蒲建国
(沪昆铁路客运专线贵州有限公司，贵州 贵阳 550000)
对于复杂岩溶地质中的高铁隧道而言，防排水仍是影响其运营安全的薄弱环节。目前，在已开通的贵广铁路、沪昆铁路贵州段运营过程中，部分隧道在雨季短时强降雨天气下出现排水能力不足、排水不畅产生局部水压、施工缝渗漏水、掉块等影响铁路运营安全的情况。出现此类防排水病害的原因主要为：①在隧道设计阶段，由于勘察手段的限制，对岩溶地区的岩溶裂隙水、岩溶管道水等地下水特性了解不足，不能进行针对性的设计；
②在隧道施工阶段，隧道二次衬砌和基底处理等施工未严格落实相关的技术要求。本文以贵南铁路为工程背景，介绍了复杂岩溶地质隧道建设阶段采取的关键技术，实际应用效果良好。
1.1 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5 m，岩溶及地下水发育地段纵向间距取为2 m。
(2)在矮边墙增设孔径不小于110 mm的泄水孔(管)，孔(管)间距不大于2 m，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0.5 m。
(3)隧底布设环向盲管，管径不小于50 mm，纵向间距不大于5 m；
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1.5 m范围布设“凸”壳型排水板[1]，发挥“凸”壳型排水板的“面排水”功能。
1.2 隧道内排水系统
首先在左右边墙侧沟槽壁与道床之间各纵向拉通增设尺寸为宽0.3 m×深0.2 m的道床侧沟。然后在道床侧沟与中心沟之间增设横向排水沟，沟顶板低于道床板0.15 m，排水坡度2%。横向排水沟宽0.4 m、深0.17～0.23 m，沿纵向每隔30 m设置一道，使得道床与侧沟之间的积水汇入道床侧沟，再经横向排水沟连接中心水沟排出洞外[2]。最后在边墙侧沟与横向排水沟之间埋设∅110 mm的PVC弯头进行连接，从而分流边墙侧沟的水，使得排水系统更加通畅、科学、合理。
1.3 隧底地下水泄压系统
在岩溶及地下水发育段，布设隧底环向盲管，间距5 m，两端弯入边墙侧沟，在中心水沟两侧壁位置打设竖向管(左右交错)弯入中心水沟，必要时，在道床侧沟底部打设泄压管。为隧底有压水提供排水通道，防止有压水破坏道床，保证施工质量及运营维护安全。隧道排水路径、排水系统断面以及排水系统布置见图1～图3。
1.4 围岩集中出水点和裂隙股状水处置
对于开挖面揭示的集中出水点和裂隙股状水，可于初期支护背后单独设置管径不小于110 mm的PVC管作为专项排水管路直接接入中心水沟，从而提高隧道施工阶段的排水能力，降低出现衬砌开裂、渗漏水等病害的风险。
图1 排水路径
图3 排水系统布置平面
图2 排水系统布置断面(单位：cm)
1.5 二衬施工缝、变形缝防水
基于质量与投资控制的双重考虑，根据隧道工点地质条件和地下水发育情况，二衬施工缝、变形缝防水在水量大的地段采用自粘式止水带、其他地段采用材料性能满足相关标准要求的普通止水带，该措施既可满足排水质量要求又可有效降低投资。
1.6 施工期间集水廊道
在隧道施工过程中，当原设计排水系统不能满足排水需求时，需增设集水廊道对其进行汇集，然后引排至泄水洞、平导、横洞等辅助坑道排水设施中。
贵南铁路贵州段朝阳隧道掌子面开挖至DK163+786处，揭示岩性主要为灰岩，掌子面左侧边墙有一裂隙，裂隙内富水，水量约为150 m3/h，裂隙张口尺寸约为0.3 m，向隧道外轮廓斜上方发育，拱顶向上发育一黏土充填溶腔，溶腔内富水，出水位置为一竖向发育溶槽，溶槽尺寸约为1.0 m(长)×0.25 m(宽)，向上发育高度不明。隧区岩溶中等～强烈发育，地下水属于岩溶裂隙～管道水，局部可能存在大的溶隙或隐伏岩溶管道[3]，可能导致突泥涌水。在建设过程中，为将隧底及拱顶岩溶水引排至洞身平导，达到泄水降压的效果，分别于线路左侧和拱顶处各增设了一集水廊道，集水廊道与溶腔和平导联通，将该处出水引排至平导内，使岩溶、裂隙水排水畅通，降低了突泥涌水的风险，减小二衬结构的水头压力，保证隧道施工质量安全的同时，也为运营安全提供保障。
2.1 常见质量问题
2.1.1 施工间隙冷缝
在贵广铁路、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。
2.1.2 运营期衬砌开裂、掉块
衬砌混凝土中的非结构裂纹在隧道内高速列车空气动力学正负压差反复作用下会逐渐增大，从而产生开裂、掉块等影响高铁运营安全的隐患。
2.2 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/CR 9251-2020)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∅8 mm钢筋网作为护面钢筋，拱墙内设置间距2 m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。
2.3 二次衬砌施工技术
2.3.1 二次衬砌台车工艺工法
