山岭隧道排水技术研究

李 鸣

（中交路桥建设有限公司，北京 101121）

1 鸡鸣隧道工程概况

鸡鸣隧道进洞口坐落在重庆市城口县婆子乡梨坪村南西侧斜坡处，出洞口位于重庆市城口县鸡鸣乡双岔河附近。进洞口前缘为峡谷，仅有山路可勉强到达，出洞口斜坡底部设有村级公路可到达，距离约65 m。交通情况一般，洞身为陡峭山脊，仅局部地区有村级公路可到达。

隧址区位于大巴山弧与新华夏构造体系的交接复合部位，断裂构造以逆冲断层为特征。进洞口段位于兴隆坡-黄家岩背斜北东翼陡崖中上部附近，洞口前缘为无名季节性冲沟，勘察时无水，沟底高程约827．50 m，进口斜坡坡向约56°。出洞口位于一斜坡下部，斜坡下部为常年性河沟——双岔河，勘察时冲沟流量约30 L/s，沟底高程约818．90 m。出洞口斜坡坡向约148°，坡角30°～48°，隧址区最高标高位于K64+130山顶，标高为2 030 m，最低标高点位于隧道出口段冲沟沟底附近，标高为818．90 m，相对高差达1 215．50 m，隧道最大埋深为1 140．05 m。隧址区山脊一带植被较发育，以灌木为主，多基岩裸露，其他参数见表1。

表1 鸡鸣隧道主要参数

2 隧道涌水的主要类型

地下水是隧道工程中一个古老常见而又困难的问题。它可能会延缓隧道施工开挖的速度，同时也可能对隧道的长期稳定造成潜在危害[1]。因为中国特殊的地理位置和地势地貌，故需要建造大量的运输隧道以保证正常的交通运输。一般来说，当隧道一直受到地下水的侵蚀时，会导致隧道漏水或衬砌坍塌等问题。高水位条件下，会更为严重地破坏隧道结构，因此地下水工程是隧道设计的一个关键问题，且可能对隧道长期进行地下水排水带来严重的环境问题。对于高水位隧道，如果像地铁隧道那样实施全面防水，其衬砌将不得不承受高水压，这样使得隧道设计变得困难[2]。当隧道连续排水可能对环境造成严重影响时，应采取与环境相适应的控制排水措施[3]。

不论是现场施工阶段或者是施工完成使用阶段，地下水的涌入和渗漏都是困扰隧道施工的一个难题。一方面，隧道施工的一些最严重的灾害性事件都与从饱水岩体裂隙中涌入大量的地下水有关。例如，在台北至宜兰高速公路平陵隧道工程中，突然涌入的地下水流量高达750 L/s，这种情况会导致隧道掘进过程出现剥离现象，进而导致隧道掘进机被破坏。因此，正确认识隧道施工中的岩体涌水规律，对隧道线路和排水系统进行适当的改造是十分必要的。另一方面，大多数已完工的隧道都存在漏水现象，想要真正了解一个完全防水的隧道是非常困难的，因此，必须在地下工程综合采取多种防水措施[5]。

隧道中的涌水可以归结以下3种情况，见第143页表2。

表2 隧道涌水的3种主要情况

隧道涌水的影响因素包括地下水位、排水范围、含水断层和岩体节理等，这些因素导致隧道周围出现不同的水流状态。如在地下水位较低的情况下，隧道周围原有的孔隙压力相对较小，而开挖作业可能在较干燥的环境下进行，这时地下水的开采量比地下水位高的开采量要少。因此，当地下水位较低时，可以大大减少渗漏问题。实际上，只要开挖开始，就有许多节理和裂缝容易使地下水流入隧道。

无论是地下水流失量还是隧道复合衬砌的水压，控水限排水隧道均小于全排水导流隧道，且随着隧道埋藏量的深度增加，两种类型的差距更加明显[4]。当喷射混凝土施工质量差、渗透性强时，全排水隧道的渗水量远大于控水限排水隧道，这时会导致大量地下水资源流失。当喷射混凝土施工质量好，渗透性弱时，全排水导流洞的渗流逐渐接近于堵水限排水隧道的渗流。然而，衬砌外水头明显大于堵水限排水隧道的衬砌外水头，会对隧道衬砌结构的稳定性产生不利影响。通过比较可以得出结论，全排地下水处理法是以更多的地下水资源为代价来获得一定的衬砌外水头减少效果，只有当地下水位下降到隧道底部并不恢复，衬砌外水头能否通过全排水法为零，势必对地下水环境产生很大的负面影响。控排和限排的处理方法是以较少的地下水资源为代价，获得显著的衬砌外水头减水效果。因此，对于水位以下埋深较大的隧道，应优先考虑控制排水和限排水防水类型或排水系统[6]。

