貴南高速鐵路巖溶隧道底板型箱體排水新型襯砌結(jié)構(gòu)研究

曾宏飛 卿偉宸 陶偉明 張志強(qiáng) 鐘昌桂

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031；2.西南交通大學(xué)，成都 610031)

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，路網(wǎng)規(guī)劃的不斷實(shí)施，西南山區(qū)鐵路建設(shè)發(fā)展迅猛，在地質(zhì)復(fù)雜的巖溶地區(qū)修建的隧道工程越來(lái)越多[1]。如宜萬(wàn)鐵路，隧道159座，總長(zhǎng)約278 km，其中巖溶隧道91座，通過可溶巖段落長(zhǎng)度占隧道總長(zhǎng)度的58%[2]；云桂鐵路，隧道170座，總長(zhǎng)約402 km，其中巖溶隧道51座，長(zhǎng)170.5 km，占全線隧道總長(zhǎng)度的42.4%[3]；在建貴南高速鐵路，新建正線隧道108座，總長(zhǎng)257.512 km，其中通過可溶巖段落長(zhǎng)度約175 km，占隧道總長(zhǎng)度的68%，是目前我國(guó)在建高速鐵路中巖溶最為發(fā)育的線路之一。

西南山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶發(fā)育極為不規(guī)律，勘察設(shè)計(jì)期間難以完全探明巖溶發(fā)育的規(guī)模、形態(tài)，再加上超前預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的不足，導(dǎo)致施工期間易出現(xiàn)“涌水突泥、隧道失穩(wěn)、涌水量大、排水不足”等問題。如渝懷鐵路圓梁山隧道修建期間發(fā)生了32次突水、突泥災(zāi)害[4]；宜萬(wàn)鐵路野三關(guān)隧道最高日常涌水量達(dá)20萬(wàn)m3，歷經(jīng)88次突水、突泥考驗(yàn)[5]；滬昆鐵路高塝隧道、崗烏隧道、白巖腳隧道等10余座長(zhǎng)大隧道在施工期間均出現(xiàn)過不同程度涌水突泥，累積增設(shè)泄水洞長(zhǎng)約 21 km；滬昆客運(yùn)專線朱砂堡二號(hào)隧道、成貴鐵路玉京山隧道均開挖揭示巨型溶洞大廳，投資增加顯著，影響建設(shè)工期[6-7]；織畢鐵路楊家坡隧道、大營(yíng)山隧道等雨季后隧道涌水量遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)預(yù)估，出現(xiàn)溝槽排水能力不足等問題。

西南山區(qū)巖溶隧道在運(yùn)營(yíng)期間也常出現(xiàn)“隧底翻漿冒泥、仰拱上拱、道床隆起、排水系統(tǒng)失效、施工縫滲漏涌、襯砌結(jié)構(gòu)破壞”等問題。2012年6月15日，黔桂鐵路鄧山隧道D1K 125+894左側(cè)水溝底出現(xiàn)涌水、涌砂并進(jìn)入道床，中斷行車3 h 43 min；2015年 6月，由于連續(xù)降雨，貴廣鐵路胡山隧道出現(xiàn)局部軌道上拱，威脅運(yùn)營(yíng)安全；2015年6月暴雨后，滬昆鐵路麻拉寨隧道D1K 610+390～D1K 610+490段仰拱出現(xiàn)翻漿冒泥、軌道板隆起，威脅運(yùn)營(yíng)安全；2014年6月，廣昆鐵路秀寧隧道DK 997+300～DK 997+580段二襯施工縫滲漏水、局部地下水沿施工縫射出(黃色泥漿水)，引起地表塌陷，威脅運(yùn)營(yíng)安全[8]；2017年6月30日暴雨后，滬昆鐵路白巖腳隧道左側(cè)側(cè)溝施工縫處大量水流涌出，高度約2.1 m，水流沖入左線道床與溝槽間，并影響接觸網(wǎng)，導(dǎo)致行車中斷[9]。

總體來(lái)看，西南山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶發(fā)育，施工期間各類巖溶病害頻發(fā)，工期壓力大，工程投資大幅增加；運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)的各類巖溶病害，嚴(yán)重影響列車的運(yùn)營(yíng)安全，引起了各方的強(qiáng)烈關(guān)注，產(chǎn)生了極為負(fù)面的社會(huì)效應(yīng)。

1 貴南高速鐵路巖溶隧道特點(diǎn)

