喀斯特地區地下高鐵隧道全包段和巖溶段防排水治理技術

陳劍波

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350）

1 前言

喀斯特地區地下巖溶高鐵隧道工程是一項高風險、高技術含量、高投資的工程項目，施工環境與施工工藝復雜。必須小心謹慎地開展施工活動，確保工程質量[1]。喀斯特地區地下巖溶高鐵隧道出現的滲漏水現象一方面會使隧道的襯巖因水分浸泡而變形、破裂，甚至剝落、失穩；另一方面，水會腐蝕隧道里的設備，縮短隧道使用壽命[2]。因此，防排水是隧道施工面臨的關鍵問題之一，隧道防排水處理不好不僅會影響施工期隧道質量與進度，還會一定程度上威脅運營期行車安全[3]。

隧道滲漏水的防治方法一般包括：防、截、堵、排。對于出現隧道漏水的工程，應根據工程實際情況，因地制宜地選用合理的整治技術[4]。但在隧道施工允許的情況下，為避免對周邊環境造成危害，應優先采用以堵為主的整治技術手段[5]。當地下水發育地區存在襯砌滲漏缺陷時，其危害更大，襯砌滲漏說明該部位襯砌防排水系統失效，水的滲漏侵蝕將直接影響隧道結構，在巖溶地區處理該問題較為困難[6]。因此，對于需進行注漿加固的止水地段，特別是破碎圍巖或溶洞發育地段，應嚴格按注漿設計圖紙進行施工，遵循“以防為主、防排結合、綜合治理”原則，確保注漿防水的施工質量，通過注漿形成初期支護外的止水環，為隧道防排水與安全開挖奠定良好基礎[7]。

2 工程概況

2.1 隧道基本情況

渝昆高鐵引入昆明樞紐工程長水機場隧道位于長水機場站—昆明南站區間，進口里程為DK701+170，出口里程為DK709+940，全長8 770 m。其中暗挖3 段，長5 890 m；明挖段3 段，長2 880 m。隧道進口接長水機場站，出口接路基。進口端長水機場站車站范圍伸入隧道286.2 m。全隧除進口DK701+170～830 段的660 m位于平坡，其余為單面下坡，隧道最大埋深約60 m。

2.2 地質與水文條件

渝昆高鐵引入昆明樞紐工程長水機場隧道原地貌為喀斯特地區巖溶槽谷，地表巖溶洼地、落水洞、漏斗等較發育，現因機場建設改造為平地。段內地質土層包括：全新統人工填土（Q4ml）碎石土，厚0～10 m；坡殘積層（Q4dl+el）膨脹土，厚0～15 m；坡殘積層（Q4dl+el）軟黏土，呈透鏡狀分布；坡殘積層（Q4dl+el）中高～高壓縮性土，厚0～8 m；下伏基巖為二疊系陽新組（P1y）灰色，淺灰色灰巖夾白云巖，為可溶巖。

2.3 巖溶隧道問題

該隧道區地下水以巖溶水為主。據鉆孔揭示，地下水水位受季節影響顯著，前期勘探鉆孔未揭示地下水位，處于地下巖溶水垂直滲流帶內，地下水位于洞身以下。洞身巖溶中等發育，隧道施工時可能遇到溶蝕空洞、水平狀溶洞或懸空溶洞。隧道穿越區巖溶水發育，開挖隧洞圍巖存在不同程度的巖溶滲、漏水現象。巖溶水水害問題是該隧道施工與運營面臨的主要難題。

3 防排水措施總體布置及方案

3.1 防排水措施總體布置

基于渝昆高鐵引入昆明樞紐工程長水機場隧道地處喀斯特地區的實際情況，隧道防排水措施設計貫徹“防、截、排、堵相結合，動態設計治理”理念，力求達到防排水可靠、經濟合理的目標。隧道地段分為暗洞和明洞段，其中暗洞段分為全包防水段、一般地段、可溶巖及地下水發育段。各部位防排水措施總體布置見表1。

表1 長水機場隧道防排水總體布置表

3.2 洞內防排水方案

針對按非全包防水要求設計的部位，施工時應根據溶洞形態、涌水狀況以及預測到的最大涌水量，合理配置排水系統。盡量利用天然巖溶管道排水，集中出水及管道涌水應設專管直接引入隧道中心溝。當中心溝排水能力不足時，應考慮增設泄水洞。全包防水段取消縱、環向盲管設置，二襯施工中預埋聚氯乙烯（PVC）管作為泄水孔以引排防水層及二襯之間的滯水，減少施工縫漏水造成的危害，并將側溝、中心溝、邊墻泄水孔及橫向排水管作為備用排水系統。溝槽、中心溝、側溝環向施工縫采用水泥基滲透結晶型防水涂料進行防水處理。

3.3 結構防排水方案

隧道二次襯砌采用防水混凝土，襯砌混凝土抗滲等級不小于P12。為避免因隧道排水造成機場范圍地下水位變動引起地表沉降，隧道DK701+950～DK705+780段均采用全包防水，全環鋪設乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）防水板加土工布防水。變形縫處取消拱墻凸殼式排水板，增設0.5 m 寬雙面自粘型防水卷材。樁號DK701+950～DK705+780 段采用全包防水襯砌，不引排地下水，但仍保留側溝及中心溝。側溝通過Φ110 橫向PVC 排水管與中心水溝相連，橫向排水管縱向間距40 m。全包防水段取消縱、環向盲管，保留二襯泄水孔，作為防水層與二襯間的排水儲備。

4 防排水關鍵技術

4.1 全包段防水關鍵技術

4.1.1 防水系統

該隧道DK701+245～DK706+385 段隧道防水等級為一級，采用全封閉、不排水的全包式防水技術。隧道暗挖區間為Ⅰ級、Ⅴ級、Ⅴ級及Ⅵ級圍巖時，對復合式襯砌拱墻和仰拱初支內側采取全環設置“乙烯共聚物改性瀝青（ECB）防水板”組合的防水形式，具體防水方法見表2。

