喀斯特地区地下高铁隧道全包段和岩溶段防排水治理技术

陈剑波

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350）

1 前言

喀斯特地区地下岩溶高铁隧道工程是一项高风险、高技术含量、高投资的工程项目，施工环境与施工工艺复杂。必须小心谨慎地开展施工活动，确保工程质量[1]。喀斯特地区地下岩溶高铁隧道出现的渗漏水现象一方面会使隧道的衬岩因水分浸泡而变形、破裂，甚至剥落、失稳；另一方面，水会腐蚀隧道里的设备，缩短隧道使用寿命[2]。因此，防排水是隧道施工面临的关键问题之一，隧道防排水处理不好不仅会影响施工期隧道质量与进度，还会一定程度上威胁运营期行车安全[3]。

隧道渗漏水的防治方法一般包括：防、截、堵、排。对于出现隧道漏水的工程，应根据工程实际情况，因地制宜地选用合理的整治技术[4]。但在隧道施工允许的情况下，为避免对周边环境造成危害，应优先采用以堵为主的整治技术手段[5]。当地下水发育地区存在衬砌渗漏缺陷时，其危害更大，衬砌渗漏说明该部位衬砌防排水系统失效，水的渗漏侵蚀将直接影响隧道结构，在岩溶地区处理该问题较为困难[6]。因此，对于需进行注浆加固的止水地段，特别是破碎围岩或溶洞发育地段，应严格按注浆设计图纸进行施工，遵循“以防为主、防排结合、综合治理”原则，确保注浆防水的施工质量，通过注浆形成初期支护外的止水环，为隧道防排水与安全开挖奠定良好基础[7]。

2 工程概况

2.1 隧道基本情况

渝昆高铁引入昆明枢纽工程长水机场隧道位于长水机场站—昆明南站区间，进口里程为DK701+170，出口里程为DK709+940，全长8 770 m。其中暗挖3 段，长5 890 m；明挖段3 段，长2 880 m。隧道进口接长水机场站，出口接路基。进口端长水机场站车站范围伸入隧道286.2 m。全隧除进口DK701+170～830 段的660 m位于平坡，其余为单面下坡，隧道最大埋深约60 m。

2.2 地质与水文条件

渝昆高铁引入昆明枢纽工程长水机场隧道原地貌为喀斯特地区岩溶槽谷，地表岩溶洼地、落水洞、漏斗等较发育，现因机场建设改造为平地。段内地质土层包括：全新统人工填土（Q4ml）碎石土，厚0～10 m；坡残积层（Q4dl+el）膨胀土，厚0～15 m；坡残积层（Q4dl+el）软黏土，呈透镜状分布；坡残积层（Q4dl+el）中高～高压缩性土，厚0～8 m；下伏基岩为二叠系阳新组（P1y）灰色，浅灰色灰岩夹白云岩，为可溶岩。

2.3 岩溶隧道问题

该隧道区地下水以岩溶水为主。据钻孔揭示，地下水水位受季节影响显著，前期勘探钻孔未揭示地下水位，处于地下岩溶水垂直渗流带内，地下水位于洞身以下。洞身岩溶中等发育，隧道施工时可能遇到溶蚀空洞、水平状溶洞或悬空溶洞。隧道穿越区岩溶水发育，开挖隧洞围岩存在不同程度的岩溶渗、漏水现象。岩溶水水害问题是该隧道施工与运营面临的主要难题。

3 防排水措施总体布置及方案

3.1 防排水措施总体布置

基于渝昆高铁引入昆明枢纽工程长水机场隧道地处喀斯特地区的实际情况，隧道防排水措施设计贯彻“防、截、排、堵相结合，动态设计治理”理念，力求达到防排水可靠、经济合理的目标。隧道地段分为暗洞和明洞段，其中暗洞段分为全包防水段、一般地段、可溶岩及地下水发育段。各部位防排水措施总体布置见表1。

表1 长水机场隧道防排水总体布置表

3.2 洞内防排水方案

针对按非全包防水要求设计的部位，施工时应根据溶洞形态、涌水状况以及预测到的最大涌水量，合理配置排水系统。尽量利用天然岩溶管道排水，集中出水及管道涌水应设专管直接引入隧道中心沟。当中心沟排水能力不足时，应考虑增设泄水洞。全包防水段取消纵、环向盲管设置，二衬施工中预埋聚氯乙烯（PVC）管作为泄水孔以引排防水层及二衬之间的滞水，减少施工缝漏水造成的危害，并将侧沟、中心沟、边墙泄水孔及横向排水管作为备用排水系统。沟槽、中心沟、侧沟环向施工缝采用水泥基渗透结晶型防水涂料进行防水处理。

3.3 结构防排水方案

隧道二次衬砌采用防水混凝土，衬砌混凝土抗渗等级不小于P12。为避免因隧道排水造成机场范围地下水位变动引起地表沉降，隧道DK701+950～DK705+780段均采用全包防水，全环铺设乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）防水板加土工布防水。变形缝处取消拱墙凸壳式排水板，增设0.5 m 宽双面自粘型防水卷材。桩号DK701+950～DK705+780 段采用全包防水衬砌，不引排地下水，但仍保留侧沟及中心沟。侧沟通过Φ110 横向PVC 排水管与中心水沟相连，横向排水管纵向间距40 m。全包防水段取消纵、环向盲管，保留二衬泄水孔，作为防水层与二衬间的排水储备。

