渝怀线彭水隧道进口段涌水处理浅析 7页

渝怀线彭水隧道进口段涌水处理浅析张毅中铁二院集团有限责任公司【摘要】渝怀线彭水隧道进口段多次发牛特大涌水，该段属可溶岩地区，隧道位于岩溶水平循环带及垂直循环的变化带内，岩溶发育,隧道切穿自北向南向乌江侵蚀基准而排泄的岩溶管道发生涌水，涌水受大气降水补给较快，水量大，治理原则以排为主.【关键词】隧道;岩溶;处理[AbstractlExtraordinarilyseriouswatergushinghasoccurredattheentrancesectionofPengshuiTunnelonChongqing一HuaihuaRailwayformanytimes.Thesectionbelongstosolublerockarea;thetunnellocatesinthevariableKarstzoneofhorizontalandverticalrecyclingwhereKarstdevelops.watergushingoccursduetothetunnelcuts一throughtheKarstconduitfromnorthtowardssouthdrainedtoWujiangerosionbasis.thewatergushingissuppliedspeedilybyatmosphericprecipitationwithlargewaterquantity,whichshallbecontrolledandtreatedmainlybydrainageonprinciple.[Keywords]tunnel;karst;kealingwith7前言彭水隧道全长9028m,最大埋深720m,系渝怀铁路的重点长大隧道之.隧道进口段开挖过程中出现多次地质灾害,2001年4月11日进口平导开挖至PDK238+911处出现特大涌水,5月18日开挖至PDK239+117处出现突泥,5月30日正洞开挖至DK238+936\n隧底出现冒水，其后正洞DK238+936处，平导PDK238+911处多次发生特大涌水•经2001年4月11口至8月6口监测，平导，正洞最大涌水量达41.8X104m/d,给施工造成很大困难，隧道涌水流出洞口后，直接冲刷低于隧道10m的引9国道，危及319国道及行车安全，因此有必要对进口段的涌水情况进行深入分析，以确定处理措施.地质概况彭水隧道地处四川盆地东南缘，乌江支流郁江及乌江交汇处三角地带的中低山区•工程区域内岭脊高程为980m,谷底为郁江，乌江河谷，高程为200〜210m,属长江水系乌江流域,地表支沟及地下水均向郁江，乌江排泄.2」地层岩性及地质构造因素隧道进口DK238+750〜DK240+560段为可溶岩地区，该段地表分水岭位于DK240+080,DK240+560为可溶岩与非可溶岩分界,此处应为地下分水岭•自进洞处至DK240+560地层岩性依次为巴东组(T2b)泥岩,泥灰岩(与Tlj分界位置为DK238+750);嘉陵江组(Tlj)灰岩，白云质灰岩，白云岩夹岩溶角砾岩;大冶ffi(Tld)顶部2()〜30m为泥岩，泥质灰岩夹页岩，中下部为灰岩，底部为厚约15m页岩夹泥质灰岩;长兴组和吴家坪组上段(P2c+W2)灰岩,吴家坪组下段(P2w1)含煤岩系，厚约13m;茅口组，栖霞组和梁山组(P1)灰岩;罗惹坪群(S21r)页岩夹粉砂岩.因此，该段地层岩性以碳酸岩盐为主，两侧皆为隔水的非可溶岩，有利于岩溶发育.该段地质构造简单，地层单斜，在DK240+120发育一挤压破碎带，岩层走向与线路近直交，倾向隧道进口,倾角约60.岩层倾角陡，地表2007年第11期?65?涌表处理浅新渝舗线彭承隧道进口隈水多沿层面入渗，地下水运动较强烈，岩溶发育方向主要受层面的控制.