淺談大準鐵路公司雞鳴驛隧道內部病害勘測方法及成果

郭高峰

摘 要 神華準能大準鐵路雞鳴驛隧道既有線路位于大準鐵路雞鳴驛至廟溝站間，全長1 593.07m，為曲線隧道。洞身穿越渾河右岸的中低山地帶。由于列車長時間運行，隧道內邊墻至拱頂均出現滲水、漏水現象，由于結冰凍脹，導致水溝局部開裂，使水滲入路基內部，引發路基下沉。需對該隧道病害段進行綜合勘察，查明隧道地下水埋藏情況、水害通道及含水低阻異常地質體的分布，為隧道病害防治提供依據。

關鍵詞 大準鐵路；隧道；病害；勘探；成果

中圖分類號 U21 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0202-02

神華準能大準鐵路雞鳴驛隧道既有線路位于大準鐵路雞鳴驛至廟溝站間，全長1 593.07m，為曲線隧道。隧道進口距離雞鳴驛村約1km，洞身穿越渾河右岸的中低山地帶。

隧道內邊墻至拱頂均出現滲水、漏水現象，此外，在隧道小里程方向隧道內排水溝存水量較大，加上當地氣溫較低，水溝經常結冰、填滿水溝，由于結冰凍脹，導致水溝局部開裂，使水滲入路基內部，引發路基下沉。雞鳴驛既有隧道的一號隧道出口的保溫水溝從道床下右拐過渡到右側與雞鳴驛二號隧道右側水溝銜接，隧道內水溝排水不暢，以K171+304為界，大里程方向水溝無法排水，致使隧道內地表水不能及時排至洞外。

為了確保大準鐵路的正常運營，需對該隧道病害段進行綜合勘察，查明隧道地下水埋藏情況、水害通道及含水低阻異常地質體的分布，為隧道病害防治提供依據。

1 雞鳴驛隧道內部綜合勘察的目的

1）充分搜集既有的地質環境、水文、氣象、工程資料、隧道病害情況等相關資料，在此基礎上以工程地質配套理論和方法進行宏觀研判。

2）采用綜合勘察手段查清雞鳴驛隧道所處的地質環境及坡體結構，充分分析隧道病害形成的工程地質和水文地質條件、地下水發育特征和分布規律。

3）對隧址區巖體裂隙分布與發育特征進行探測分析，對確定的重大異常部位，采用高精度物探方法分析。

4）分析隧址區含水低阻異常體的位置和分布形態，全面徹底查清隧道病害分布與水害通道，對確定為含水通道或含水部位的地層采用工程鉆探的方法進行驗證，并采取試樣進行室內試驗，確定隧道圍巖的物理力學、水理性質、熱力學等相關參數，為工程整治設計提供準確資料。

2 隧道布置、特征情況

隧道內部布置：

1）隧道襯砌全部采用模筑混凝土，對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用200號混凝土曲墻式襯砌，Ⅳ、Ⅴ類圍巖和中部局部Ⅲ類圍巖采用150號混凝土直墻式襯砌。支護方式為錨噴，洞門為漿砌片石及預制塊。襯砌成形后隧道截面呈馬蹄形，寬約6m，高約6.2m。

2）洞內設單側水溝，1#隧道于線路左側，2#隧道于線路右側。1#隧道K159+456～K159+756采用保溫水溝，洞內有水地段襯砌背后每隔10m設一條盲溝，截面100×50cm（深×寬），盲溝底設滲水孔與水溝連通。

3 勘察內容

以鉆探工程配合地球物理勘探，詳細查明本次勘察范圍地層分布特征；以物探（高密度電法、地質雷達）為主，結合水文地質理論，查明隧址區地下水分布特征、水害通道及含水低阻異常體的分布，分析其對隧道襯砌結構的影響。另外，根據設計要求，對勘察區進行了工程測量及地形圖測繪；采集巖土（水）樣，獲得該區地下水化學類型、巖體力學、水理及熱力學參數，為隧道病害治理提供詳實依據。

3.1 工程測繪

本測區南北邊界線位于雞鳴驛隧道中心線南、北各一千米處，東西邊界線位于隧道東西進出口，具體測圖范圍為矩形，測區面積約4km2。測區地勢為東西兩側較高，中部較低，海拔高程1 100m～1 300m。

3.2 鉆探

本次勘察設計10個鉆孔，總進尺600m，實際共施工10個鉆孔，工程量601.3m。

1）上部松散層采用Φ108mm直徑的合金或螺旋鉆具鉆進，泥漿護壁，鉆探回次不大于1.5m，然后取樣。取樣鉆孔必須清底，沉渣不超過5cm。

2）基巖鉆進采用XY系列巖芯鉆機，使用Φ108mm直徑的合金或金剛石鉆頭鉆進。采用清水護壁，使用巖芯管鉆取巖芯，取芯回次不大于2.0m。遇到漏失嚴重時可改用泥漿護壁鉆進，但水文地質鉆孔必須在鉆孔鉆進施工結束后用清水反復沖洗，直至達到抽水試驗要求。金剛石鉆頭和上部軸承必須經常檢查，以保證巖芯采取率達到設計要求。