4 防排水关键技术

4.1 全包段防水关键技术

4.1.1 防水系统

该隧道DK701+245～DK706+385 段隧道防水等级为一级，采用全封闭、不排水的全包式防水技术。隧道暗挖区间为Ⅰ级、Ⅴ级、Ⅴ级及Ⅵ级围岩时，对复合式衬砌拱墙和仰拱初支内侧采取全环设置“乙烯共聚物改性沥青（ECB）防水板”组合的防水形式，具体防水方法见表2。

表2 机场岩溶隧道防水措施

4.1.2 注浆堵水

隧道开挖后形成围岩松动圈，内部节理、裂隙有所扩展，因此作用在隧道衬砌上的外水压力也会增大。此时，为降低围岩衬砌外侧水压力，提高防水效果，增加围岩止水圈的厚度，另对隧道周边松动围岩之间的裂隙展开注浆封堵处理。该机场隧道采取的主要注浆措施见表3。

表3 机场岩溶注浆工艺

4.1.3 排水系统

全包防水段隧道两侧拱底排水采用沟槽。沟槽施工由水沟电缆槽台车进行，台车包括行走系统、支撑系统、模板系统和电气系统。台车每次最大浇筑长度为12 m，模架通过悬吊系统把模板悬挂起来，垂直油缸调整模板高度，侧移油缸调整模板水平位置，再通过中隔定位器固定模板位置。施工前需首先完成台车组装和验收，模板固定后，一次性整体浇筑混凝土。待沟槽结构成型脱模后，移动到下一循环施工。沟槽台车施工见图1。

图1 沟槽台车施工

全包防水段隧道每相隔500 m 在隧道两边分别设置1 道横向的半径为50 mm 的 PVC 排水管，依次将渗水引流到隧道两侧的沟槽中。在隧道最低区域配备集水井和专用排水泵房，排水泵房借助横向排水管与排水侧沟串联在一起，隧道防排水断面见图2。

图2 隧道防排水断面示意图（单位：mm）

4.2 穿越岩溶段关键技术

4.2.1 岩溶水处理

隧道岩溶水的处理应根据隧道岩溶发育特征、水流量和水质特性，采取大疏、小堵、疏堵排相结合的处理措施。对大股流的岩溶水，必须结合勘测过程中预测的涌水量分析具体情况。对于可能出现漏水的区域，在隧道掘进时采取超前钻孔的形式进行勘测，另外配置水泵抽水，此类岩溶水只可因势利导，不可强堵。对于小股流的岩溶水，应以排水管导流入侧沟。当确定隧道前方为富水充填型岩溶时，直接开挖易出现突水、突泥灾害，威胁施工安全。因此，采用全断面超前帷幕预注浆进行堵水。若水量较小，采用开挖后再进行径向注浆和局部注浆加固的方式处理。

4.2.2 溶洞处理

岩溶是可溶岩（如灰岩、白云质灰岩等）在溶解水的长期作用下形成的地质现象，其中，溶洞处理主要采用回填加固措施，具体分为以下5 种情况。

（1）处理拱腰以上的小溶洞的工艺方案。采用回填处理，若溶洞为空腔，在距溶洞口2 m 处放一挡块，喷射厚2 m 的C20 混凝土进行回填，按设要求及时完成初期支护，并预埋PVC 管引至初期支护表面，以排出溶洞的积水。具体详见图3。

图3 拱腰以上的小溶洞处理示意图

（2）处理隧道基础及路面下小溶洞工艺方案。仍选取回填处理方式，采用M7.5 号浆砌片石回填，并且每隔2 m 设置1 处100HDPE 透水管，具体见图4。

图4 隧道基础底部小溶洞处理示意图

（3）处理边墙小溶洞的工艺方案。假如隧道边墙出现悬空，而且溶洞比较大的时候，不宜直接回填混凝土，而是回填M7.5 号浆砌片石，每隔2 m 设置一处100HDPE 透水管与中心水沟相连，具体见图5。

图5 边墙小溶洞处理示意图

（4）处理路基及路面下大型溶洞的工艺方案。如果隧道基础底部出现体积较大的溶洞，可以在隧道里实施跨越处理方式，在隧道施工中，以梁跨越较多，且施工较为方便，处理方法见图6。

图6 基础路面下大型溶洞处理示意图（单位：cm）

（5）处理拱腰以上的大溶洞的工艺方案。主要针对隧道开挖面外溶洞发育深度大于2.0 m 的部位，当溶洞内无填充物（或充填物可清除）时，处理方案见图7；当溶洞内有填充物且填充物不可被清除时，处理方案见图 8。

图7 拱腰以上大溶洞处理示意图（溶洞内无填充物或其可被清除时）

图8 拱腰以上大溶洞（溶洞内有填充物且不可被清除时）

4.2.3 隐伏岩溶处理

针对隐伏岩溶的处理应在隧道开挖后，结合隐伏岩溶发育形态、规模、处理难度、处理时间等因素，必要时加强初期支护，为隐伏岩溶的探测和处理提供必要的时间与空间以保证安全。隧底隐伏岩溶应根据其充填物性质、溶洞尺寸、顶板厚度等特性综合分析研判后，选取合理的处理措施。

5 结语与建议

本文以渝昆高铁引入昆明枢纽工程地下岩溶隧道防排水工程为例，在全面调查、分析的基础上，提出隧道防排水总体布置方案并总结全包段、岩溶段的防排水关键技术举措。岩溶隧道的防排水施工应严格按设计要求进行，同时采取动态设计的方式，发现岩溶条件变化时及时分析并反馈施工情况。还应注重岩溶隧道在运行期的维护管理，采用先进管理模式，科学合理地对隧道防排水设施进行排查，确保隧洞防排水系统有效发挥作用。该套技术在岩溶隧道防排水治理中效果较好，具有良好经济与社会效益，可进一步推广应用。