貴南高速鐵路全長(zhǎng)482 km，從貴陽(yáng)至南寧依次通過貴州高原、貴州高原斜坡帶、廣西盆地三大地貌單元，地貌類型以溶蝕型、侵蝕型、溶蝕侵蝕型為主，地貌形態(tài)主要由溶蝕槽谷、溶蝕谷地、峰叢洼地等組成，巖溶地貌極其發(fā)育，有“巖溶強(qiáng)烈發(fā)育、洼地隧道關(guān)聯(lián)、季節(jié)變動(dòng)帶長(zhǎng)，水害風(fēng)險(xiǎn)較高”的特點(diǎn)。巖溶隧道發(fā)育情況如表1所示。

表1 貴南高速鐵路隧道巖溶發(fā)育程度統(tǒng)計(jì)表

貴南高速鐵路巖溶主要發(fā)育于二疊系、石炭系、泥盆系、奧陶系及寒武系的灰?guī)r、白云巖與白云質(zhì)灰?guī)r中，尤其以二疊系、石炭系中最為發(fā)育。從表1可以看出，全線隧道穿越巖溶段長(zhǎng)度占隧道總長(zhǎng)的68.2%，其中巖溶強(qiáng)烈發(fā)育段長(zhǎng)度占隧道總長(zhǎng)的51.3%。

貴南高速鐵路隧道洞身地段多為峰叢、洼地和槽谷，地形起伏較大，坡陡溝深。地表巖溶洼地、落水洞、漏斗、溶洞發(fā)育，洼地平面形態(tài)呈現(xiàn)為多邊形、橢圓形或圓形、長(zhǎng)條形及不規(guī)則形等。大部分溶蝕洼地底部較平坦，多為殘、坡積物堆積，表層被莊稼或灌木、雜草覆蓋。根據(jù)勘測(cè)資料，貴南高速鐵路全線對(duì)隧道工程有影響的洼地有329個(gè)，其中貴州段84個(gè)，廣西段245個(gè)，如表2所示。

表2 貴南高速鐵路隧道巖溶洼地分布情況統(tǒng)計(jì)表

貴南高速鐵路穿越區(qū)域氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)型氣候，降雨量充沛，部分地區(qū)雨季最大日降雨量超過300 mm。而本線巖溶暗河、洼地、漏斗、落水洞極發(fā)育，大氣降水絕大部份將滲入隧道，直接威脅隧道安全。貴南高速鐵路沿線氣象資料如表3所示。

表3 貴南高速鐵路沿線氣象資料統(tǒng)計(jì)表

貴南高速鐵路沿線隧道穿越各類型可溶巖段落長(zhǎng)度長(zhǎng)約175 km，通過垂直滲流帶約31.1 km，季節(jié)變動(dòng)帶130.3 km，水平循環(huán)帶11.6 km，深部緩流帶2.5 km。貴南高速鐵路隧道巖溶分帶如圖4所示。

從表4可以發(fā)現(xiàn)，沿線隧道通過季節(jié)變動(dòng)帶的比例占其全部巖溶隧道段落的74.46%，表明其沿線隧道巖溶發(fā)育段落大部分位于季節(jié)變動(dòng)帶。在季節(jié)變動(dòng)帶，地下水的運(yùn)動(dòng)隨季節(jié)變動(dòng)，呈周期性的升降變化，在此分帶中，巖溶發(fā)育最強(qiáng)烈，常形成復(fù)雜的大型溶洞、暗河、地下湖等。因此，處于此分帶的隧道，發(fā)生巖溶水害事件的概率較高。

表4 貴南高速鐵路隧道巖溶分帶情況統(tǒng)計(jì)表

2 傳統(tǒng)巖溶隧道存在的問題

目前在建及運(yùn)營(yíng)的巖溶隧道襯砌結(jié)構(gòu)大部分為仰拱型襯砌，其排水系統(tǒng)以“隧道體內(nèi)排水”為主要模式，地下水排放路徑為：圍巖→初期支護(hù)→排水盲管→側(cè)溝→橫向排水管→中心水溝(雙線)或圍巖→初期支護(hù)→排水盲管→側(cè)溝(單線或雙線)，即隧道結(jié)構(gòu)周邊的水通過初期支護(hù)滲透經(jīng)由排水盲管引排至隧道結(jié)構(gòu)本體之內(nèi)的水溝，最終排出洞外。襯砌排水系統(tǒng)現(xiàn)主要存在以下三個(gè)方面的問題：

