隧道滲漏水形跡分為6種常見類型。

①拱部點(diǎn)狀滴水：主要分布在拱頂、拱腰，呈現(xiàn)出斷續(xù)滴水狀，跌落在道床中央和鋼軌兩旁軌枕及道碴上形成片狀水漬，單個(gè)出水點(diǎn)水量約0.5～1.0 m3/d。

②拱部線狀滴水：呈現(xiàn)出較連續(xù)的滴水狀，單個(gè)出水點(diǎn)水量約2～3 m3/d。

③拱腳股狀涌水：現(xiàn)場(chǎng)一般可見明顯沖刷痕跡，單個(gè)出水點(diǎn)水量應(yīng)實(shí)測(cè)。

④邊墻片狀滲水：呈現(xiàn)出在邊墻上具有一定寬度的上小下大的帶狀水漬。其形成機(jī)理為拱腳及邊墻滴水點(diǎn)依托邊墻支撐下流，擴(kuò)散形成帶狀水漬，可見有微細(xì)滲流，水量約0.5～1.0 m3/d。

⑤邊墻濕水印：呈現(xiàn)出在邊墻上具有一定寬度的上小下大的帶狀水漬，其形成機(jī)理為拱腳及邊墻滴水點(diǎn)依托邊墻支撐向下迅速擴(kuò)散形成帶狀水漬，但未見有微細(xì)滲流。

⑥拱部干水?。悍植荚诠绊敿肮把?，呈現(xiàn)出醒目的白色水印，在無襯砌的拱頂則往往表現(xiàn)不明顯，多數(shù)貫穿于全隧道的洞頂，其在豐水期間內(nèi)可能會(huì)恢復(fù)滴水。

3.2　滲漏水現(xiàn)狀

滲漏水為關(guān)角隧道病害主要表現(xiàn)形式，考慮到電氣化鐵路接觸網(wǎng)對(duì)拱頂?shù)嗡膰?yán)格要求，針對(duì)隧道滲漏水情況，進(jìn)行了洞頂和洞內(nèi)病害調(diào)查。調(diào)查時(shí)已經(jīng)過了當(dāng)?shù)亟邓衅冢『Ρ憩F(xiàn)形式為拱頂和邊墻滴、滲水。另外，在拱部出現(xiàn)有大量的干水印。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查全隧道集中出水段落共有46處，其中拱部26處，邊墻20處，拱部出水點(diǎn)多集中在襯砌接縫處，部分地段漏水嚴(yán)重，危及道床；邊墻出水點(diǎn)多在邊墻上部，仔細(xì)觀察多數(shù)系由拱腰、拱腳滴水沿邊墻流至邊墻部位擴(kuò)大成漬印形狀。據(jù)此判斷出水點(diǎn)所在部位以隧道拱部、邊墻為主。單個(gè)出水點(diǎn)水量約在0.5 m3/d左右，累加下來全隧道總出水量約在19.7 m3/d左右?，F(xiàn)場(chǎng)在隧道拱部見有大量的白色干水印，呈不規(guī)則浸染擴(kuò)大狀，分布于隧道二襯的拱部，表明過去曾經(jīng)為出水點(diǎn)，只是本次調(diào)查期間干涸而已，噴射混凝土洞身段落干水印不明顯。

考慮到本次調(diào)查未在當(dāng)?shù)亟邓衅?，又進(jìn)一步收集了該隧道的滲漏水資料，見表1。

表1　關(guān)角隧道滲漏水情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)

調(diào)查情況與工務(wù)部門提供資料相比較，集中出水段落個(gè)數(shù)多于本次調(diào)查出水點(diǎn)數(shù)，反映了降水集中期隧道滲漏水病害情況較本次調(diào)查期所見情況嚴(yán)重。洞內(nèi)所見列車運(yùn)營(yíng)速度正常，未見有限速現(xiàn)象。

