复杂岩溶地质隧道设计与施工关键技术

复杂岩溶地质隧道设计与施工关键技术

姓名：潘旺

单位名称：天津晟源工程勘察设计有限公司

单位邮编：211100

摘要：对于复杂岩溶地质环境中的公路隧道，防排水管道仍然是影响安全运行的薄弱环节。现阶段，沪昆铁路贵州段运营和一条铁路线路开通期间，部分隧道雨季排水能力不足，排水管道已堵塞，导致局部压力、沉降缝渗漏、落块等影响铁路线路安全运行的因素。结合某铁路线路的工程背景，阐述了复杂岩溶地质环境下隧道基础施工的核心技术，实际应用效果良好。

关键词：复杂岩溶地质；隧道设计；施工关键；技术

1岩溶隧道的施工安全问题分析

对于隧道工程而言，施工过程中遇到的施工安全问题不仅具有一般建筑行业的特点，而且还具有岩溶河流沿线的地质因素，这将对隧道工程造成严重危害。由于隧道工程项目的基本建设地址相对固定，如果遇到困难的地质环境，只能处理，而且隧道工程建设相对困难，制造的可变性容易造成成本上升等诸多问题；与其他建设项目相比，隧道工程项目通常位于偏远山区，在进行隧道开挖时可能会遇到许多不确定的问题。极端的施工环境极易给项目建设带来诸多困难；在隧道工程项目的开挖中，主要威胁在于隧道软岩的不确定性。在施工过程中，可能会遇到与设计不匹配的地质结构，隧道软岩的不确定性可能会增加工程施工的难度；手工生产存在重大安全隐患。

2加强型隧道防排水设计

2.1衬砌背后排水系统

为有效提高衬砌背后排水能力，降低衬砌背后水压致裂、渗漏水等病害风险和排水系统运营维护成本增加。衬砌背后排水系统采取如下设计：

(1)对环向盲管进行纵向加密，一般地段环向盲管间距取为5m,岩溶及地下水发育地段纵向间距取为2m。

(2)在矮边墙增设孔径不小于110mm的泄水孔(管),孔(管)间距不大于2m,并与盲管错开布置。在侧沟(槽)立模浇筑前，疏通孔内结晶物并钻孔深入围岩0.5m。

(3)隧底布设环向盲管，管径不小于50mm,纵向间距不大于5m;同时采用无纺布进行包裹用以收集仰拱底部地下水，波纹管两头弯入边墙侧沟。

(4)拱墙环向施工缝1.5m范围布设“凸”壳型排水板,发挥“凸”壳型排水板的“面排水”功能。

2.2隧道内排水系统

首先，将左右两侧墙与路基中间的管沟壁纵向连接，宽度为0.3m×0.2m深的路基侧沟，然后在路基侧沟与心沟之间增设横向排水沟。沟渠现浇板比道床框架小0.15m，排水管坡度为2%。水平排水沟宽度约0.4m，0.17~0.23m，沿纵向每隔30m设置一次，使路基与侧沟之间的水下沉至路基侧沟，然后通过与核心排水沟相连的水平排水沟排出隧道。最后，在侧墙侧沟与水平污水沟之间铺设∅110mm聚乙烯弯头连接，以分离侧墙侧沟内的水，促进排水设备更加顺畅、科学、合理、有效。

2.3隧底地下水泄压系统

岩溶及地表水长发育地段，隧道底部周向盲管每隔5米布置一次，两侧弯入边墙侧沟。中心排水沟两侧设置纵向管道（上下重叠），弯入核心排水沟。必要时，应在路基边沟底部设置泄压管。为隧道底部压力井的排水管道提供安全通道，防止压力井损坏路基，确保工程质量和运营管理安全。

2.4围岩集中出水点和裂隙股状水处置

对于开挖面暴露的集中排水点或裂隙水，初期支护后可立即连接核心排水沟，采用不小于110mm的cpvc管作为关键排水管路，以提高隧道施工阶段的排水能力，降低衬砌干裂、渗漏等病害风险。

2.5二衬施工缝、变形缝防水

根据质量和投资控制的多重考虑，根据隧道施工现场的地理条件和地表水的开发标准，在水流较大的地理位置，二次衬砌沉降缝和建筑物变形缝防潮选用自粘橡胶止水带，选用其他地区选用的材料性能符合技术标准的通用橡胶止水带。该对策既能满足排水管道的质量标准，又能有效降低工程投资。