\n2.2地下水迳流特征该段地表岩溶较发育，主要为岩溶洼地,落水洞，竖井，溶洞，岩溶大泉等岩溶形态•隧道进口标高260m,乌江排泄基准面标高为200-210m,故隧道进口段位于岩溶垂直循环带及水平循环带，岩溶发育,地下水主要受大气降水补给，主要通过岩溶管道水的形式向乌江侵蚀基准而排泄，因上游约2.4kin段及乌江下游位于T2b非可溶岩地层中，故其主要迳流方向应为顺岩层走向自北向南向乌江上游排泄，这可于平导PDK238+911,正洞DK238+9I5处发育横穿线路的溶缝得到证实，上游2.4km段内部分地下水自东向西迳流,于乌江岸边的T2b/Tlj界线处呈溢出泉的形式出露，如九股水，老瓦房等岩溶泉点，流量2()・3()L/s,标高分别为215,230m•平导PDK238+9U处出现涌水后,九股水岩溶泉水量变小.地表仅见此两个较大的岩溶泉点，但经监测平导内最小涌水量为0.21m/s,若多日不降雨正洞几乎干枯，故此认为地下岩溶管道另有出口，该出口应位于乌江上游边或江底.2.3大气降雨与涌水量的关系大气降南与隧道涌水量的关系密切•经对彭水隧道进口正洞及平导涌水量监测，彭水隧道于2001年4月11日发生特大涌水后，至2001年8月6日又发生3次较大涌水•尤以6月11日降南过程后涌水量最大,该次降雨始于6月10口22:30,于6月11日凌晨01:30隧道正洞及平导涌水量有明显增大，约于凌晨()3:00水量达到最大•现以6月11日降雨过程分析降雨后9■6672007年第11嬲涌水量随时间的变化关系，见6月11口至6月16口平导涌水量变化曲线图(图1).图1平导涌水量变化曲线图可见，隧道涌水受大气降水补给较快，约于降雨开始2.5h后有明显增大，约4.5h后水量达到最大，其后水量逐渐减小,而最大涌水量约为稳定涌水量的20倍.据彭水县气象资料，彭水县年最大降雨量为1700mm,连续最大降雨量为160ram,而6月11日凌晨降雨过程仅为中雨，降雨量约为53ram,故出现大到暴雨时,其涌水量会进一步增大.f\n涌水量估算发生涌水后，以平导断面为基准进行涌水量观测,水面宽4m,测水深0.95m,流速065m/s,昼夜流量达21X104m3.隧道进口段位于岩溶垂直循环带及水平循环带，隧道涌水量计算采用泉流量法.由于隧道已切穿地下岩溶管道，正洞及平导涌水处作为泉点考虑，以目前监测资料,6月11日水量达到最大时，降雨量仅为53ram,Kij彭水县历年连续最大降南量为l60ram,考虑到连续降雨时间及其他各种因素的影响，最大降雨时系数取2,故该段隧道的最大涌水量为：Q二(4.21+0.59+0.02+0.03)X86400X2=83.8X104m/d4应对措施平导发牛突水后，涌水迅速漫过洞外施工场和319国道，流入其下游的乌江，对引9国道及下游的乌江桥的安全造成威胁.为此,立即制定了应急排水措施：平导外做排水沟,以便涵形式穿越I线路基，将水引至线路左侧约20m处的公路涵洞，公路涵上下游10m沟床范围内抛填片石，以防止水流冲刷淘蚀公路路基及涵洞基础，并待水量减小后进行铺砌.,•1岩溶水整治原则的确定确定岩溶水的整治处理原则，主要是对排水与堵水两种整治方式的选择.根据前文中的水文地质条件分析,岩溶水沿岩层面发育，涌水量大,H与地表连通性好,若采用注浆堵水方式，压注浆液极易沿岩层而流失,且注浆封堵后，地下水势必寻找新的排泄通道，岩溶水极可能发牛纵向串水,从而危及隧道安全，不易达到预期堵水效果.该段隧道埋深600g若采用注浆堵水，该段隧道衬砌结构承受约3.5MPa的水压侧需釆用1.2m厚的圆形抗水压钢筋混凝土结构，由此增加投资约4万元/延米,技术经济不合理.同时该段地表范围内山高坡陡，土地贫瘠，人烟稀少，植被发育，\n无环境敏感点，实施注浆堵水的必要性不大.