(1)隧底積水無(wú)法引排

仰拱型襯砌中心水溝(或側(cè)溝)設(shè)于隧道結(jié)構(gòu)之內(nèi)，主要引排拱墻范圍的周邊地下水，隧道仰拱以下的積水無(wú)法有效引排、仰拱承受部分水壓，加之仰拱及填充、填充本身存在的施工縫以及隧道縱向施工縫，極易引起隧底翻漿冒泥，填充道床隆起。

(2)排水系統(tǒng)易于堵塞

巖溶地區(qū)地下水往往帶有各類化學(xué)離子，與混凝土或噴射混凝土材料相互作用后往往形成各類型結(jié)晶體，堵塞隧道環(huán)向盲管、縱向盲管等排水系統(tǒng)，導(dǎo)致隧道排水系統(tǒng)失效，巖溶水從襯砌結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，如施工縫等滲漏進(jìn)入隧道，嚴(yán)重時(shí)甚至引起襯砌結(jié)構(gòu)的破壞。

(3)雨季排水能力不足

仰拱型襯砌受道床結(jié)構(gòu)、洞內(nèi)附屬構(gòu)筑物及隧道斷面工程經(jīng)濟(jì)性制約，考慮施工難易程度，洞內(nèi)側(cè)溝或中心溝的過水?dāng)嗝孀杂啥炔淮螅^水能力受限，在極端暴雨氣候條件下，地下水水位驟增，形成超高水壓，導(dǎo)致隧底仰拱隆起，襯砌結(jié)構(gòu)破壞等巖溶病害。

具體問題示意如圖1所示。解決上述問題的傳統(tǒng)方法主要有：

圖1 巖溶隧道襯砌排水系統(tǒng)存在問題示意圖

(1)加強(qiáng)排水能力，設(shè)置隧道泄水孔

加強(qiáng)隧道拱墻部位盲溝的排水能力、加密邊墻泄水孔的設(shè)置，降低拱墻部分水壓，但難以有效降低隧底結(jié)構(gòu)承受的水壓。

(2)加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)，提高抗水壓能力

一方面增設(shè)襯砌鋼筋或加強(qiáng)襯砌配筋，提高其承載能力，降低襯砌開裂風(fēng)險(xiǎn)；一方面加大襯砌厚度、調(diào)整仰拱曲率，設(shè)置圓形或近似圓形斷面，采用抗(部分)水壓襯砌。但單純?cè)黾优浣铍y以有效防止仰拱隆起及道床變形，圓形抗水壓襯砌投資大，且高水頭地段難以實(shí)施。

(3)設(shè)置泄水洞，疏排隧周巖溶水

設(shè)置泄水洞可大幅度降低巖溶隧道風(fēng)險(xiǎn)，但工程造價(jià)巨大；泄水洞距離正洞約20～30 m，難以完全襲奪地下水，在建成的鐵路隧道中，個(gè)別隧道即使設(shè)置了泄水洞排水，正洞仍出現(xiàn)隧底變形開裂等巖溶病害，如圖2所示。另外，泄水洞的養(yǎng)護(hù)維修也存在很大問題。

圖2 泄水洞未能揭示巖溶水正洞持續(xù)水害示意圖

因此，設(shè)置有效的防排水體系尤其是隧底排水系統(tǒng)成為巖溶隧道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為降低復(fù)雜巖溶地區(qū)隧道運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)，改善防排水系統(tǒng)勢(shì)在必行，而防排水系統(tǒng)又與襯砌結(jié)構(gòu)尤其是隧底結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，為此應(yīng)首先優(yōu)化隧底結(jié)構(gòu)。因施工繁瑣、維護(hù)管理困難等問題，結(jié)構(gòu)體外排水系統(tǒng)(例如隧底設(shè)置排水管溝)還未真正落到實(shí)處。因此，需要一種新型襯砌結(jié)構(gòu)體系，兼具隧底排水通暢、便于施工、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠適應(yīng)巖溶及巖溶水的無(wú)規(guī)律性，以期望降低貴南高速鐵路乃至全國(guó)復(fù)雜巖溶地區(qū)鐵路隧道的建設(shè)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

3 新型襯砌結(jié)構(gòu)選型研究

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前部分巖溶隧道為降低水害風(fēng)險(xiǎn)，采用了仰拱深埋中心溝型襯砌，如圖3所示，在隧道仰拱以下設(shè)置深埋的中心水溝，用于引排隧道周邊及底部的地下水。存在的主要問題在于“施工困難、形態(tài)難控”，即隧道仰拱開挖后在其中部位置繼續(xù)下挖2～3 m，施工干擾較大，深埋水溝形態(tài)難以保證；“檢修困難、維護(hù)缺失”，即巖溶地區(qū)地下水在排水系統(tǒng)中常形成堵塞，需要及時(shí)維護(hù)，即使在隧道縱向設(shè)置檢查井，由于天窗時(shí)間有限，作業(yè)空間狹小等問題，也存在運(yùn)維上的缺陷。

