作者單位：中國鐵路昆明局集團(tuán)有限公司昆明工務(wù)機(jī)械段，昆明650217

作者簡(jiǎn)介：尚蘇海，男，工程師。

摘要：連續(xù)強(qiáng)降雨會(huì)造成運(yùn)營鐵路隧道排水不良，影響運(yùn)營鐵路的行車安全。本文結(jié)合某運(yùn)營鐵路隧道排水不良病害整治，對(duì)整治技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。首先介紹了病害情況及原因，其次介紹了地表工程、地下工程以及輔助工程等整治措施，最后總結(jié)了爆破施工對(duì)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)控制和強(qiáng)降雨時(shí)人員安全的風(fēng)險(xiǎn)控制等施工難點(diǎn)的應(yīng)對(duì)措施，以及施工中的監(jiān)測(cè)方法。經(jīng)過整治，強(qiáng)降雨對(duì)隧道線路的影響已得到有效控制，可為同類隧道病害整治施工提供參考。

關(guān)鍵詞：運(yùn)營鐵路隧道；排水不良病害；綜合整治技術(shù)

1病害情況及原因分析

1.1病害情況

某鐵路運(yùn)營期間局部出現(xiàn)涌水、涌砂。2018年8月連續(xù)強(qiáng)降雨，K341+195～+220段出現(xiàn)道床板上拱災(zāi)害，兩側(cè)邊溝冒渾水翻砂；2020年雨季，K341+205附近左、右側(cè)水溝出現(xiàn)局部破裂并冒水涌砂；2022年7月連續(xù)強(qiáng)降雨，K341+209附近出現(xiàn)涌水、涌砂至水溝及道砟下，水溝內(nèi)最大砂層厚約25 cm，K341+209道床上拱最大約2.7 cm，填充層斷裂冒水翻砂，兩側(cè)邊溝溝底破損。

1.2病害原因分析

強(qiáng)降雨后地表溝水、坡面雨水、堆積層孔隙水等下滲，快速補(bǔ)給地下水并攜帶泥砂形成高壓含砂的巖溶水，徑流洞身4號(hào)大理巖條帶內(nèi)發(fā)育的溶洞、溶腔形成高壓含砂巖溶管道水和巖溶裂隙水。因隧道處于地下水水平徑流帶，隧道開挖后改變?cè)械叵滤畯搅魍ǖ溃淼绤^(qū)成為新的排水廊道，但隧道洞身及隧底排水不暢，高壓含砂的巖溶管道水和巖溶裂隙水作用于隧底仰拱填充層，不能快速有效排泄而導(dǎo)致仰拱填充層上拱破損、涌水涌砂。

2整治措施

2.1總體方案

本工程的主要整治措施分為地表工程、地下工程及輔助工程，通過封堵結(jié)合綜合治理。地表工程為封堵落水洞、設(shè)置天溝截?cái)嘁诺乇碛晁瑴p少隧道洞身附近地下水補(bǔ)給。地下工程一是新建左側(cè)泄水洞和左側(cè)集水廊道，對(duì)線路左側(cè)范圍內(nèi)地下水進(jìn)行引排；二是在隧底暗涵，右側(cè)既有3、4號(hào)集水廊道和新建左側(cè)泄水洞及左側(cè)集水廊道設(shè)置集水鉆孔，加強(qiáng)線路病害地段的地下水排放引流。輔助工程為病害段隧道圍巖注漿加固、清篩換砟和增設(shè)視頻監(jiān)控。整治平面如圖1所示。

2.2地表工程

對(duì)地表已發(fā)現(xiàn)落水洞進(jìn)行封閉回填，對(duì)其周邊受溝水沖刷淘空破損處進(jìn)行修補(bǔ)加固。落水洞塌陷坑底部2 m采用C20混凝土回填封閉處理，其上部采用土石回填，頂部50 cm采用黏土回填，回填高度高于周邊地面不小于1 m，回填邊緣線外5 m位置順地形三面設(shè)置截水天溝，排往地形較低方向，截水溝采用C25混凝土澆筑。整體在地面上截?cái)?，減少雨水和居民生活排水對(duì)隧道范圍內(nèi)地下水的補(bǔ)給，緩解地下排水壓力。

