【关键词】既有蒙河铁路；岩溶；隧底病害整治；隧底暗涵；引水廊道
1 工程概况
旱塘坡隧道位于云南省蒙自市至河口县铁路五道河至瑶山区间，全长4380m，为电力牵引单线隧道，设计行车速度120km/h，全隧设计为单面下坡。洞内铺设弹性支承块式无砟轨道，轨道结构高57cm，铺设60kg/m钢轨。隧道洞身主要穿越的岩层为片麻岩夹大理岩、片岩、混合岩，最大埋深约295m。隧道最大涌水量16770m3/d。
2 病害情况
本隧于2009年7月动工，2014年10月底竣工通车。2015年9月19日数日暴雨后， DK100+991～+995段线路右侧衬砌边墙泄水孔中地下水夹带少量泥砂涌出至道床板上。DK100+960～DK101+005段洞身岩性为片麻岩夹大理岩、片岩、混合岩，埋深70~125m，为V级围岩，采用V级复合衬砌曲墙带仰拱钢筋混凝土结构，隧道洞内设双侧水沟槽。为解决涌水突砂危害，于隧道进口线路右侧40m增设一座长约1106m的泄水洞，为便于排水，泄水洞和正洞坡度反向，为“剪刀叉”型布置，泄水洞坡度为3‰，2016年4月开始开工，2018年4月竣工。
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图1 旱塘坡隧道泄水洞平面布置示意图
2018年8月7日，旱塘坡隧道DK100+983处因连续强降雨出现涌水、涌砂。两侧侧沟盖板上砂沉积厚约20cm，导致DK100+982处道床板开裂和DK100+960～DK101+005段45m长的道床出现不同程度隆起。DK100+982处道床板裂缝长约6.3m，整体道床上拱约6.5cm，两侧边沟冒浑水翻砂，边沟上可见道床板与仰拱填充层间出现分层脱离且充填泥砂，高3～5cm。
3病害原因分析
结合整体道床上拱、断裂，线左涌砂点水压力、水量较大，线右涌砂点水压力、水量较小等因素判断，虽然隧道施工期间增设了泄水洞工程，但随着地下水径路变化，隧道周边岩溶管道逐步疏通，洞内涌水与地表降雨关系更加密切，受强降雨导致地下水水压突增并淘蚀原有充填岩溶通道，或下游受淤堵而上涌突破原有充填物，从而在隧道底板之下靠左侧形成新的涌砂口，在水压作用下上抬底板并淤砂后水流受阻而向两侧边沟薄弱处突破，导致整体道床上抬，为不可预见的地质原因。
4病害整治设计
综合考虑运营铁路的施工困难因素、运营维护难易程度、工程投资等因素，道床隆起整治分两阶段进行。第一阶段措施主要有道床隆起段拆换仰拱、仰拱填充凿除，正洞径向注浆，病害段无砟道床改为有砟道床，地表落水洞封闭，新增降压排水的引水廊道、隧底排水暗涵等措施，并为第二阶段处理预留条件。第二阶段措施主要为新增左侧泄水洞，是否实施及实施时间需根据第一阶段处理效果、引水廊道开挖揭示的岩溶及地下水情况确定。
4.1无砟道床改有砟道床
旱塘坡隧道DK100+960～DK101+005段仰拱填充隆起段，DK100+983处最大隆起高度达6.5cm，大大超过扣件竖向调整范围，不能通过扣件调整将线路恢复，且线路坡度也不具备调整条件；DK101+005~+090段岩溶管道发育，岩溶水对结构存在较大的安全隐患。为确保运营安全，结合道床隆起段病害整治，将DK100+960~DK101+090段由无砟道床改为有砟道床，内轨顶面至道床底面高度按76.6cm控制。DK100+979.8~+984.2段由于隧底增设排水暗涵，轨下结构拆除、重筑后，轨上结构高度调整至76.6cm，其余段落需对仰拱填充进行部分凿除。