表2 機場巖溶隧道防水措施

4.1.2 注漿堵水

隧道開挖后形成圍巖松動圈，內部節理、裂隙有所擴展，因此作用在隧道襯砌上的外水壓力也會增大。此時，為降低圍巖襯砌外側水壓力，提高防水效果，增加圍巖止水圈的厚度，另對隧道周邊松動圍巖之間的裂隙展開注漿封堵處理。該機場隧道采取的主要注漿措施見表3。

表3 機場巖溶注漿工藝

4.1.3 排水系統

全包防水段隧道兩側拱底排水采用溝槽。溝槽施工由水溝電纜槽臺車進行，臺車包括行走系統、支撐系統、模板系統和電氣系統。臺車每次最大澆筑長度為12 m，模架通過懸吊系統把模板懸掛起來，垂直油缸調整模板高度，側移油缸調整模板水平位置，再通過中隔定位器固定模板位置。施工前需首先完成臺車組裝和驗收，模板固定后，一次性整體澆筑混凝土。待溝槽結構成型脫模后，移動到下一循環施工。溝槽臺車施工見圖1。

圖1 溝槽臺車施工

全包防水段隧道每相隔500 m 在隧道兩邊分別設置1 道橫向的半徑為50 mm 的 PVC 排水管，依次將滲水引流到隧道兩側的溝槽中。在隧道最低區域配備集水井和專用排水泵房，排水泵房借助橫向排水管與排水側溝串聯在一起，隧道防排水斷面見圖2。

圖2 隧道防排水斷面示意圖（單位：mm）

4.2 穿越巖溶段關鍵技術

4.2.1 巖溶水處理

隧道巖溶水的處理應根據隧道巖溶發育特征、水流量和水質特性，采取大疏、小堵、疏堵排相結合的處理措施。對大股流的巖溶水，必須結合勘測過程中預測的涌水量分析具體情況。對于可能出現漏水的區域，在隧道掘進時采取超前鉆孔的形式進行勘測，另外配置水泵抽水，此類巖溶水只可因勢利導，不可強堵。對于小股流的巖溶水，應以排水管導流入側溝。當確定隧道前方為富水充填型巖溶時，直接開挖易出現突水、突泥災害，威脅施工安全。因此，采用全斷面超前帷幕預注漿進行堵水。若水量較小，采用開挖后再進行徑向注漿和局部注漿加固的方式處理。

4.2.2 溶洞處理

巖溶是可溶巖（如灰巖、白云質灰巖等）在溶解水的長期作用下形成的地質現象，其中，溶洞處理主要采用回填加固措施，具體分為以下5 種情況。

（1）處理拱腰以上的小溶洞的工藝方案。采用回填處理，若溶洞為空腔，在距溶洞口2 m 處放一擋塊，噴射厚2 m 的C20 混凝土進行回填，按設要求及時完成初期支護，并預埋PVC 管引至初期支護表面，以排出溶洞的積水。具體詳見圖3。

圖3 拱腰以上的小溶洞處理示意圖

（2）處理隧道基礎及路面下小溶洞工藝方案。仍選取回填處理方式，采用M7.5 號漿砌片石回填，并且每隔2 m 設置1 處100HDPE 透水管，具體見圖4。

圖4 隧道基礎底部小溶洞處理示意圖

（3）處理邊墻小溶洞的工藝方案。假如隧道邊墻出現懸空，而且溶洞比較大的時候，不宜直接回填混凝土，而是回填M7.5 號漿砌片石，每隔2 m 設置一處100HDPE 透水管與中心水溝相連，具體見圖5。

圖5 邊墻小溶洞處理示意圖

（4）處理路基及路面下大型溶洞的工藝方案。如果隧道基礎底部出現體積較大的溶洞，可以在隧道里實施跨越處理方式，在隧道施工中，以梁跨越較多，且施工較為方便，處理方法見圖6。

圖6 基礎路面下大型溶洞處理示意圖（單位：cm）

（5）處理拱腰以上的大溶洞的工藝方案。主要針對隧道開挖面外溶洞發育深度大于2.0 m 的部位，當溶洞內無填充物（或充填物可清除）時，處理方案見圖7；當溶洞內有填充物且填充物不可被清除時，處理方案見圖 8。

圖7 拱腰以上大溶洞處理示意圖（溶洞內無填充物或其可被清除時）

圖8 拱腰以上大溶洞（溶洞內有填充物且不可被清除時）

4.2.3 隱伏巖溶處理

針對隱伏巖溶的處理應在隧道開挖后，結合隱伏巖溶發育形態、規模、處理難度、處理時間等因素，必要時加強初期支護，為隱伏巖溶的探測和處理提供必要的時間與空間以保證安全。隧底隱伏巖溶應根據其充填物性質、溶洞尺寸、頂板厚度等特性綜合分析研判后，選取合理的處理措施。

5 結語與建議

本文以渝昆高鐵引入昆明樞紐工程地下巖溶隧道防排水工程為例，在全面調查、分析的基礎上，提出隧道防排水總體布置方案并總結全包段、巖溶段的防排水關鍵技術舉措。巖溶隧道的防排水施工應嚴格按設計要求進行，同時采取動態設計的方式，發現巖溶條件變化時及時分析并反饋施工情況。還應注重巖溶隧道在運行期的維護管理，采用先進管理模式，科學合理地對隧道防排水設施進行排查，確保隧洞防排水系統有效發揮作用。該套技術在巖溶隧道防排水治理中效果較好，具有良好經濟與社會效益，可進一步推廣應用。