單線鐵路整體道床隧道底部滲水綜合治理技術

李德林

(中鐵二局股份有限公司，四川成都610031)

隧著我國鐵路建設事業的高速發展，對線路的安全性、平穩性和舒適性要求越來越高。由于整體式道床具有整體性好、穩定、耐久、維護工作量小等優點，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點，但是整體道床一旦出現病害，維修困難。特別是隧道內因受“水害”影響，出現道床翻漿冒泥、不均勻沉降或道床板抬升等問題嚴重威脅行車安全，而這一現象在單線鐵路整體道床隧道中表現尤為突出，采取綜合治理的措施，達到長治久安目的，是當前迫切需要解決的問題。

1 工程概況

1.1 項目簡介

高蓋山隧道是客貨共線向莆鐵路的重點控制性工程,該隧道位于福建省福州市境內，設計為分離式單線隧道，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5座斜井輔助正洞施工，于2008年10月開工建設，2012年11月完工，2013年9月正式運營。

1.2 地質情況

高蓋山隧道洞身最大埋深723 m；隧道及其兩側1 km范圍內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、深灰色英安質晶屑凝灰熔巖、流紋英安質凝灰熔巖，紫紅色流紋巖、石泡流紋巖夾流紋質(角礫)晶屑熔結凝灰巖為主。另有碎斑熔巖、斑狀花崗巖等，巖體節理、裂隙較發育。隧道區內地質構造較復雜，主要發育有脆性斷裂，褶皺不發育，全隧道穿過斷層49條。

1.3 水文地質情況

高蓋山隧道所處地的年平均降水量1 563 mm。隧道測區內大部分屬于剝蝕中、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，雨季流量增大數倍至數十倍。隧址區內的巖石裂隙是地表水下滲的主要通道，為地下水的補給來源。

隧道區地下水類型有孔隙水、沉積巖層間裂隙水、基巖裂隙水、構造裂隙水，均受大氣降水補給；地下水豐富，透水性好，隧道范圍內有28條斷層為強富水斷層。

1.4 隧道設計結構與防排水措施

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

隧道兩側設置寬35 cm，深90 cm的縱向排水溝。隧道拱墻初期支護與二次襯砌間鋪設EVA防水板+土工布防水。防水層鋪設之前，結合施工縫布置縱、環向排水盲管；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，并根據地下水發育情況調整；縱向排水盲管兩端及環向排水盲管下端進行圓彎接入隧道側溝。拱墻環向施工縫采用外貼式止水帶+中埋式遇水膨脹橡膠止水帶；仰拱施工縫設置中埋式遇水膨脹橡膠止水帶；襯砌縱向施工縫設置遇水膨脹止水條。隧道防排水設計見圖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數十次涌水、突泥。根據隧道涌水段的地質情況和涌水量大小，并結合工期緊的實際情況，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。隧道止水效果經驗收合格后再進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象。

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

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

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 隧道防排水結構示意

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

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

2.3 底部滲水的危害

(1)在硬質圍巖情況下，由于基底地下水沿著施工縫進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，在列車的動載作用及水壓力的劈裂作用下水囊不斷擴大，積水壓力逐漸升高，積聚到一定壓力后，會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)在軟質圍巖情況下，由于基底地下水沿著施工縫進入隧底填充或底板與無砟軌道墊層間，受列車的行駛動載作用，隧道填充或底板與無砟軌道墊層上下振動形成抽吸現象，軟弱圍巖中的細小顆粒被滲水帶出，形成翻漿冒泥現象，并伴隨隧道底部空隙的逐步擴大，引起隧道不均勻沉降甚至底部結構開裂破壞，喪失使用功能。

3 綜合治理技術措施

3.1 治理原則

隧道整體道床一旦破壞，極難修復，對于運營的線路來說，維修天窗時間非常有限，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構的整體加固相結合，形成綜合治理，長久有效的局面，確定了“排水減壓、錨桿鎖定、注漿補強”的原則。具體措施就是對隧道底部壓力水進行打孔引排，減小水的作用壓力；對隧道底板或仰拱設置錨桿，約束底板或仰拱的振動，同時也對注漿時底板或仰拱先上抬升進行約束；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 側溝泄水降壓孔設置