有砟轨道仰拱填充面较无砟轨道低19.6cm，为防止DK100+960～+979.8段侧沟水瞬时水量较大时通过泄水孔进入道床，故将DK100+960～+979.8段原有沟槽身上泄水孔予以封堵，整治后侧沟水通过DK100+979.8涵顶处预埋φ100钢管直接引入DK100+982隧底增设的暗涵排出洞外；DK100+984.2~DK101+090段于道床两侧沟槽身钻设φ50泄水钻孔，确保有砟道床积水排入侧沟。DK100+960~+979.8、DK100+984.2～DK101+005段通过取芯钻孔验证等综合手段对仰拱的情况进行核实，若仰拱出现破损，则采取全部拆除重筑方案。
4.2隧底增设排水暗涵
DK100+983处最大隆起高度达6.5cm，仰拱填充和仰拱结构之间存在较大离缝，且轨道板横向开裂处位于DK100+982处，推测仰拱可能破损，为确保隧底下方的地下水（砂）能够有效排泄，并与导致水害的岩溶管道实现有效连通，病害整治设计于DK100+979.8~+984.2段隧底增设横向排水暗涵，以避免雨季瞬时雨量过大，排水不畅再次引起道床隆起。该段范围内仰拱及填充进行拆除后，原衬砌仰拱结构调整为底板。净空尺寸拟定综合考虑了满足掘进机机械开挖的作业空间、既有排水坡度、运营维护清淤进入等因素，按3.4m×3.7m（宽×高）设计。
为减少施工振动对既有隧道衬砌结构的不利影响，洞身范围排水暗涵在16m长D型便梁施作后采用明挖施工，排水暗涵两端各5.73m范围暗挖段及引水廊道采用机械开挖施工；明挖段两侧岩面采用锚网喷进行临时防护。暗挖段及引水廊道采用I16型钢钢架及φ42超前小导管加强支护。涵洞开挖到基底后，应对涵洞基础承载能力进行测试，确保其承载能力不小于180KPa，同时，应采用物探、钎探等手段对涵底地质情况及涵底隐伏岩溶进行探测，确保结构安全。
线路右侧设置横向引水廊道与既有泄水洞相连，暗涵内地下水通过既有泄水洞排往洞外；线路左侧设置横向引水廊道，为第二阶段预设计左侧泄水洞预留条件。线路右侧引水廊道施工前，应于既有泄水洞交叉口段锚喷衬砌钢架左、右两侧边墙脚位置，各增设φ22锁脚锚杆以加强结构。施工期间应配足抽水设备，确保隧底暗涵施工期间坑底无大量积水，保证施工及运营安全。新增隧底暗涵如下图：
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4.3地表落水洞封闭
为减少地表水下渗，对DK101+275.5左侧18.6m的地表落水洞采用C20砼进行封堵，并对该处上、下游河床整理平顺后采用C20砼进行铺砌封闭。
4.4右侧既有泄水洞坑底加深
根据各结构相对高程关系，为确保排水顺畅，对既有泄水洞XSDK0+152~XSDK1 +054.4段902.4m坑底进行加深，最大加深约1.81m。
4.5疏通既有泄水洞3#集水廊道岩溶管道出水口
既有泄水洞3#集水廊道端部右侧揭示的岩溶管道水存在局部堵塞迹象，为保证该处管道的防淤堵能力，并为今后的运营维护提供相对较好的客观条件，疏通该岩溶管道出水口，确保地下水排水通畅。
4.6正洞拱墙径向注浆
考虑DK100+985～DK101+090段岩溶强烈发育，间断出现溶腔，围岩较破碎，同时为减少因长期排水导致正洞周边围岩物质流失，危及正洞结构安全，结合病害隧底隆起情况，对DK100+970～+994段采用φ42钢花管径向注浆加固，在天窗时间内进行施工，钢花管长度5m，环纵向间距为2m×2m，注浆材料采用硫铝酸盐水泥或超细水泥浆，以起到快凝、早强、抗流失性的作用。注浆压力根据现场试验确定，不得引起结构变形，必要时应设置临时型钢拱架，确保结构及运营安全。