2.3地下工程

2.3.1新建左側(cè)泄水洞及廊道

通過既有隧底涵洞施工隧道左側(cè)共長(zhǎng)14 m的泄水洞，泄水洞平行于正洞中線左側(cè)25 m處。于左側(cè)泄水洞對(duì)應(yīng)正洞K341+212處新建一處集水廊道，垂直于正洞施工，集水廊道坡度為0.3%，上坡長(zhǎng)度18 m，集水廊道端頭設(shè)置C30混凝土擋頭墻。

暗涵、泄水洞和集水廊道構(gòu)成了病害地段引排地下水的主動(dòng)脈，其中的集水鉆孔則如毛細(xì)血管延伸向四周，共同組成了整治工程的地下排水系統(tǒng)。

2.3.2集水鉆孔

在既有隧底暗側(cè)壁上往大、小里程方向施工集水鉆孔，集水鉆孔130 mm，長(zhǎng)度20 m，橫向間距2 m，上、下設(shè)置兩排，梅花形布置，每個(gè)鉆孔內(nèi)設(shè)108 mm鋼花管，加強(qiáng)病害地段隧道底部地下水引排。

對(duì)病害段內(nèi)既有集水廊道和新建集水廊道增設(shè)集水鉆孔。集水廊道端頭設(shè)置兩排6孔集水鉆孔，每排3孔，上排長(zhǎng)度20 m，下排長(zhǎng)度10 m，加強(qiáng)對(duì)隧道頂部的水流引排。集水廊道端頭10 m范圍內(nèi)兩側(cè)邊墻上設(shè)置兩排豎向間距1 m的集水鉆孔，長(zhǎng)10 m，橫向間距2 m，交錯(cuò)布置，孔內(nèi)設(shè)108 mm鋼花管，加強(qiáng)病害地段隧道兩側(cè)的地下水引排。廊道集水鉆孔如圖2所示。

2.4輔助工程

為保證施工過程中的正線隧道動(dòng)車運(yùn)行安全，在正式施工前對(duì)施工新建集水廊道中線兩側(cè)各3 m范圍的正線隧道用5 m長(zhǎng)42 mm鋼花管進(jìn)行徑向圍巖注漿加固。鋼花管環(huán)、縱向間距為2 m×2 m，保證施工不影響正線隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，隧道注漿加固如圖3所示。在主體施工結(jié)束后，對(duì)病害地段的有砟道床進(jìn)行清篩作業(yè)，清除更換前期病害和施工過程中污染的臟污道砟，確保行車安全。

為保證施工完成后能對(duì)病害地段的地下水流情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在泄水洞和集水廊道內(nèi)增加視頻監(jiān)控設(shè)備。

3施工難點(diǎn)

病害地段工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況復(fù)雜，在新建左側(cè)泄水洞和左側(cè)集水廊道施工過程中，將原設(shè)計(jì)的機(jī)械開挖方案變更為爆破開挖方案。在臨近動(dòng)車運(yùn)行區(qū)段隧道進(jìn)行爆破施工對(duì)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)控制，汛期時(shí)強(qiáng)降雨導(dǎo)致地下水位急速上升對(duì)施工人員人身安全的風(fēng)險(xiǎn)控制是本工程的施工難點(diǎn)。

3.1施工地質(zhì)揭示情況

初期開挖和超前探孔的地質(zhì)情況揭示，泄水洞開挖掌子面前方的巖層巖體堅(jiān)硬、完整性好，探孔未見出水、未見夾層裂隙和溶腔，如圖4所示。因?yàn)閲鷰r堅(jiān)硬，使用機(jī)械難以開挖，變更為爆破開挖。

