铁路运营隧道病害勘察与治理技术研究

王会民

[摘 要]以一座铁路运营隧道病害治理工程为例，采用勘察手段查明了隧址区的水文地质条件、地下水发育特征和分布规律；对已查明的含水低阻异常体和水害通道，采用物探方法进行了验证，勘察结果为隧道病害治理提供了可靠的技术资料，对同类型隧道病害整治具有一定的参考价值。

[关键词]运营铁路 隧道病害 治理技术 研究

中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0385-02

1、前言

隧道工程是埋藏在地表以下的构筑物，不可避免的要面对各种复杂地质情况。诸如地下水发育，冻胀性岩土，断层破碎带，岩溶发育带等各种工程地质问题层出不穷，造成施工和后期运营中发生塌方、渗漏水等病害，轻则留下安全隐患，重则中断铁路行车。而对于铁路运营隧道来讲，受行车条件限制，其病害治理存在一定的特殊性。这就需要采取综合手段，查明隧道病害形成的原因，必要时采用一定的方法进行验证，从而为隧道病害治理提供可靠的技术资料。

2、隧道病害

大准铁路鸡鸣驿隧道位于内蒙古自治区和林格尔县境内，隧道里程为K169+975～K171+568，全长1593m，由1号和2号两个隧道组成。其中1号隧道最大埋深50m，2号隧道最大埋深98m，洞身穿越浑河右岸的中低山地带。近年来，由于隧道自身结构老化，隧道边墙至拱顶部位多处出现渗、漏水现象。隧道内部分地段排水不畅，冬季结冰冻胀，导致排水沟局部开裂，水流下渗引起路基下沉，对铁路行车安全构成威胁。

3、治理设想

（1）对隧道附近区域地形地貌，地层岩性，地质构造等工程地质条件进行现场调查与测绘后，进行宏观研判。

（2）采用勘察手段查明了隧址区的水文地质条件、地下水发育特征和分布规律，并根据物理探测方法，分析隧址区含水低阻异常体的位置和分布形态，查清隧址区地下水分布于情况，并结合工作钻探结果进行验证。

（3）通过矿物成分、化学成分试验和水文地质参数计算，得到围岩岩土体物理力学参数以及矿物化学组分，为隧道整治工程设计提供技术资料。同时，为相似地质条件的隧道病害整治提供参考。

4、隧址区水文地质勘察与分析

隧址区位于内蒙古高原向黄土高原的过渡地带，属侵蚀性黄土高原地貌。场区主要出露地层为第四系黄土和太古界桑干群片麻岩。地下水按其成因类型可分为第四系孔隙含水层和基岩裂隙含水层，其埋藏类型均为潜水。

4.1地下水补给、迳流、排泄条件

调查发现，隧址区大气降水一部分沿地表从山脊向两侧沟谷汇流，一部分则沿基岩裂隙渗入地下。基岩裂隙水的流向受节理裂隙控制，流向变化较大，但总的趋势是流向浑河河谷。（见图4.1）

4.2 地下水化学特征

为判断隧道内渗水来源，分别进行了水质简分析和氢氧同位素分析。水质简分析结果显示，各水样中的主要阳离子为Na+和Ca2+，阴离子主要为HCO3-和SO42-离子。

从图4.2中可看出，各水样水化学类型基本一致。根据舒卡列夫分类，隧址区地表水、泉水、隧道内涌水及基岩裂隙水水化学类型均为HCO3-SO4-Na-Ca型。水中Cl-离子含量较少，隧址区地下水交替活跃，矿化度均小于1g/L，属低矿化度水。这说明大气降水直接入渗补给基岩裂隙水，基岩裂隙水通过裂隙通道或破碎带，部分从隧道内部渗出，部分继续沿基岩裂隙补给山前松散冲积层，最终向浑河河谷排泄。

同位素分析结果显示（见图4.3），隧道内泉水、涌水及各钻孔所采水样均接近全球大气雨水线，显示其来源于大气降水。图中虚线为推测的当地降雨线，与全球大气雨水线接近。

综上所述，隧道内渗水、泉水、基岩裂隙水均来源于大气降水。

5、水文地质参数计算

隧址区基岩裂隙水水量小，无法满足单孔抽水试验。采用渗坑试验、钻孔注水试验及室内试验分别求取各岩层的渗透系数。

5.1 地表强风化片麻岩

地表强风化层渗透系数的求取采用渗坑试验，渗坑位置设在SK9号钻孔附近；渗坑尺寸为30cm×30cm×40cm，底部铺设碎石5cm，试验时间共计2小时；求得地表强风化至全风化片麻岩渗透系数约为0.6×10-2cm/s。

5.2 中风化至强风化片麻岩

该层渗透系数的求取采用钻孔注水试验。钻孔施工中SK9、SK10号钻孔岩心整体较破碎，选取SK9号钻孔进行钻孔常水头注水试验。见图5.1。

SK9号钻孔孔径为Φ110mm，终孔孔深90.3m；全孔上部为强风化至全风化，下部为中风化至强风化片麻岩，岩心破碎；注水段为下部中风化至强风化段，试段长20m，该孔静止水位埋深52m；采用常水头注水试验，计算公式如下：

Q—注入流量（cm3/min）；

F—形状系数（cm）；

H—试验水头（cm）。

通过试验，求得中风化至强风化片麻岩渗透系数为1.5×10-3cm/s。

另外，采用SK7号孔，求得微风化片麻岩渗透系数k=6.6×10-4cm/s；通过室内渗透试验，求得细砂的渗透系数为5.37×10-3cm/s，粉土的渗透系数约为30×10-6cm/s。

6、隧址区含水异常区的分布

为了查清隧址区水害通道及含水低阻地质异常体的分布，采用了高密度电法和地质雷达物探方法进行了探测。

通过物探资料分析，结合隧址区水文地质条件、钻探成果综合分析，隧址区含水低阻异常体可划分为两段。第1段：基本介于SK6号孔与SK9号孔之间，并以SK9位置为低阻中心，大气降水沿基岩裂隙向SK9破碎低洼带汇集，最后分别向下、向SK6方向沟谷径流。第2段：基本介于SK10与K170+230之间，经补给，大气降水沿基岩裂隙向SK10位置汇集后，向其北侧沟谷径流。综合分析，得出以下结论：

隧道渗水主要集中在1号隧道K170+260-650之间。根据水化学与同位素分析，其来源为基岩裂隙水，且隧址区的地下水补给源为单一的大气降水，水害通道为上覆片麻岩节理裂隙和破碎带。

隧址区含水低值异常体主要分布在K170+462-K170+732段及K170+252-K170+318段。该区段岩体电阻率低，岩体风化破碎较严重，不仅为地下水渗流的良好通道，也为地下水的富集储存提供了有利的场所。

7、治理措施

（1）拱顶注浆堵漏

采用Φ42钢花管进行拱顶注浆堵漏处理，注浆深度3m，注浆孔间距1.0×1.0m，梅花型布置，采用水泥-水玻璃混合浆液，并在压浆区及其周围的原有衬砌表面涂刷“优止水”。

（2）边墙凿槽埋管引排水

对渗漏水严重段落的隧道衬砌边墙施工缝处采用凿槽埋管引排水措施治理，排水管外侧铺设硬质聚氨酯类树脂发泡固结保温材料。边墙PVC排水管外侧预留自控温伴热电缆接口。

（3）基底破碎带及涌水整治

对K170+500～600段道床基底涌水及K170+850～870段基底破碎病害采用注浆加固。

（4）排水沟改造

对于隧道排水沟改造采用清淤、修复和增设保温层等措施进行综合处理。

参考文献：

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