青藏铁路西格段关角隧道渗漏水病害整治

2015-03-16徐军政

铁道勘察 2015年4期

关键词：拱部青藏铁路西格

徐军政

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安　710043)

The Qinghai-Tibet Railway from Xining to Golmud on Guanjiao Tunnel Leakage Defect

XU Junzheng

青藏铁路西格段关角隧道渗漏水病害整治

徐军政

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)

The Qinghai-Tibet Railway from Xining to Golmud on Guanjiao Tunnel Leakage Defect

XU Junzheng

摘要关角隧道作为青藏铁路西格段一条高海拔隧道，所处气候条件恶劣、地质条件复杂和病害多发且严重。渗漏水问题是关角隧道病害主要表现形式，在整治过程中，通过实地调查和综合分析，提出了合理有效的整治措施。

关键词关角隧道渗漏水病害整治

1工程概况

青藏铁路西格段东起青海省西宁市，向西经湟源、海晏、刚察、天峻、乌兰、德令哈等州市县，至本段终点格尔木，全长约818 km，系目前青藏高原对外联系的唯一铁路通道。

关角隧道位于青藏铁路西格段海拔最高处，海拔3 690 m，全段平均海拔在3 000 m以上。起讫里程为K312+385.37～K316+397，隧道全长4 009.89 m，最大埋深约420 m(如图1)。

关角隧道1958年开工建设，1978年隧道通车。隧道的施工前后历时30多年，除停工的13年外，正式开挖建设5年半，而整治病害耗时9年多，可见隧道地质条件复杂、气候条件恶劣和病害严重。

2自然地理与地质环境

2.1　自然地理特征

关角隧道位于青海省天峻县境内，属祁连山系中段南缘支脉青海南山，呈NW-SE向，总体地势中部高北东和南西低，隧道通过区属青海南山高山区的中吾农山(俗称关角山)。根据山体的相对高差，又进一步划分为北坡低高山区、关角日吉山中高山区、南坡低高山区三个次级地貌单元。

隧道通过区属青藏高原亚寒带半干旱气候区，根据天竣县气象站资料，年平均气温-0.5 ℃，极端最高气温28.0 ℃，极端最低气温-35.8 ℃，年平均降水量341.6 mm，年最大降水量453.2 mm，年平均蒸发量1 791.4 mm，最大积雪厚度21 cm，最大冻结深度299 cm。

图1　青藏铁路西格段关角隧道平面

大气降水为测区地表水、地下水的主要补给来源，而山区的基岩裂隙水是沟谷、洼地地下水的主要补给来源，山区沟谷、布哈河谷地和茶卡山前倾斜平原为地下水的径流、排泄区，并最终分别汇入青海湖、茶卡盐湖。

根据隧道通过区出露的地层岩性及地质构造特征，结合含水介质的不同，将测区地下水分为第四系松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水和基岩裂隙水共三大类，地下水无侵蚀性。

2.2　地层岩性特征

洞内围岩均已衬砌，未见地层围岩出露。隧道进、出口基岩裸露，隧道所经地段地质复杂，岩层包括震旦系、寒武奥陶系、中上泥盆系、石炭二叠系等共约10余层，均经不同程度变质并有火成岩侵入。隧道地层洞口两端以片岩为主，中部以灰岩为主，并有片岩互层，片岩多系泥灰岩，部分片岩含有高岭土、蒙脱石成份。

2.3　场地地震效应与区域稳定性

隧道所处地区为南祁连山地槽褶皱带，自喜马拉雅构造期以来，至今青藏高原仍在上升之中，故本区构造活动比较频繁。山区内断裂构造纵横交错，褶皱构造残缺不全，对本区影响较大的构造形迹为中吾农山-青海南山断裂带，为北西-南东走向，造成了关角隧道施工期间的多处坍方，运营期间的多处漏水并危害至今。

根据国家质量技术监督局颁布的1/400万《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)，隧道区地震动峰值加速度为0.10g，反应谱特征周期为0.10 s。

3隧道渗漏水

3.1　渗漏水主要形式

调查隧道渗漏水，主要的工作是估算水量的问题。微小水量估计法是一种定性和定量评价相结合的方法，已成为一种估算水量最常用的方法。其主要原则：一般片状渗水水量少于滴水；滴水未连成线状，按照滴水的急缓速度0.2～0.9 m3/d，日出水量在1 m3以内；线状滴水(又叫滴水成线)平均值约3 m3/d，可参照线的粗细程度进行修正。太粗就成了股状涌水。股状涌水一般考虑实测。

根据隧道渗漏水形式及部位可将隧道渗漏水形迹分为6种常见类型。

①拱部点状滴水：主要分布在拱顶、拱腰，呈现出断续滴水状，跌落在道床中央和钢轨两旁轨枕及道碴上形成片状水渍，单个出水点水量约0.5～1.0 m3/d。

②拱部线状滴水：呈现出较连续的滴水状，单个出水点水量约2～3 m3/d。

③拱脚股状涌水：现场一般可见明显冲刷痕迹，单个出水点水量应实测。

④边墙片状渗水：呈现出在边墙上具有一定宽度的上小下大的带状水渍。其形成机理为拱脚及边墙滴水点依托边墙支撑下流，扩散形成带状水渍，可见有微细渗流，水量约0.5～1.0 m3/d。