(1)先通過現場排查，結合物探和鉆探情況，確定隧道底部有承壓水的段落。

(2)在有承壓水地段兩側水溝內設置泄水降壓孔，每側水溝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。鉆孔后埋設長約0.7 m的孔口管(采用PVC管或鋼管，孔內埋管深度大于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。側溝泄水降壓孔設置詳見圖2。

圖2 側溝排水孔設置示意(單位：cm)

3.3 隧底錨桿設置

為了快速發揮錨桿的錨固力，采用漲殼式(預應力)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20 cm處位置各設置一排，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，進行基底注漿處理。注漿孔在整體道床兩側20 cm處位置各設置一排，間距1.0 m，與錨桿間隔設置。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{結合錨桿施工同步進行，安設漲殼式錨桿并施加預應力后，立即對注漿孔注漿，此時將漲殼式錨桿(孔)作為觀察孔，當錨桿孔溢漿或達到控制壓力時，停止注漿；對下一個注漿孔注漿，然后再回補錨桿孔注漿。

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

3.4.2 結構裂縫注漿

(1)對整體道床兩側隧道底板或仰拱施工縫滲漏水的，在整體道床外側0.2 m、0.6 m處各鉆1個直徑為42 mm的注漿孔，鉆穿結構混凝土，壓注超細水泥漿，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 擋塊混凝土設置

為保證整體道床干燥、整潔，在營運、維護中隧底積水能有效排走，并進一步增加無砟道床的整體性，在道床板外側增設50 cm(寬)×15 cm(高)的C25素混凝土擋塊。

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

圖4 擋塊混凝土設置示意(單位：cm)

4 施工注意事項

(1)漲殼式錨桿施工，必須先進行工藝性試驗，以取得施工參數，確保錨桿抗撥力不小于設計值。

(2)漲殼式錨桿安裝后，注漿作業要緊跟，并及時進行封錨，防止預應力損失。

(3)注漿過程中，除嚴格控制注漿壓力外，必須對整體道床進行全程監測，防止注漿壓力過大，引起整體道床抬升。 (4)施作護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合緊密。

(5)必須按既有線施工的安全規定執行，確保行車和施工安全。

5 處理效果

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

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

(3)現場對錨桿進行了拉撥檢測，抗拔力大于120 kN；注漿結束后，檢查道床標高，未發現變化。

(4)高蓋山隧道經歷聯調聯試，并于2013年9月正式運營以來，無砟軌道整體道床穩定，軌道幾何尺寸可靠，取得了預期效果。

6 結束語

高蓋山隧道底部滲水隱患由于處置及時，未釀成整體道床抬升或翻漿冒泥的嚴重后果。針對單線鐵路隧道整體道床基底病害時有發生的現狀，結合當前設計和施工情況，提出以下幾點建議。

(1)在隧道設計時，應充分考慮隧道地下水對工程的危害，宜設置全環防水層并給基底地下水預留減壓通道，從源頭上防止病害的發生。

(2)雖然底板結構經濟、且施工方便，但除非是在干燥無水的隧道中，否則宜采用仰拱結構。

(3)在施工過程中要嚴格對工序質量進行把關，隧道基底清理一定要徹底，實現隧底與基巖以及各結構層之間接觸面的緊密結合，以杜絕“水囊”的形成，消除列車行駛振動的抽吸效應，防止病害的發生。

(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，要從提高結構的可靠性著手，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，發現隱患，早作處理，降低病害發生時的處理難度。

另外，目前我國單線鐵路隧道設計側溝流水底面比底板(仰拱)底面高，如何改變結構設計，既滿足受力要求，又達到降低基底水位從而實現減小隧道底部水壓的問題有待思考。