圖3 仰拱深埋中心溝型襯砌結(jié)構(gòu)示意圖

為徹底解決上述問題，中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司研究提出了如圖4所示的底板型箱體排水型襯砌結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)邊墻底設(shè)置箱型基礎(chǔ)兼做集排水廊道，用于引排隧道周邊及隧道底部的巖溶水、地下水，在箱體之間設(shè)置底板連接，通過兩側(cè)箱體的剛度，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。底板型箱體排水型襯砌結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：

圖4 底板型箱體排水型Ⅴ級(jí)襯砌結(jié)構(gòu)示意圖(mm)

(1)隧底泄水快，排水路徑短

在襯砌邊墻底部設(shè)置箱型基礎(chǔ)兼集排水廊道，環(huán)向盲管可直接彎入箱體中，箱體內(nèi)部也可直接設(shè)置泄水孔，隧道周邊巖溶水、地下水可以快速高效的引入箱體內(nèi)并快速排走，具有泄水速度快，排水路徑短的優(yōu)點(diǎn)。

(2)排水空間大，泄水能力強(qiáng)

底板型箱體排水型襯砌在兩側(cè)邊墻底部設(shè)置的箱體基礎(chǔ)兼集排水廊道，其內(nèi)凈空為1.5 m(寬)×1.8 m(高)，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)側(cè)溝或中心溝尺寸，排水空間保證了足夠的泄水能力。

(3)檢修空間大，運(yùn)營(yíng)維護(hù)容易

兩側(cè)邊墻底部設(shè)置箱體的凈空空間，可以滿足運(yùn)營(yíng)期間的檢修、維護(hù)要求，通過設(shè)置檢查井、檢查洞室等方式，達(dá)到隧道襯砌方便檢修，便于維護(hù)的要求。

(4)施工干擾小，現(xiàn)場(chǎng)施作快

在兩側(cè)邊墻底部設(shè)置箱型基礎(chǔ)，不對(duì)隧道中部構(gòu)成影響，施工車輛可在隧道中部通行，快速進(jìn)行開挖、出渣、支護(hù)等作業(yè)，對(duì)施工干擾較小，便于施工組織，施工現(xiàn)場(chǎng)易于實(shí)施。

“底板型箱體排水型襯砌”相比于“仰拱深埋中心溝型襯砌”，排水能力更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，運(yùn)營(yíng)維護(hù)更加便捷，施工現(xiàn)場(chǎng)更易實(shí)施。下文基于“底板型箱體排水型襯砌”的構(gòu)造特點(diǎn)，進(jìn)一步對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、圍巖穩(wěn)定性和泄水能力等因素進(jìn)行理論分析。

4 底板型箱體排水新型襯砌結(jié)構(gòu)理論研究

為分析底板型箱體排水新型襯砌結(jié)構(gòu)的受力特征、圍巖穩(wěn)定性、泄水能力等因素，采用通用有限元分析軟件ANSYS，建立實(shí)體模型，以V級(jí)圍巖深埋荷載為例，進(jìn)行結(jié)構(gòu)理論分析，采用通用有限差分軟件Flac3d，建立泄水?dāng)?shù)值模型，進(jìn)行泄水能力分析。

4.1 力學(xué)性能分析

(1)計(jì)算模型

采用SOLID 65單元來(lái)模擬結(jié)構(gòu)襯砌，采用彈簧模擬地基土等抗力作用。在建模時(shí)，取3 m洞身為研究對(duì)象，將鋼筋視為分布于整個(gè)襯砌單元中，和混凝土作為整體式單元考慮。襯砌底部作地基彈簧，并沿洞身均勻布置，有限元模型如圖5所示。

圖5 新型襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算有限元模型圖

(2)參數(shù)選取

根據(jù)現(xiàn)行TB 10003-2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，以V級(jí)圍巖為例，進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析(考慮該襯砌為排水型襯砌，計(jì)算中僅考慮V級(jí)圍巖荷載，未考慮水壓力)，材料物理力學(xué)參數(shù)如表5所示。