4.7正洞施工弃渣通道
为便于正洞隧底暗涵及仰拱填充拆换（凿除）出渣，于既有泄水洞3#集水廊道开辟出渣通道。出渣通道内净空1.5m（宽）×1.25m（高），长度1.8m，采用模筑衬砌。正洞有砟轨道施工完成后，对出渣通道采用C30砼封堵。
4.8第二阶段整治
根据地质补勘结论显示，道床隆起段的地下水由洞身两侧向洞身汇集，左侧以河水下渗补给为主，左侧山体地下水补给为辅，河水常年有水，流量大，补给源极为丰富。考虑到岩溶管道发育及水源补给的复杂性，于隧道左侧预设计一座泄水洞，以引排正洞左侧的地下水及砂，泄水洞是否实施及实施时间需根据第一阶段开挖揭示情况及处理效果确定。
预设计左侧泄水洞沿正洞中线左侧25m平行设置，通过DK100+982处新建引水廊道及隧底暗涵作为施工通道进行施工。根据正洞施工揭示情况，DK100+795~+985段190m为IV级围岩，岩溶弱发育，无明显岩溶形态，地下水以基岩裂隙水为主，水质清澈，多位于底板及右边墙呈线股状流出，DK100+985～DK101+150段165m为V级围岩，岩溶强烈发育，其中DK100+985～DK101+090段间断出现溶腔，本次仰拱填充隆起段落为K341+180～K341+225段45m，故预设计左侧泄水洞设置范围为对应正洞DK100+957~DK101+090段，全长131.16m，泄水洞应根据现场开挖揭示情况确定是否往两侧继续延伸。新增引水廊道与新增泄水洞交点里程往两侧以3‰设置泄水洞坑底纵坡，使地下水往隧底排水暗涵汇集并排往线路右侧既有泄水洞。
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图5旱塘坡隧道预设计泄水洞平面布置示意图
考虑到邻近既有线施工，为保证正线运营安全，泄水洞全段采用机械开挖。泄水洞均按单车道无轨运输设计。为满足掘进机机械开挖的作业空间，尽量减少开挖断面，内净空尺寸按3.4m（宽）×3.7m（高）设置。泄水洞V级围岩段采用拱墙I16型钢钢架及拱部φ42超前小导管加强支护。
5结语
2019年5月至12月，利用天窗时间，通过架设16m长D型便梁完成了隧底部分仰拱及填充的拆除，并浇筑了隧底涵洞，隧底暗涵直接揭示了3处较大的地下水，长期有水流出；利用线路右侧既有泄水洞施工了引水廊道，并与隧底涵洞相接，最后完成既有泄水洞的坑底加深施工，并于12月26日通过交验。目前旱塘坡隧道隧底病害整治段已恢复正常运营，并完成了提速改造工程。
旱塘坡隧道隧底病害整治工程为典型的岩溶段落隧底病害整治处理案例，结合现场实际情况，在确保运营的情况下，完成了隧底涵洞及引水廊道的施工，将地下水集中引出洞外，从根本上解决了隧底道床隆起病害问题。
【参考文献】
[1] 中铁二院工程集团有限责任公司旱塘坡隧道K341+180～+225段道床隆起整治工程IIa类变更设计图．成都:中铁二院工程集团有限责任公司，2019
[2] TB 10304－2009 铁路隧道工程施工安全技术规程
[3] T/CRS C0801－2018 铁路岩溶隧道技术规范
论文作者:邬波
论文发表刊物:《建筑实践》2019年 24期
论文发表时间:2020/4/26
标签：岩溶论文; 廊道论文; 隧道论文; 病害论文; 地下水论文; 围岩论文; 结构论文; 《建筑实践》2019年 24期论文;