3）鉆孔全孔取芯。鉆孔基巖巖芯采取率不低于85%，其它地層不低于60%。

4）編錄人員嚴格遵守編錄細則規定。描述人員記錄應認真、及時、真實可靠，按回次進尺逐次記錄，嚴禁事后追記。

5）鉆進過程中做好簡易水文觀測，分層觀測地下水位，終孔24小時后再次觀測水位。

6）鉆探開工前，所有鉆探人員必須認真聽取項目技術負責人對鉆探的技術要求和鉆探技術負責人介紹的詳細鉆探技術方案。

3.3 地球物理勘探

3.3.1 高密度電法

本次設計的電法勘探布置方法是：沿隧道走向，在拱頂和自拱頂向隧道兩側各20m、35m處共布置五條縱測線，每條測線長約1 920m，電極間距6m～8m。垂直于隧道走向再布置若干條，已驗證不同測區參數。本次高密度電法共設計布設1 920個點，以有效分析隧址區的含水層分布、斷層帶和地層異常區分布。

實際作業中，根據現場情況調整電極間距為6m，地面高密度電法測線20條，勘探線長度19.674km，深度不小于120m測點2 099個。

3.3.2 地質雷達

為達到設計要求的測試效果，本次探測設計縱向測線12條（通長測線6條，水害地段測線12條，經過資料分析后，對重點部位再加密），分別在縱向拱頂、拱腰、邊墻布置測線，累計長度19.52km。經試驗將參數設定后，每個天窗期測試2～4條。

4 隧道水害治理措施

雞鳴驛隧道主要存在襯砌結構破壞、脫空、凍害、滲水等病害，其中水害為各個病害的促發因素，尤其在冬天，容易造成拱頂掛冰、排水溝結冰等現象，影響行車安全。因此，雞鳴驛隧道病害的治理，關鍵是治理水害。

通過對隧址區的勘察，已基本查清了隧道內滲水來源與裂隙通道，圈定了含水異常地質體的范圍，可以有針對性的對滲水病害進行治理。雞鳴驛隧道水害治理應采取“防”“排”“堵”相結合的綜合治理措施，各種措施的都有它的適用條件和優缺點。

4.1 “防”可從內外兩方面進行

內防是指對已變形和存在裂縫的襯砌結構進行修補，采用合適的防水材料進行涂刷，目前雞鳴驛隧道已經采取過相應措施，但單一措施收效甚微。

外防是對隧址地下水來源的補給區地表進行防滲處理減少大氣降水的入滲，但該方法需要的處理面積大經濟性差，而且會影響地表植被，產生環境問題。

4.2 “ 排”也可分內排和外排

內排是指在隧道內部修筑保溫排水溝，保證隧道內的滲水能夠在任何時間順利排出，也可以在1、2號隧道接口豎井位置設置集排水裝置，直接從豎井處排除積水；其次，在隧址區地表應修筑排水溝渠，盡量減少大氣降水的入滲。

外排可以采用施工疏干降壓井的辦法，降低病害附近地下水壓力或疏干地下水，來減小和消除水害。由于勘察區氣候較干旱，基巖裂隙水水量較小，根據地形地質條件，可從外部施工水平排水鉆孔對富水區進行抽排，減小隧道水害。鉆孔的開孔位置可以選擇在堅井附近，該處地表標高1 160m左右，鉆孔方面與隧道走向平行，鉆穿含水異常區，預計長度450m，終孔標高1 150m左右。該孔口標高低于含水異常區的地下水位標高，地下水可自流排出，如遇豐水期水量較大時，可采用真空泵抽水抽氣，利用負壓增大排水量。

4.3 “堵”

對隧道拱頂、拱璧等存在脫空及不密實的地方進行注漿充填，封堵水流通道。注漿時應選擇好適合的封堵材料，現場反復試驗，確保封堵質量，注漿壓力應根據注漿段的靜水壓力進行選擇，宜為水壓的2～3倍。

綜上所述，結合隧址區的水文地質條件和含水異常體特征，應采取“以排為主，排堵結合”的綜合治理原則。抽排地下水，可有效降低水害，從根本上解決地下水對隧道的影響。

5 勘察結論

通過對勘察成果綜合分析，得出以下結論：

1）隧址區地質構造簡單，無大的斷裂、褶皺等發育，地層巖性為第四系黃土和太古界桑干群片麻巖，巖體裂隙較發育，黃土覆蓋區地表沖蝕較嚴重，坡體結構穩定，無其它地質災害類型，工程地質條件簡單。

2）隧址區含水層主要為第四系孔隙含水層和基巖裂隙含水層，地下水不發育，區內地下水均向渾河河谷排泄，水文地質條件簡單。

3）隧道內滲水主要集中在1號隧道K170+260-650之間，根據水化學與同位素分析，其來源為基巖裂隙水，且隧址區的地下水補給源為單一的大氣降水，水害通道為上覆片麻巖節理裂隙和破碎帶。

4）根據物探成果及鉆探驗證，隧址區含水地主異常地質體主要分布在K170+462～K170+732段與K170+252～K170+318段，該區段巖體電阻率低，巖體風化破碎較嚴重，不僅為地下水滲流的良好通道，也為地下水的富集儲存提供了有利的場所。

本次勘察查明了雞鳴驛隧道水害來源及水害通道，圈定了含水低阻異常地質體的范圍，進一步為隧道水害治理提供詳實資料、選取合理的治理措施。