鐵路隧道巖溶管道改道引排施工技術(shù)

徐立新

(中鐵十九局集團第二工程有限公司 遼寧遼陽 111000)

1 工程概況

小安隧道全長13 430 m，位于四川省廣元市境內(nèi)，單洞雙線隧道，線間距4.6 m，設(shè)計縱坡為3‰、－15.3‰的人字坡。隧道除D5K360＋391～D5K356＋199段位于半徑R＝7 000 m的左偏曲線上及D5K366＋311～D5K366＋828段位于半徑R＝7 000 m的右偏曲線上外，其余地段均為直線。隧址區(qū)屬構(gòu)造侵蝕低中山峽谷區(qū)地貌，地形起伏大，地面高程550～1 626 m，自然坡度20°～55°，隧道洞身最大埋深約808 m，屬于揚子準地臺西北邊緣地帶，位于近東西向的米倉山臺穹西緣，處于北東向與東西向兩構(gòu)造的結(jié)合部位，即龍門山褶皺帶和大巴山褶皺帶的交接地帶[1]。主要地層巖性為泥巖、頁巖、灰?guī)r夾泥灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r。不良地質(zhì)為巖溶、順層、有害氣體、高地應(yīng)力等，特殊巖土為石膏。

2 巖溶管道狀態(tài)及分析

2.1 巖溶管道狀態(tài)

施工過程中，揭示巖溶管道于D5K358＋815～D5K358＋848段從隧道左側(cè)不規(guī)則斜穿至隧道右側(cè)，平面上巖溶管道與線路斜交，交角約23°。兩端呈大角度分別向上、向下發(fā)育，在D5K358＋815附近巖溶管道位于隧道左側(cè)拱腰輪廓線上側(cè)，大角度斜向上發(fā)育；D5K358＋822～D5K358＋848段巖溶管道主要位于隧道洞身，從左側(cè)逐漸過渡到右側(cè)，形狀從直徑1～3 m近似圓形逐漸變?yōu)樾毕蜷L條形；D5K358＋848附近巖溶管道部分位于隧道右側(cè)拱腰至邊墻部位，管道底部位于輪廓線3 m以外，軌面高程8.4 m以下。管道壁為灰?guī)r，管道內(nèi)水流量約400 m3/d，計算雨季正常降雨條件最大涌水量14 786 m3/d。圖1為巖溶管道。

2.2 成因及巖性分析

經(jīng)過物探和鉆探綜合應(yīng)用以及現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)D5K358＋850～D5K358＋810段為發(fā)育巖溶管道，揭示地層巖性為二疊系下統(tǒng)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r[2]。通過物質(zhì)成分來源分析主要為地質(zhì)歷史時期形成的巖溶管道，管道內(nèi)溶蝕裂隙發(fā)育，巖體不均勻破碎，裂隙內(nèi)部充填黏性土，夾碎石、角礫。據(jù)探測，此巖溶管道斜向下通往嘉陵江方向。

3 巖溶管道改道引排方案

3.1 方案比選

方案一:由于巖溶管道位于拱頂左側(cè)，采用鋼帶增強聚乙烯波紋管順接管道上游出水口，自拱頂將水道過渡至隧道右側(cè)，并設(shè)置落水井，鋼帶增強聚乙烯波紋管沿隧道縱向順接至巖溶管道下游原巖溶管道，將巖溶管道水排出隧道[3]。本方案涉及拱頂排水措施要求特別高，一旦出現(xiàn)滲漏會影響接觸網(wǎng)帶電安全，極有可能中斷行車[4]，且此方案施工難度大，操作困難。圖2為巖溶管道改道引排示意圖(一)。

圖2 巖溶管道改道引排示意(一)

方案二:在線路左側(cè)設(shè)置落水槽，頂部順接上游巖溶管道，下部與暗挖過水通道連接，將巖溶管道地下水引入左側(cè)暗挖過水通道后，再經(jīng)過隧底過水涵洞引致右側(cè)暗挖過水通道[5]，右側(cè)過水通道最終與下游原巖溶管道順接，將巖溶管道內(nèi)地下水排出隧道。本方案通過綜合改道引排措施，大大降低運營安全隱患，且施工方便，便于操作[6]。圖3為巖溶管道改道引排示意圖(二)。

圖3 巖溶管道改道引排示意(二)