借鉴京张铁路、郑万铁路湖北段先进合理的工艺工装配置经验，对二次衬砌台车加装料斗与滑槽以实现混凝土分层分窗对称入模灌注、分层捣固混凝土[4]；
同时在二衬端模带中设置环向中埋式止水带固定夹具，并加设环向止水条以防止模板台车对已完成衬砌压力过大从而导致衬砌开裂；
拱顶预埋带模注浆管并配置注制浆一体机具[4]。在此基础上，贵南铁路隧道施工过程中还对二次衬砌台车进行了以下改进：
(1)对二衬模板台车进行改装，使二衬环向施工缝形成“弧形倒角”，释放二衬施工缝处产生的应力，大大降低二衬施工缝病害。
(2)拱墙与矮边墙已浇筑的衬砌混凝土的刚性搭接技术优化为柔性搭接技术，简称“软搭接”，以防止施工缝处漏浆、错台、沙化及蜂窝麻面等质量缺陷。“软搭接”技术也适用于环向施工缝。
2.3.2 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∅30 mmPVC管，外漏部分20 cm，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6 mm，孔间距不大于20 cm。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0.2 MPa，当注浆压力超过0.2 MPa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。
3.1 隧底上浮控制技术
3.1.1 隧道上浮问题
隧底仰拱是二衬结构的重要组成部分，也是病害发生后最严重、最难处理以及威胁最大的部位。近年来，西南地区多座软质岩缓倾岩层铁路隧道在运营前或经过一段时间的运营之后，隧底结构出现不同程度的上浮，造成轨道上拱、不平顺等病害，尤其是采用无砟道床的隧道，由于其轨道的可调空间极为有限，隧底上浮病害直接危及行车安全。贵广铁路、沪昆客专贵州段个别隧道也因岩溶水、缓倾水平岩层等引起隧道轨道结构上浮病害。
在隧道运营期内若出现隧底上浮，可通过增设泄水洞、重构仰拱等措施进行整治，但运营、施工协调问题突出，安全压力巨大、劳动效率极低、投资增加极大。
3.1.2隧底抗浮措施
贵南铁路贵州段朝阳隧道DK164+440-DK168+710段为水平岩层，在施工过程中，该段采取调整仰拱曲率至1/8、厚度加厚至70 cm的隧底结构加强措施。通过对该段整体的仰拱沉降量监测成果进行分析，累计总沉降值均控制在±3 mm以内，没有出现沉降过大的情况，典型断面的沉降变化也随时间的增长趋近于稳定，并收敛于一个较小的范围，均未出现不可控的较大沉降，说明该段的沉降控制效果较好，结构总体安全稳定。
该措施在贵南铁路贵州段进行推广，减小了运营期隧底上浮病害的发生概率，降低维修成本，确保运营安全。
3.2 隧道基底隐伏岩溶探查和处理
3.2.1 隧道基底隐伏岩溶探查
隧道基底在岩溶水、裂隙水等地下水以及地表水补给作用下将产生隐伏岩溶，直接影响到隧道自身结构的稳定，威胁铁路运营安全。为了提高工程实体质量，降低运营风险，在施工过程中对隧道基底一定深度范围内，分仰拱浇筑前后两个阶段进行隐伏岩溶探查，为岩溶整治提供基础资料。
3.2.2 隧道基底隐伏岩溶处理措施
针对贵南铁路贵州段斗篷山一号隧道(DK40+100-DK42+130段)隐伏岩溶探测出现的溶蚀破碎带、溶洞等异常段落进行处理。
(1)隧底溶蚀破碎带处理：隧底溶蚀破碎带可采用打孔泄压的方式进行处理。打孔泄压可加强隧底地下水的引排，降低地下水对仰拱结构的水头压力，确保结构安全，有效的预防隧底病害的发生，保证运输安全。其流程为：在隧底增设排水降压孔，并首先施作兼做取芯孔的排水降压孔，每一段溶蚀破碎带取芯孔单侧间距20 m且至少有1个。取芯后，若取芯孔无异常，可正常施作排水降压孔；
取芯后，若芯样采取率不高、芯样破碎，应在该取芯孔孔内做电视成像，以探明钻孔孔周地质情况，待电视成像完成后在孔内设∅100 mmPVC管，并凿槽埋设∅100 mmPVC弯管将排水降压孔内涌水直接引入中心沟，然后将开槽回填至原设计仰拱填充顶面；
溶蚀破碎带内同时有溶洞需进行注浆处理时，先行施作溶洞注浆处理措施，待注浆完成3 d以后，方可施作溶蚀破碎带内的排水降压孔。
(2)隧底溶洞处理：隧底溶洞底板厚度大于10 m时可不做处理，当隧底溶洞底板厚度不大于10 m时可采用钻孔注浆的方式进行处理。钻孔间距5 m，每处异常区取钻孔的10%兼做取芯孔且不小于2孔。先施作取芯孔，并根据取芯钻孔资料综合判识，确定是否调整其余注浆孔设置参数；
注浆钻孔深度超过异常区下边界0.5 m。钻孔采用∅89 mm钻孔，内置∅75 mm钢花管作为注浆管，浆液采用C20水泥浆(取芯孔揭示有较大空溶洞时，可调整为灌注水泥砂浆或细石混凝土)。注浆终止由注浆压力进行控制，当注浆压力达到注浆终压0.3 MPa、连续10 min不进浆可结束单孔注浆，并记录注浆过程中的注浆压力、注浆时间及注浆量等数据，为以后注浆提供参考依据。
贵南铁路贵州段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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