(成都華川公路建設(shè)集團(tuán)有限公司, 四川 成都 610091)

0 前言

燕子洞隧道為雙洞單向交通隧道，全長(zhǎng)4.944 km，屬特長(zhǎng)隧道，最大埋深470.5 m，本項(xiàng)目2009年11月完成設(shè)計(jì)，2013年12月完成通車。圍巖主要為弱-微風(fēng)化薄-中厚狀白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾薄層紫色，受地質(zhì)構(gòu)造影響，溶蝕嚴(yán)重，溶洞、巖溶漏斗發(fā)育。隧道施工階段，曾多處遭遇溶洞、突水等不良地質(zhì)現(xiàn)象。隧道區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育Ⅰ號(hào)巖溶通道(見(jiàn)圖1)，Ⅰ號(hào)巖溶通道總體走向北西，全長(zhǎng)約3 200 m，在YK129+422左右斜穿隧道左、右洞(標(biāo)高207 m左右)，Ⅰ號(hào)巖溶通道在右洞底板以下5～15 m發(fā)育。

圖1 Ⅰ號(hào)巖溶通道

2011年8月，隧道施工過(guò)程中右洞YK129+422左右位置發(fā)育大型溶洞，溶洞形狀類似U型，見(jiàn)圖2。該段隧道采用抗水壓襯砌(見(jiàn)圖3)并保持原有水路排水通暢，使得巖溶水流從其自有通道流出?？顾畨阂r砌拱腳以上為3層襯砌，仰拱底部為雙層襯砌。

1 主洞YK129+443位置涌水概況

2017年5月23日6點(diǎn)20分左右，燕子洞隧道YK129+443左右的位置發(fā)生大量涌水(見(jiàn)圖4)，大量的巖溶地下水將隧道底板連同路面和混凝土基層頂托破壞，水流奔涌而出，并攜帶泥沙及卵石，道路面如匯集洪流的河道。由于隧道涌水水壓很大，導(dǎo)致隧道底部出現(xiàn)大幅隆起，隆起最大高度約0.70 m，起訖樁號(hào)為YK129+415～YK129+465，長(zhǎng)約50 m。針對(duì)該險(xiǎn)情，隧道右線被迫封閉，停止運(yùn)營(yíng)。

圖2 YK129+422位置溶洞發(fā)育

圖3 YK129+422位置抗水壓襯砌

涌水原因分析：I號(hào)巖溶通道源頭為震旦系板巖分布區(qū)，隧道結(jié)構(gòu)抗水壓襯砌防水能力較強(qiáng)，使得巖溶水流從其自有通道流出，對(duì)隧道影響較小。不過(guò)，隨著連續(xù)幾年暴雨沖刷，以及水流通道從上游帶來(lái)的大量的泥沙及卵石，將通道右側(cè)自有排水通道堵塞，致使隧道附近水位急劇上升,見(jiàn)圖5。YK129+410～YK129+443抗水壓襯砌仰拱厚度為1 m左右，水流無(wú)法擊穿隧道，致其水流從仰拱底下漫流，至YK129+443處無(wú)仰拱的薄弱襯砌結(jié)構(gòu)處涌出，導(dǎo)致路面隆起形成了新的排水通道。

圖4 右洞YK129+443位置涌水

圖5 涌水分析

2 巖溶涌水處治措施

根據(jù)《溆懷高速公路燕子洞隧道YK129+443巖溶水害處治綜合探測(cè)報(bào)告》流量檢測(cè)表，2017年6月24日經(jīng)測(cè)量隧道內(nèi)短時(shí)間最大流量達(dá)到45萬(wàn)m3/d。由于原有隧道附近排水通道已經(jīng)堵塞，采用原有抗水壓襯砌結(jié)構(gòu)以堵為主保持原有排水通道的方案已不太適應(yīng)目前巖溶災(zāi)變后的地質(zhì)情況。經(jīng)過(guò)多次會(huì)議的商討以及綜合專家與各方的意見(jiàn)后，提出了“以排為主”的處治原則，決定在主線隧道左、右線之間設(shè)置引水隧道，排放Ⅰ號(hào)巖溶區(qū)域的水，從而減輕巖溶水對(duì)主線隧道的侵害，并在隧道右洞YK129+443位置設(shè)置集水井，避免下次連續(xù)暴雨再次引發(fā)涌水災(zāi)害。

2.1 引水隧道設(shè)計(jì)

1) 引水隧道平縱設(shè)計(jì)。

該隧道全長(zhǎng)700 m，隧道區(qū)域內(nèi)為Ⅳ級(jí)圍巖，以灰?guī)r為主，起點(diǎn)樁號(hào)為SK0+000，該點(diǎn)引水隧道中線至主洞左線測(cè)設(shè)線的距離為35 m，設(shè)計(jì)標(biāo)高168.0 m，主線對(duì)應(yīng)樁號(hào)為ZK130+060。終點(diǎn)樁號(hào)SK0+700對(duì)應(yīng)主線YK129+370的位置，設(shè)計(jì)標(biāo)高205.40 m，位于灰?guī)r與板巖交界處，巖層交界處往往發(fā)育流水通道，引水隧道終點(diǎn)設(shè)在此處很有必要,隧道平面見(jiàn)圖6。該引水隧道設(shè)計(jì)縱坡為4.4%(上坡)，隧道縱斷面見(jiàn)圖7。