表5 襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)表

(3)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，新型襯砌的豎向變形、第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力、基底塑性區(qū)、內(nèi)力分布圖、結(jié)構(gòu)安全系數(shù)如圖6所示。

圖6 新型襯砌結(jié)構(gòu)理論分析結(jié)果圖

(4)與傳統(tǒng)底板型襯砌受力對(duì)比分析

為進(jìn)一步分析底板型箱體排水新型襯砌力學(xué)性能，在同樣荷載情況下，與傳統(tǒng)底板型襯砌力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出：

表6 新型箱體襯砌與傳統(tǒng)底板襯砌計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

①新型襯砌結(jié)構(gòu)的最大位移發(fā)生在拱頂位置處，為1.77 cm，底板豎向位移值為6.77 mm，理論計(jì)算值與傳統(tǒng)仰拱型襯砌計(jì)算結(jié)果接近，可以看出，新型襯砌結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性。

②新型襯砌結(jié)構(gòu)的最大第一主應(yīng)力(拉)發(fā)生在拱頂內(nèi)側(cè)，為7.79 MPa，與傳統(tǒng)仰拱型襯砌計(jì)算結(jié)果接近；新型襯砌結(jié)構(gòu)最大第三主應(yīng)力(壓)出現(xiàn)在拱頂外側(cè)、拱腰內(nèi)側(cè)，最大值為14.4 MPa，均小于混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，可看出新型襯砌結(jié)構(gòu)具有良好的應(yīng)力狀態(tài)。

③新型襯砌基底塑性區(qū)的最大值為 0.555E-03，最大塑形應(yīng)變發(fā)生內(nèi)墻外側(cè)底部土體處整體分析可以看出，新型襯砌的塑性區(qū)較小且塑形應(yīng)變較小，結(jié)構(gòu)整體受力合理基底穩(wěn)定性良好。

④從新型襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖和彎矩圖中可以發(fā)現(xiàn)，新型襯砌的最大軸力則出現(xiàn)在邊墻處，為 2 036.63 kN，最大彎矩則出現(xiàn)在箱體外墻處，為408.80 kN·m。從彎矩的分布來(lái)看，新型襯砌截面的彎矩反彎點(diǎn)出現(xiàn)在拱腰等位置處，最大彎矩差值為679.64 kN·m，內(nèi)力分布良好。

⑤與傳統(tǒng)底板型襯砌受力分析相比，新型襯砌結(jié)構(gòu)隧道拱部與傳統(tǒng)底板襯砌受力情況相似，新型襯砌由于兩側(cè)箱體的剛度較大，拱腳與墻腳的受力情況優(yōu)于傳統(tǒng)底板型，底板中部由于新型襯砌所受軸力較小，安全系數(shù)較傳統(tǒng)底板型有所降低。新型襯砌各處安全系數(shù)均滿足規(guī)范安全要求，且富余量較大，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較高。

4.2 泄水能力分析

(1)模型概況

為分析底板型箱體排水新型襯砌結(jié)構(gòu)的泄排水能力，與“傳統(tǒng)襯砌+泄水洞”模式的泄水能力進(jìn)行對(duì)比，采用Flac3d軟件建立Ⅳ級(jí)圍巖中新型襯砌結(jié)構(gòu)泄水模型和“傳統(tǒng)襯砌+泄水洞”模式泄水模型，如圖7所示。考慮邊界效應(yīng)，對(duì)于新型襯砌模型，隧道外側(cè)距離左右邊界為30 m，上邊界為60 m，下邊界為15 m，縱向長(zhǎng)度為10 m，計(jì)算模型如圖8所示；對(duì)于“傳統(tǒng)襯砌+泄水洞模型”，隧道外側(cè)距離左右邊界為60 m，上邊界為60 m，下邊界為15 m，縱向長(zhǎng)度為10 m。

圖7 新型襯砌結(jié)構(gòu)泄水能力分析有限元模型圖

圖8 底板型箱體排水型Ⅳ級(jí)襯砌結(jié)構(gòu)示意圖(mm)

(2)參數(shù)設(shè)置

對(duì)于力學(xué)邊界，模型上端為自由邊界，底部位移垂直約束，兩側(cè)水平位移約束，沿隧道軸線前后方向水平約束。

對(duì)于滲流邊界，模型上下、左右邊界為透水邊界且采用固定孔隙水壓力，沿隧道縱向的前后邊界為自由邊界。初始空隙水壓力為按重力場(chǎng)梯度分布的靜水壓力。