综合以上三点，采用注浆封堵岩溶水方案，存在造价高，风险大，且实施的必要性不强等特点，因此采用”以排为主”的岩溶水整治原则.；D引排方案比选(1)引排方案一:加宽，加深隧道肓墙段侧沟,提高过水能力，然后接入改造后平导,洞外以便涵形式下穿I线路基，磴场便道后，通过公路涵洞引入乌江.隧道侧沟改造:即利用隧道育墙段衬砌轨下富余空区较大的条件,在满足轨下道床结构要求的情况下,充分利用富余空区，加深，加宽水沟，以满足排水需要.平导改造:平导断面宽3m,其坑低较隧道路基面低0.2g如满足76.57x104m/d能力，且保证平导水不能反灌隧道正洞，根据无压等速流水力计算公式，则需平导加深0.8m.方案评价:充分利用既有排水条件进行加强，节省投资;但在有水情况下改造隧道侧沟过水断面,施做困难，延误工期;该方案对平导改造后，则平导后续无法施工，即平导无法达到解决隧道施工工期的问题,同时由于该平导系利用预留二线位置设置，改造后将來二线修建困难;排水系统利用现有公路涵洞排泄,无法确保该公路涵的质量，且进一步加固困难;同时涌水对引9国道及乌江特大桥产生冲刷，存在安全隐患;若隧道在向前施工过程中发牛更大量的涌水,则该方案缺乏储备条件.(2)引排方案二:泄水洞引排•自线路右侧约50m处的自然冲沟内起，设一泄水洞，下穿引9国道，连接平导突水点•泄水洞过水断而采用矩形，断而宽b-2.Om,高h・・1.8m,考虑了一定的引排水储备条件,则采用无压等速流计算，取则水力半径为：取过水断面混凝土沟壁的粗糙系数n=0.013.\n竺:—皇::兰::0.6b+2.0+2X1.5查系数C表得:c-71.4.过水量Q-.101.3X104m/d.根据以上计算公式，泄水洞排水能力大于估算的最大涌水量，即考虑一定的安全储备，主要是根据前面的涌水分析，该隧道进口段地下水丰富，含水层明显，且有长期补给来源(大气降水)，若继续向前施工中揭示有岩溶水时，且隧道侧排水沟无法满足涌水量的排泄要求时,泄水洞可进行接长引排.方案评价:下穿引9国道，避免了对线路及引9国道的安全隐患;利用泄水洞引排水，减少对洞内施工的干扰，加快施工进度，缓解工期压力;泄水洞排水能力考虑了后续施工中遇岩溶水引排的储备;泄水洞方案将平导及正洞涌水通过泄水洞排往乌江，且泄水洞应穿过引9国道，避免水流影响国道行车安全./衬砌结构的抗水压设计隧道揭穿岩溶管道后，其原有的岩溶水力平衡条件被打破，径流条件由此发生改变,虽然对岩溶水进行了引排，但仍可能因为岩溶排泄管道被逐渐疏通或人工排泄通道淤积等影响,在雨季发牛特大暴雨情况，因岩溶水引排系统排泄不畅，造成水位上升，对隧道衬砌结构形成一定的水压.该段地层为完整性较好的灰岩，若按常规设计应为川级衬砌，为40cm等厚的肓墙衬砌结构，最大能抵抗5m高的水头压力，显然其安全储备不够，雨洪季节一旦水位上涨超过5m,极可能导致衬砌破坏，因此在隧道施工遇岩溶洞时,衬砌结构不能简单地按围岩级别划分,还应考虑一定的抗水压能力.基于以上分析认识，在彭水隧道正洞涌水段衬砌结构设计时，设计采用了钢筋混凝土衬砌,在承担围岩荷载条件的基础上，作为安全考虑,还考虑因排泄不畅引起水位上升的影响因素，水压力考虑30m高的水头，即0.3MPa,其承受水压如图2.\n7聋.4适中残图2水压荷图结语对山岭隧道岩溶水的整治处理,应首先根据地层岩性，倾角产状以及岩溶突水的特点等因素进行调查分析，查明岩溶突水的性质，來源，并考虑其对地表水的影响，以确定或堵或排方案.灰岩地段修建山岭隧道，对穿越岩溶地段应充分考虑发生突水，突泥的可能,采取必要的超前探测措施,设置辅助坑道时应有一定的排泄岩溶水的储备条件，设计排泄通道应考虑一定的安全储备，岩溶发育地段的衬砌结构不能简单地按围岩级别划分，还应考虑一定的抗水压能力.作者简介：张毅:中铁二院集团有限责任公司办公室副主任.:2007年笫II期?67?