爆破施工開挖過程中，左側(cè)泄水洞全斷面圍巖

情況符合Ⅱ級(jí)圍巖特征：巖層巖體堅(jiān)硬、完整性好，有少量夾層和貫通微張節(jié)理；巖層大部分為層狀巖層，厚度為中厚層，層間結(jié)合一般，少見有分離現(xiàn)象。左側(cè)泄水洞在開挖施工過程中未發(fā)現(xiàn)水流，僅在頂部有極少部分裂隙水滲滴。在施作錨噴后，于泄水洞端頭處逐漸出現(xiàn)小股穩(wěn)定水流，流量小，隨后于此處增設(shè)集水鉆孔，往水流徑向方向延伸，成孔后的水流量較之前有所增大，整體的流量仍較小，降雨后未見變化。

集水廊道爆破施工開挖過程中，在1～12 m段符合Ⅱ級(jí)圍巖特征：巖層巖體堅(jiān)硬、完整性好，有少量夾層。在12～15.75 m段，巖層情況變差，巖層大部分為層狀巖層，層間結(jié)合差，有分離現(xiàn)象，巖層有較多節(jié)理發(fā)育，有較多層狀軟弱面和夾層。集水廊道在整個(gè)施工過程中，除少量裂隙水滲滴外，均未發(fā)現(xiàn)其他水流，在集水鉆孔施作后，也未出現(xiàn)水流，廊道整體未探出地下水流。

3.2爆破施工對(duì)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)控制

采用全斷面淺孔爆破法進(jìn)行開挖。爆破方案涉及的內(nèi)容為左側(cè)14延米泄水洞及15.75延米新建左側(cè)集水廊道開挖，泄水洞掌子面爆破尺寸為4.49 m×5.52 m，新建左側(cè)集水廊道掌子面爆破尺寸為4.4 m×4.5 m。泄水洞與正洞平行，水平距離為19.69 m，集水廊道與正洞垂直，距離正洞最近水平距離為3.94 m，相關(guān)位置關(guān)系如圖5所示。設(shè)計(jì)循環(huán)進(jìn)尺為1.6 m，炮孔利用率為85%，采用電子雷管分段延時(shí)起爆網(wǎng)路。為控制爆破振動(dòng)，新建集水廊道距離正洞7 m范圍之外采用短進(jìn)尺（0.8 m）光面爆破，爆破開挖長(zhǎng)度為12.69 m；7 m以內(nèi)采用短進(jìn)尺（0.8 m）預(yù)裂爆破，爆破開挖長(zhǎng)度為3.06 m，炮孔利用率為85%，采用電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路。

3.2.1爆破振速控制

（1）理論振速驗(yàn)算

需要爆破的隧道為單線隧道，地下淺孔爆破振動(dòng)頻率為60～300 Hz，爆破振動(dòng)速度允許值取8 cm/s[1]，振動(dòng)速度見表1。

（2）振速控制措施

采用短進(jìn)尺爆破，泄水洞循環(huán)進(jìn)尺控制在1.6 m以內(nèi)，集水廊道循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8 m以內(nèi)，控制一次爆破循環(huán)藥量。泄水洞爆破采用光面分段延時(shí)爆破網(wǎng)路，將最大單響藥量控制在3.4 kg以內(nèi)，集水廊道采用逐孔起爆網(wǎng)路，將最大單響藥量控制在0.7 kg以內(nèi)。集水廊道采取光面爆破開挖為主，預(yù)裂爆破開挖為輔的施工方式，每次爆破均需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量振速，按8 cm/s為控制點(diǎn)及時(shí)調(diào)整裝藥量。做好爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，在主隧道距離爆破點(diǎn)最近的地方放置測(cè)振儀，對(duì)實(shí)際產(chǎn)生的爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)值對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[2]。

3.2.2爆破作業(yè)情況

整個(gè)爆破作業(yè)過程，共利用27個(gè)爆破天窗，完成了泄水洞和新增集水廊道共計(jì)29.75 m的爆破工作，日天窗作業(yè)掘進(jìn)量達(dá)1.1 m，與施工初期的機(jī)械開挖施工速度相比有較大提升。期間共使用炸藥1 438.7 kg，單日最大炸藥使用量70 kg，平均每延米掘進(jìn)量消耗炸藥48.4 kg，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)最大振速為6.33 cm/s，可確保正線隧道的運(yùn)行安全。