4原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合竣工資料及運(yùn)營(yíng)部門的長(zhǎng)期觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)滲漏水點(diǎn)主要分布于軟質(zhì)巖、斷裂發(fā)育及地下水豐富地段。加之隧道早期施工條件惡劣，施工工藝考慮不周，施工過程中不可避免地造成了圍巖較大的擾動(dòng)，形成較多的地下水通道。再加上襯砌背后回填、壓漿未達(dá)到理想的密實(shí)程度，尤其是防水措施不到位，襯砌混凝土自防水性能差等，是導(dǎo)致滲漏水病害產(chǎn)生的直接原因。

綜合關(guān)角隧道洞頂附近地表調(diào)查情況及既有資料分析，隧道內(nèi)地下水運(yùn)行方向應(yīng)該以豎向?yàn)橹??？紤]到隧道所處區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，巖層歷經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造發(fā)育，隧道內(nèi)圍巖節(jié)理裂隙比較發(fā)育，可能存在巖溶溶隙，連通性良好，大氣降水通過節(jié)理裂隙和巖溶溶隙的下滲通道比較順暢等諸因素，推斷隧道內(nèi)滴滲水來源為大氣降水，類型主要為構(gòu)造裂隙水和巖溶溶隙水。洞頂?shù)貙有钏繛殪o儲(chǔ)量，非雨雪天得不到大氣降水的補(bǔ)充。下雨時(shí)隧道內(nèi)滲漏水量略大，隨著下滲的進(jìn)行，睛天洞頂石灰?guī)r節(jié)理及巖溶溶隙中賦存水量會(huì)逐漸減少，洞內(nèi)出水點(diǎn)和出水量亦隨之減少。

5整治措施

如何引排隧道圍巖裂隙水是關(guān)角隧道病害整治的關(guān)鍵。根據(jù)目前所見隧道內(nèi)滴滲水程度，除在極個(gè)別零星地段導(dǎo)致道床中心出現(xiàn)輕微翻漿冒泥外，道床整體穩(wěn)定性良好，不影響列車運(yùn)行?？紤]到豎向運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造裂隙水遇阻會(huì)產(chǎn)生沿節(jié)理裂隙橫向流動(dòng)并在薄弱處會(huì)再次流出的特點(diǎn)，以及接觸網(wǎng)對(duì)隧道拱部防水的嚴(yán)格要求，建議對(duì)滴滲水地段(包括歷史上曾經(jīng)滴滲水的干水印地段) 按照“排堵結(jié)合，以排為主”的原則，即“分段堵”和“集中排”的辦法進(jìn)行。建議對(duì)拱頂有滴滲水現(xiàn)象的隧道實(shí)施全拱部全隧道長(zhǎng)度的壓漿止水，滴滲水集中處必要時(shí)壓注膨脹止水化學(xué)漿液。

隧道未襯砌地段明顯滴水處有條件最好補(bǔ)做防水層。否則采用壓注水泥漿措施。疏通洞內(nèi)排水溝，盡量將有限的滴滲水引入排水溝，杜絕洞內(nèi)道床翻漿冒泥現(xiàn)象。

6結(jié)論

青藏鐵路西格段關(guān)角隧道病害整治已完成并實(shí)施

電氣化改造，隧道滲漏水病害的整治極大改善了運(yùn)營(yíng)條件，保證了運(yùn)營(yíng)安全。

關(guān)角隧道作為青藏鐵路西格段一條高海拔隧道，所處氣候條件惡劣、地質(zhì)條件復(fù)雜和病害多發(fā)且嚴(yán)重，自通車整治病害耗時(shí)9年多。滲漏水問題是關(guān)角隧道病害主要表現(xiàn)形式，根據(jù)隧道滲漏水特點(diǎn)及原因，建議對(duì)滲漏水地段按照“排堵結(jié)合，以排為主”的原則，采取滲漏點(diǎn)壓漿止水、未襯砌段補(bǔ)做防水層等有效措施。另外，對(duì)病害整治地段建立長(zhǎng)期觀測(cè)系統(tǒng)，以便總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，供今后類似工程借鑒。

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中圖分類號(hào)：U457+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)04-0049-03

作者簡(jiǎn)介：徐軍政(1983—)，男，2006年畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

收稿日期：2015-03-23