采用Ⅳ級(jí)圍巖參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，參數(shù)選取如表7所示。

表7 泄水模型計(jì)算參數(shù)

(3)計(jì)算結(jié)果

兩種泄水模型的孔壓等值線圖、襯砌背后孔壓示意如圖9所示。

圖9 新型襯砌結(jié)構(gòu)泄水能力分析結(jié)果圖

為更直觀的比較兩者的排水能力，按平均水壓進(jìn)行計(jì)算，即通過提取隧道襯砌背后單元的孔壓、單元體積等數(shù)據(jù)，經(jīng)過積分求得在隧道縱向上單位長(zhǎng)度所受的全部水壓，除以隧道環(huán)向周長(zhǎng)可得出在隧道縱向、環(huán)向上單位長(zhǎng)度的襯砌背后平均水壓，計(jì)算結(jié)果如表8所示。

表8 排水后襯砌平均水壓表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出：

(1)新型襯砌結(jié)構(gòu)排水分布形式更優(yōu)

新型襯砌結(jié)構(gòu)襯砌背后水壓力沿隧道軸線對(duì)稱分布；而傳統(tǒng)泄水洞結(jié)構(gòu)正洞襯砌背后水壓力由于受一側(cè)泄水洞影響，遠(yuǎn)泄水洞側(cè)水壓力比近側(cè)高30%左右，呈明顯偏壓狀態(tài)。

(2)新型襯砌結(jié)構(gòu)排水泄壓能力更強(qiáng)

采用新型襯砌結(jié)構(gòu)后，隧道襯砌拱頂平均水壓為4.3 kPa，為傳統(tǒng)泄水洞12.0 kPa的35.8%；襯砌拱腰平均水壓為7.5 kPa，為傳統(tǒng)泄水洞15.6 kPa的48.1%；襯砌拱墻平均水壓為8.7 kPa，為傳統(tǒng)泄水洞16.7 kPa的52.1%；隧道底部平均水壓為9.6 kPa，為傳統(tǒng)泄水洞30.1 kPa的31.9%。新型襯砌結(jié)構(gòu)襯砌背后殘余水壓比傳統(tǒng)泄水洞結(jié)構(gòu)更小，可見新型襯砌結(jié)構(gòu)的排水能力優(yōu)于傳統(tǒng)泄水洞。

5 結(jié)論及建議

本文以貴南高速鐵路隧道為研究背景，研究提出了底板型箱體排水新型襯砌結(jié)構(gòu)，主要研究結(jié)論為：

(1)由于巖溶的復(fù)雜性、巖溶發(fā)育的不規(guī)律型，復(fù)雜巖溶地區(qū)隧道建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)高，貴南高速鐵路巖溶隧道具有巖溶強(qiáng)烈發(fā)育、洼地隧道關(guān)聯(lián)、季節(jié)變動(dòng)帶長(zhǎng)等特點(diǎn)，隧道巖溶水害風(fēng)險(xiǎn)較高。

(2)傳統(tǒng)巖溶隧道設(shè)計(jì)存在隧底積水無(wú)法引排、排水系統(tǒng)易于堵塞、雨季排水能力不足等問題，設(shè)置隧道邊墻泄水孔、采用抗水壓襯砌、配置泄水洞等傳統(tǒng)措施均存在一定問題。

(3)基于現(xiàn)行巖溶隧道襯砌結(jié)構(gòu)防排水方面存在的問題，本文提出的“底板型箱體排水新型襯砌”，具有“泄水快、宜維護(hù)、便施工”等特點(diǎn)，能夠很好地適應(yīng)貴南高速鐵路復(fù)雜巖溶地區(qū)的地質(zhì)情況。

(4)底板型箱體排水新型襯砌結(jié)構(gòu)在變形控制、應(yīng)力狀態(tài)、基底穩(wěn)定性、內(nèi)力分布及安全性系數(shù)方面均具有良好性能，相對(duì)于傳統(tǒng)的配置泄水洞方案，其排水分布形式更優(yōu)、排水泄壓能力更強(qiáng)。

(5)建議進(jìn)一步加強(qiáng)底板型箱體排水新型襯砌結(jié)構(gòu)體系的研究，包括初支支護(hù)體系、二襯鋼筋布設(shè)、防排水體系、施工工法體系、運(yùn)維檢修體系等，并在貴南高速鐵路巖溶隧道中選擇適合的工點(diǎn)，開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段研究，相關(guān)成果可推廣至其他復(fù)雜地區(qū)的巖溶隧道工程。