3二次衬砌设计和施工技术

3.1常见质量问题

3.1.1施工间隙冷缝

在某铁路、沪昆客专贵州段Ⅱ、Ⅲ级围岩及Ⅳ级硬质围岩深埋地段隧道施工过程中，二次衬砌采用素混凝土进行浇筑，由于混凝土施工中存在运输中断、混凝土输送管道堵塞等问题导致出现施工间隙冷缝。

3.1.3运营期衬砌开裂、掉块

衬砌混凝土中的非结构性裂缝在隧道内轨道列车流体力学正负压差的反复作用下会逐渐增大，这会因干裂缝、落块等因素导致高速铁路运营安全隐患。

3.2二次衬砌设计

为降低隧道衬砌混凝土掉块风险，加强岩溶隧道二衬结构安全、降低运营期正负压反复作用导致隧道二次衬砌出现开裂、掉块风险，确保开通以后的运营安全。在《铁路岩溶隧道勘察设计规范》(Q/CR9251-2020)颁布前，为降低隧道衬砌混凝土掉块风险，在贵南铁路贵州段隧道可溶岩Ⅱ、Ⅲ级围岩素混凝土地段隧道施工过程中，在隧道拱部142°39′24″范围内设置∅8mm钢筋网作为护面钢筋，拱墙内设置间距2m的钢筋格栅支撑和固定护面钢筋网片；在《铁路岩溶隧道勘察设计规范》颁布后，可溶岩地段隧道采用钢筋混凝土衬砌结构。

3.3二次衬砌施工技术

3.3.1二次衬砌台车工艺工法

借鉴京张铁路湖北段、郑万铁路优良的科学合理工艺和工装经验，二次衬砌车辆采用筒仓、撬块改装，混凝土分层开窗对称浇筑，混凝土分层自卸车浇筑；此外，在第二衬砌端部模板带上设置周向中间埋式止水带的固定卡箍，并增加周向橡胶止水带，以避免模板台车对已完成衬砌施加过大压力而导致衬砌干裂；浮顶的预埋件配有模套阀管和用于纸张注射的一体机。在此基础上，贵州至南宁铁路线隧道施工期间，对二次衬砌车辆进行了以下改进：

（1）对二次衬砌模板台车进行改造，使二次衬砌周向沉降缝产生“弧形圆角”，释放二次衬砌沉降缝处产生的地应力，大大减少二次衬砌沉陷缝病虫害。

（2）为了避免沉降缝、贯通缝、沙漠化、蜂窝麻面等质量隐患，将拱墙和低边墙已浇筑衬砌混凝土的刚性钢筋搭接技术改进为软筋搭接技术，俗称“软搭接”。“软搭接”技术也适用于周向沉降缝。

3.3.2隧道拱顶灌注控制及衬砌背后充填注浆

为避免隧道拱顶混凝土产生厚度不足、不密实、空洞的缺陷，在灌注拱顶混凝土时，从下至上逐层进行，直至拱顶，采用可视化的监控系统和压力传感系统，使拱顶混凝土灌注达到可视化和定量控制，保证拱顶灌注质量。

在本循环二衬混凝土灌注完成后，在拱顶防水板表面沿纵向布置注浆管和排气管进行拱顶充填注浆。注浆管采用∅30mmPVC管，外漏部分20cm,注浆管上钻孔作为溢浆孔(排气管不布孔),溢浆孔梅花型布置，孔径不小于6mm,孔间距不大于20cm。设置注浆管与排气管时注意保护防水板不被破坏，影响排水效果。注浆采用微膨胀早强水泥砂浆，满足和易性、耐久性并满足配合比要求，注浆压力应小于0.2MPa,当注浆压力超过0.2MPa或浆液从排气管排出时即可停止注浆，将注浆孔封填密实，并对注浆效果和衬砌质量进行检查、验证。

结论

隧道通过对隧道防排水设计、二次衬砌开裂与掉块防治、隧底抗浮等方面不断优化，使得隧道设计和施工更加的科学、合理，从而使隧道质量控制得到了很大的提升，减小了病害发生的概率。为西南地区岩溶、复杂地质条件隧道质量控制积累了丰富的设计、施工经验和技术数据，对今后类似地质条件隧道质量控制起到了借鉴和推动作用。

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