圖6 引水隧道平面

圖7 引水隧道縱斷面

引水隧道于SK0+647處設(shè)置引水橫洞(對(duì)應(yīng)于右洞YK129+443涌水位置)，橫洞長(zhǎng)25 m，設(shè)計(jì)縱坡為2.5%，并于主線隧道對(duì)應(yīng)位置鉆多排φ160 mm孔，以便出水孔與主線隧道的連接。

2) 引水隧道結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)。

引水隧道結(jié)構(gòu)按無(wú)壓、低流速隧道設(shè)計(jì)，引水隧道主洞采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖8a)，襯砌初期支護(hù)由系統(tǒng)錨桿、20 cm噴射混凝土以及14工字鋼組成，30 cm模筑鋼筋混凝土作為二次襯砌結(jié)構(gòu)，該引水隧道最大排水能力可達(dá)200萬(wàn)m3/d。

橫通道采用門型斷面，內(nèi)空2.0 m，高2.75 m，襯砌初期支護(hù)由系統(tǒng)錨桿、18 cm噴射混凝土組成，30 cm模筑混凝土作為二次襯砌結(jié)構(gòu)(見(jiàn)8b)。橫通道施做完成后，于相應(yīng)位置向上施做φ160 mm鉆孔，用以聯(lián)通主線仰拱地板下的巖溶水。

圖8 引水隧道(單位： cm)

2.2 集水井

2.2.1集水井設(shè)計(jì)

在主線右洞YK129+443處設(shè)置了集水井，集水井在引水隧道3#橫洞正上方，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，集水井設(shè)置為4口小井(井壁開(kāi)孔)，井深1.6 m，略低于涌水口，鋪設(shè)2塊蓋板，并新增1條矩形溝進(jìn)行排水(矩形溝1)，且集水井與原有隧道中心水溝相連(矩形溝2)，集水井詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖9。為了充分發(fā)揮引水洞的排水作用，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，在集水井底部設(shè)置了引水鉆孔，并與3#橫洞相通，引水鉆孔的面積為1.89 m2，具體鉆孔尺寸見(jiàn)圖9b。在引水隧道及橫洞施做完成之前，集水井內(nèi)部水暫時(shí)通過(guò)2條矩形溝排至隧道洞口，后期集水井內(nèi)部的水全部通過(guò)引水鉆孔排至引水隧道，而2條矩形溝僅作為泄水安全儲(chǔ)備。

圖9 集水井(單位：cm)

2.2.2集水井引水鉆孔泄水能力計(jì)算

根據(jù)已有設(shè)計(jì)資料，新增泄水孔泄水能力計(jì)算公式為：

Qc=vA

其中，流速計(jì)算公式為：

式中：Cd為孔流系數(shù)，其值約為0.61～0.62；g為重力加速度；h為兩處高度差，按1.6 m計(jì)算。

各鉆孔過(guò)水?dāng)嗝婷娣e分別為：

Ac0.95=3.14×0.4752m2×2=1.42 m2;

Ac0.55=3.14×0.2752m2×1=0.47 m2。

總的斷面面積：

Ac=Ac0.95+Ac0.55=1.89 m2。

因此，新增泄水鉆孔泄水能力：

3 后期運(yùn)行狀況

引水隧道于2018年12月全部施做完成并投入使用，經(jīng)歷了2019年1個(gè)雨季的驗(yàn)證，引水隧道排水效果良好，主線右洞集水井內(nèi)部的水位也能有效地排放至引水洞(沒(méi)有形成高水位)。

4 結(jié)論

燕子洞隧道右洞YK129+443處發(fā)生特大涌水災(zāi)害，本文提出了“以排為主”的處治原則，在主線隧道左、右線之間設(shè)置引水隧道，排放Ⅰ號(hào)巖溶區(qū)域的水，從而減輕巖溶水對(duì)主線隧道的侵害；引水隧道長(zhǎng)700 m，縱坡為4.4%，并在引水隧道SK0+647處設(shè)置引水橫洞(對(duì)應(yīng)于右洞YK129+443涌水位置)，且隧道右洞YK129+443處設(shè)置集水井，并在集水井底部設(shè)置引水鉆孔與引水隧道橫洞相通，避免下次連續(xù)暴雨再次引發(fā)涌水災(zāi)害，通過(guò)計(jì)算，集水井底部鉆孔滿足泄水要求。經(jīng)實(shí)際工程驗(yàn)證，處治措施效果良好。