⑤边墙湿水印：呈现出在边墙上具有一定宽度的上小下大的带状水渍，其形成机理为拱脚及边墙滴水点依托边墙支撑向下迅速扩散形成带状水渍，但未见有微细渗流。

⑥拱部干水印：分布在拱顶及拱腰，呈现出醒目的白色水印，在无衬砌的拱顶则往往表现不明显，多数贯穿于全隧道的洞顶，其在丰水期间内可能会恢复滴水。

3.2　渗漏水现状

渗漏水为关角隧道病害主要表现形式，考虑到电气化铁路接触网对拱顶滴水的严格要求，针对隧道渗漏水情况，进行了洞顶和洞内病害调查。调查时已经过了当地降水集中期，病害表现形式为拱顶和边墙滴、渗水。另外，在拱部出现有大量的干水印。

现场调查全隧道集中出水段落共有46处，其中拱部26处，边墙20处，拱部出水点多集中在衬砌接缝处，部分地段漏水严重，危及道床；边墙出水点多在边墙上部，仔细观察多数系由拱腰、拱脚滴水沿边墙流至边墙部位扩大成渍印形状。据此判断出水点所在部位以隧道拱部、边墙为主。单个出水点水量约在0.5 m3/d左右，累加下来全隧道总出水量约在19.7 m3/d左右。现场在隧道拱部见有大量的白色干水印，呈不规则浸染扩大状，分布于隧道二衬的拱部，表明过去曾经为出水点，只是本次调查期间干涸而已，喷射混凝土洞身段落干水印不明显。

考虑到本次调查未在当地降水集中期，又进一步收集了该隧道的渗漏水资料，见表1。

表1　关角隧道渗漏水情况调查统计

调查情况与工务部门提供资料相比较，集中出水段落个数多于本次调查出水点数，反映了降水集中期隧道渗漏水病害情况较本次调查期所见情况严重。洞内所见列车运营速度正常，未见有限速现象。

4原因分析

根据现场调查，结合竣工资料及运营部门的长期观测资料，发现渗漏水点主要分布于软质岩、断裂发育及地下水丰富地段。加之隧道早期施工条件恶劣，施工工艺考虑不周，施工过程中不可避免地造成了围岩较大的扰动，形成较多的地下水通道。再加上衬砌背后回填、压浆未达到理想的密实程度，尤其是防水措施不到位，衬砌混凝土自防水性能差等，是导致渗漏水病害产生的直接原因。

综合关角隧道洞顶附近地表调查情况及既有资料分析，隧道内地下水运行方向应该以竖向为主。考虑到隧道所处区域地质复杂，岩层历经多次构造运动，构造发育，隧道内围岩节理裂隙比较发育，可能存在岩溶溶隙，连通性良好，大气降水通过节理裂隙和岩溶溶隙的下渗通道比较顺畅等诸因素，推断隧道内滴渗水来源为大气降水，类型主要为构造裂隙水和岩溶溶隙水。洞顶地层蓄水量为静储量，非雨雪天得不到大气降水的补充。下雨时隧道内渗漏水量略大，随着下渗的进行，睛天洞顶石灰岩节理及岩溶溶隙中赋存水量会逐渐减少，洞内出水点和出水量亦随之减少。

5整治措施

如何引排隧道围岩裂隙水是关角隧道病害整治的关键。根据目前所见隧道内滴渗水程度，除在极个别零星地段导致道床中心出现轻微翻浆冒泥外，道床整体稳定性良好，不影响列车运行。考虑到竖向运动的构造裂隙水遇阻会产生沿节理裂隙横向流动并在薄弱处会再次流出的特点，以及接触网对隧道拱部防水的严格要求，建议对滴渗水地段(包括历史上曾经滴渗水的干水印地段) 按照“排堵结合，以排为主”的原则，即“分段堵”和“集中排”的办法进行。建议对拱顶有滴渗水现象的隧道实施全拱部全隧道长度的压浆止水，滴渗水集中处必要时压注膨胀止水化学浆液。

隧道未衬砌地段明显滴水处有条件最好补做防水层。否则采用压注水泥浆措施。疏通洞内排水沟，尽量将有限的滴渗水引入排水沟，杜绝洞内道床翻浆冒泥现象。

6结论

青藏铁路西格段关角隧道病害整治已完成并实施

电气化改造，隧道渗漏水病害的整治极大改善了运营条件，保证了运营安全。

关角隧道作为青藏铁路西格段一条高海拔隧道，所处气候条件恶劣、地质条件复杂和病害多发且严重，自通车整治病害耗时9年多。渗漏水问题是关角隧道病害主要表现形式，根据隧道渗漏水特点及原因，建议对渗漏水地段按照“排堵结合，以排为主”的原则，采取渗漏点压浆止水、未衬砌段补做防水层等有效措施。另外，对病害整治地段建立长期观测系统，以便总结经验，供今后类似工程借鉴。

参考文献

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中图分类号：U457+.2