参考目前隧道排水工程施工实例，有两种方法可以实现控制排水。第一种方法是在排水管道上安装阀门和水压测量装置，当水压达到设定值时，阀门开启，释放隧道周围的地下水。该方法需要考虑衬砌等因素的承载能力，然后确定测量装置的水压力设定值。这种方法的缺点是阀门很容易生锈或堵塞，如广州地铁就发生了此种情况。第二种方法适用于高水位下的山岭隧道，需设置灌浆区，以减少渗入隧道的排水量，并在衬砌后面要嵌入排水装置，以减低衬砌的水压。对于高水位隧道，采用可控排水方式是合理的选择。对于这种方法同样面临的问题是怎样确定衬砌的防水压力，在实际的工程案例和设计规范中还没有参考案例。

3 鸡鸣隧道排水施工措施

根据实际情况选择最佳的防水排水类型也很重要，隧道防水排水形式的选择应考虑地下水环境保护和隧道衬砌结构安全两个方面。因此，在关注隧道施工后期地下水环境恢复的同时，有必要研究不同防水排水类型下隧道衬砌外水压力的分布规律。众所周知，中国是一个多山的国家，尤其对于有山城之称的重庆来说，随处可见的山丘也意味着有随处可见的隧道。针对鸡鸣隧道的实际工程特点和施工背景，隧道一直受到地下水的侵蚀，容易造成漏水和衬砌坍塌等问题[2]。在高水位条件下，隧道结构的破坏可能更为严重，排水是隧道设计中的一个关键问题。

鸡鸣隧道穿越大量暗河、地下水，且其地层岩性为透水岩层，极易发生渗透。鸡鸣隧道附近发育有较大冲沟，东北侧山脊地下水补给因在此处被阻断而不能对隧址区进行补给。隧道渗漏水主要是由于隧址区地下水补给面积较大，地下水下渗形成基岩裂隙水，其次是由于隧道附近地质构造较为发育，节理裂隙发育，为地下水提供了良好的渗漏通道，而传统的隧道排水措施无法达到预定的排水效果。在中国许多隧道工程中，防水和排水必须按照中国国家标准进行。鸡鸣隧道虽然采用了规范中建议的各种防水方法，但防水效果不理想，隧道易发生渗漏水，除了设计隧道防水膜、排水管等防水技术外，还根据现场情况提出了其他相应的防水方法。例如，采用探头钻探，为水侵提供早期预警。为了提高基坑掘进的稳定性，还采用了注浆固化岩层，提高整体水密性的方法。同时，采用改进的光面爆破方法，减小了隧道附近的扰动范围[7]。

在鸡鸣隧道施工中，为了能够更好地提高排水性能，采用了一种新的集水系统——地下工程集水自粘系统，该系统由集水沟、自粘带和排水孔三部分组成。集水沟由弹簧骨架、塑料膜、粘贴翼制成，用钢丝加固。沟的横截面为长方形，大小为（50～200）mm×30 mm。为适应岩石表面波动，塑料薄膜厚度为1 mm，具有柔韧性；钢丝直径为3 mm，横向铺设在施工沟槽中，间距为70 mm。胶袋用环氧树脂胶合到塑料薄膜上，再将胶袋固定在沟壁的顶部，上胶袋由纤维纸和上胶剂制成。在安装集水系统时，沟槽被挤压到岩石表面，覆盖了含水裂缝。来自裂缝的水与粘合剂混合，这样沟槽就可以粘附到岩石表面。同时采用钢钉来协助安装集水沟。地下水集中在沟渠，然后引导到纵向排水管，确保在引流过程中不会出现二次渗透。

采用该系统的目的是减少隧道渗漏量，通过这种排水系统可以提高集水率，让隧道中大部分的渗水都能通过集水槽排入隧道内的排水沟，大大减少了施工时和竣工后的渗漏量。现场经验表明，新的集水系统安装方便，可以有效解决鸡鸣隧道的排水难题，达到理想的排水效果。该方法适用于有漏水或岩石破裂或节理涌水的岩石隧道[8]。

4 结束语

随着中国经济的快速发展，道路桥梁建设工程不断扩大，对于隧道的应用也越来越多。传统公路修建时遇山绕道而行，这种方式不但成本高，对周围环境破坏严重，而且还会提高道路通行时间，带来诸多不便。相比之下，隧道工程不仅可以减少对周围环境的破坏，而且还能减少通行时间，对于缓解交通拥堵问题也有一定的帮助，在提高土地利用率、缓解地面交通压力、减少环境污染等方面具有显著的优势。

本论文结合鸡鸣隧道的实际情况，对鸡鸣隧道施工阶段和使用阶段的涌水危害进行了分析，并针对性地提出采用集水自粘系统来达到理想的排水效果，以解决隧道施工中出现的一些实际问题，为其他的隧道排水措施研究提供参考。