3.3強(qiáng)降雨時(shí)人員安全的風(fēng)險(xiǎn)控制

施工期間共經(jīng)歷6次強(qiáng)降雨，對(duì)每次降雨的地下水流變化情況進(jìn)行記錄并分析，保證降雨期間洞內(nèi)施工人員的安全。6次強(qiáng)降雨后，施工洞內(nèi)都存在水流急劇增大，涌泥涌水的現(xiàn)象，降雨造成的涌泥涌水情況如圖6所示。為了保證洞內(nèi)施工人員的安全，在接到降雨預(yù)警后，施工現(xiàn)場(chǎng)立即組織人員進(jìn)行撤離，通過視頻監(jiān)控監(jiān)測(cè)洞內(nèi)水位，待水流減小，確保施工環(huán)境安全后，再行進(jìn)入施工。

4施工監(jiān)測(cè)

為保證施工期間泄水洞自身穩(wěn)定以及正線隧道鐵路設(shè)施的安全，給施工提供準(zhǔn)確科學(xué)的數(shù)據(jù)，在施工期間對(duì)泄水洞、新增廊道、正線隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.1測(cè)點(diǎn)布置

泄水洞和廊道檢測(cè)項(xiàng)目：水平收斂、拱頂下沉。正線隧道量測(cè)項(xiàng)目：位移監(jiān)測(cè)。

水平收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)與拱頂下沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在同一斷面。開挖完成后布點(diǎn)，鉆孔后將鋼筋插入孔內(nèi)，并用砂漿填充，鋼筋頭外露2 cm左右。布點(diǎn)時(shí)拱頂鋼筋垂直于水平面，側(cè)壁鋼筋垂直于隧道中線。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)預(yù)埋鋼筋端部焊接5 cm×5 cm×0.3 cm的鋼片，上面貼反射片。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及布設(shè)如圖7所示。

4.2監(jiān)測(cè)方法

采用全站儀極坐標(biāo)法（圖8）依次對(duì)每條斷面上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.3數(shù)據(jù)分析

整個(gè)施工過程的監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2，收斂值當(dāng)日最大變化量為0.6 mm，累計(jì)最大變化量為-2.6 mm；沉降值當(dāng)日最大變化量-1.0 mm，累計(jì)變化量為-3.3 mm，均在允許范圍內(nèi)。

5整治效果

新建集水廊道、左側(cè)泄水洞如圖9和圖10所示。采取地表封堵、地下引排、堵排結(jié)合的綜合治理方式，隧道安全度過了2023年防洪期。在降雨過程中和降雨后的軌道線路檢查中，線路幾何尺寸均沒有發(fā)生變化。在主要的整治措施完成后，強(qiáng)降雨對(duì)隧道線路的影響已得到有效控制。

6結(jié)語

經(jīng)整治，隧道現(xiàn)有的排水不良病害問題得到有效解決。工程實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在臨近動(dòng)車運(yùn)行區(qū)段使用爆破施工時(shí)，通過安全有效地控制，能夠避免爆破施工對(duì)既有隧道產(chǎn)生的影響，能保證既有運(yùn)營鐵路隧道的安全，為今后的相似工程提供了現(xiàn)實(shí)支持。

在整治過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的整治措施存在一定時(shí)效性，本期工程封堵的四個(gè)地表落水洞并沒有徹底截?cái)嗟乇硭南聺B，后續(xù)還需進(jìn)一步尋找更多的地表下滲水源補(bǔ)給點(diǎn)，從源頭上截?cái)嘟涤陮?duì)地下水的補(bǔ)給。工務(wù)部門也需適時(shí)維護(hù)排水通道，確保排水通暢。

參考文獻(xiàn)

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