3.2 方案確定

結(jié)合現(xiàn)場施工組織、設(shè)備類型、作業(yè)空間、運營安全等因素影響，充分考慮巖溶管道構(gòu)造類型、地質(zhì)巖性、充填物、地下水流量變化及后期維護等情況，遵照“以排為主、加強結(jié)構(gòu)、綜合治理”的原則，確定采用方案二組織實施[7]。圖4為巖溶管道改道引排平面布置示意圖。

圖4 巖溶管道改道引排平面布置示意

3.3 實施方案

通過巖溶管道改道引排綜合配套措施的應(yīng)用，成功解決了隧道運營過程中水患帶來的不利影響。

3.3.1 落水槽施工

在D5K358＋822處線路左側(cè)設(shè)置落水槽引排拱部地下水，初期支護采用 22工字鋼，C25噴射混凝土，厚28 cm，襯砌采用C35鋼筋混凝土，厚48 cm，巖溶空隙及與襯砌之間范圍采用C35素混凝土回填，落水槽斷面尺寸為4.44 m×4 m。為了保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及排水效果，落水槽與巖溶管道出水口接觸位置，修鑿臺階，確保混凝土厚度達25 cm[8]。圖5為落水槽加固縱斷面示意圖。

圖5 落水槽加固縱斷面示意

3.3.2 暗挖過水通道

D5K358＋825～D5K358 ＋857隧道左側(cè)外3 m設(shè)置暗挖過水通道與落水槽相接，暗挖過水通道采用復(fù)合式襯砌，初期支護采用 14工字鋼，C25噴射混凝土，厚18 cm，二襯采用C35鋼筋混凝土，厚30 cm，斷面尺寸為4 m×4 m(寬×高)，根據(jù)巖溶管道發(fā)育情況及地下水摻雜物，水流量隨季節(jié)變化情況，為防止過水通道堵塞[9]，縱坡坡度設(shè)置為14.7%，同時于過水通道兩端分別設(shè)置沉淀池，起到消能和沉渣的作用，沉淀池深80 cm，池壁采用C35鋼筋混凝土，厚20 cm。過水通道與過水涵洞之間設(shè)置一道柵欄門，起到排水擋渣的作用。圖6為暗挖過水通道縱斷面。

圖6 暗挖過水通道縱斷面

3.3.3 過水涵洞施工

隧底設(shè)置過水涵洞與兩側(cè)暗挖過水通道相連，過水涵洞采用C40鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)[10]，框架涵內(nèi)凈尺寸2 m×1.6 m(寬×高)，底板厚度42 cm，頂板厚32 cm，邊板厚30 cm，縱坡為1%。框架涵施工前需檢查基底地基承載力，并利用無損探測設(shè)備查明地質(zhì)情況，如地質(zhì)情況不能滿足設(shè)計要求可采用換填、樁基托梁、鋼花管注漿等方式對地基進行加固處理[11]。圖7為過水涵洞配套設(shè)施圖。

圖7 過水涵洞配套設(shè)施

過水涵洞與上下游暗挖過水通道順接，順接半徑2.53 m；下游暗挖過水通道縱坡采用5%，其襯砌結(jié)構(gòu)、斷面尺寸與上游過水通道相同。下游過水通道最終與下游原管道相接，過水通道斜上方空腔采用C35混凝土回填封閉，與巖溶管道連接位置仍修鑿成直角，混凝土厚度不小于25 cm。

3.3.4 檢查洞室及檢查井

D5K358＋857處線路左側(cè)設(shè)置檢查洞室和檢查井，用于運營期間相關(guān)設(shè)備管理單位對該巖溶管道引排設(shè)施的檢查[12]，檢查井頂面高程與水溝電纜槽蓋板相同，內(nèi)凈尺寸1 m×1 m，井壁采用C35鋼筋混凝土，壁厚25 cm。

4 結(jié)束語

在我國大規(guī)模地下基礎(chǔ)設(shè)施建造過程中，地下水不僅給施工帶來較大的干擾，而且在開通運營后對行車安全造成諸多安全隱患。本文通過落水槽＋暗挖過水通道＋過水涵洞＋檢查洞室＋檢查井的工程措施有效地解決了小安隧道巖溶管道改道引排技術(shù)難題，施工措施采用合理，施工難度較小，后期維護、檢修便利。通過本文的闡述希望能在今后建設(shè)過程中針對類似問題的處理有所幫助和啟發(fā)。