京广铁路南岭隧道病害整治.doc

京广铁路南岭隧道病害整治

摘　要:1 隧道概况及工程地质条件
南岭隧道位于京广铁路衡(阳)韶(关)段，隧道全长6061.8，是京广线第二长的电气化双线铁路隧道，建于1979-1987年，1988年11月投入运营。隧道采用复合式衬砌和聚乙烯板防水层，轨下道床采用混凝土宽枕板道床，隧道内设人字坡，除进出口段外，隧道其余地段设置双侧水沟、双侧电缆槽和中心水沟。
英文关键词：tunnel karst defect treatment

1 隧道概况及工程地质条件
南岭隧道位于京广铁路衡(阳)韶(关)段，隧道全长6061.8是京广线第二长的电气化双线铁路隧道，建于1979-1987年，1988年11月投入运营。隧道采用复合式衬砌和聚乙烯板防水层，轨下道床采用混凝土宽枕板道床，隧道内设人字坡，除进出口段外，隧道其余地段设置双侧水沟、双侧电缆槽和中心水沟。
1.1 自然地理特征及地质构造
南岭隧道位于湖南省南部五盖山与骑田岭夹持地带的剥蚀低山丘陵区，地形起伏不大，地面高程320~500。南岭山脉为珠江和长江两大水系的分水岭，山岭多呈馒头形，局部地形陡峻，灌木丛生，植被发育，地表连溪河绕转两次流经隧道顶部。
隧道范围内岩溶洼地、岩溶漏斗发育，隧道经过横下垅、茅山里、岭白塘、生潮垅、下连溪五处溶蚀洼地。隧道地处中亚热带季风湿润气候区，雨量充沛，汛期雨量集中。
地表排水系统多山人然形成局部经过人工修筑，但山上汇水面积大，天然形成的出口狭窄，致使5个溶蚀注地季水淤积严重。
在地质构造上南岭隧道处几五盖山和骑田岭两个刚性地块之间，应力集中，导致褶皱挤压强烈，所以连续紧密倒转叠瓦式褶曲构造屡屡可见，越接近地表.发育越明显。
因受区域地质构造体系的剧烈影响，岭白塘和生潮垅交界地段发育次生的较大压性断裂Fs，在Fs东侧发育一条与F，近似平行的断裂Fz，在Fs和Fz之间有次生的NE向5条张断裂.张断裂与两条压性断裂Fi，Fz组成了网络状构造体系。
1.2 岩溶地下水类型
南岭隧道位于灰岩地区，地下水属岩溶水，大致有如下类型：
①浅层岩溶水.赋存在浅层溶蚀裂隙的地下水；
②岩溶裂隙水.横卜垅主要为裂隙岩溶.较集中发育在浅部，向深部延仲甚少；
③岩溶管道水.岭白塘、生潮垅和卜连溪有NNE向压性断层和NW W向张性断裂.张开贯通性好.延仲较深，伴随发育管道岩溶.富水性强。
1.3 地表陷坑
隧道区段内岩溶极为发育，大量的漏斗、落水洞、岩溶泉、溶蚀注地罗布其中，很多呈串珠状发育。伴随内衬砌及轨下道床的破坏，使地表陷坑进一步发展。山溶洞内充填物的流失，地表上体失去支撑，在积水的长期浸泡下下陷形成陷坑。虽然经过多次整治，地表坍陷仍不断发生。向更大范围扩展。根据最近调查统计，生潮垅、卜连溪段共有陷坑30多处，其中既有旧陷坑复发也有新陷坑从小到大发展的。
2 原设计及施工概况
隧道原设计为整体式衬砌,后变更为复合衬砌，轨下部分根据围岩级别不同分别采用铺底或仰拱，其中有14.5长采用钢筋混凝土座板穿过溶洞。复合衬砌断面地段设置中心水沟和两侧侧沟，进出口整体式衬砌断面地段仅设置中心水沟，中心水沟偏小且与仰拱紧贴,过水能力偏小。
南岭隧道自1979年9月开工至1987年11月主体工程竣工的9年期间，据不完全统计共发生大小涌泥24次，其中较大突水涌泥13次，涌泥量在5003以上的有10次之多,基本上发生在5个溶蚀洼地，尤以生潮垅、下连溪最为异常,突水涌泥频率高达每公里11次。突水涌泥导致溶洞内充填物被排空，形成集水空洞，地表水与隧道内完全串通，地表大规模坍陷(共发生50多处)，河床5次断裂，3次改道。后采用施工注浆堵水、岩溶流塑状充填泥高压劈裂注浆、地表深孔充填注浆堵漏等一系列综合整治技术，才使隧道胜利贯通。
3 隧道病害大修情况
由于隧道施工时对地表陷坑、地下溶洞没能及时回填处理，渗漏水通道没有全面封堵和整治，在隧道交付运营后，隧道部分地段漏水一直比较严重。在1989年对1927+290~+330段进行了地表深孔注浆堵水，取得了一定的效果,但由于注浆范围小，防水作用有限。1991年由于1927+376处下行道道心冒水，左边墙多处高压射水，拱顶严重漏水，道碴及砂垫层被冲空，轨枕板吊空。于1992年12月-1993年8月对1927+265~+290以及1927+330~+425段进行了地表深孔注浆堵水。除了以上两次大的整治外,从1993年到1998年共进行了14次大的整治，投入资金639万元。整治内容包括:洞内注浆堵漏、增设侧沟和盲沟、降低中心水沟、中心水沟修复、地表陷坑封闭回填等。
4 隧道病害现状
由于地质条件复杂以及设计施工时对岩溶危害认识不足，加上十多年来岩溶水的进一步侵蚀作用，造成隧道病害严重威胁行车安全。自隧道1988年11月投入运营以来，共发生中断行车和限速慢行3次及多次断轨，严重影响了京广大动脉的畅通。
隧道病害主要表现为：
拱顶掉块。拱顶掉块共发生3次，最大掉块达3.5@1.8，厚0.1~0.25。
衬砌渗漏水严重。由于溶洞贯通，衬砌承受过大的水压，导致裂缝的发生和发展，特别是支护及维护较差的隧道洞室处渗漏水特别严重，局部水压大的地段发生射水，甚至冲倒洞室边墙。
局部地段衬砌厚度不足,强度不够,部分地段衬砌背后存在空洞、松散回填物及富水等病害情况。
轨下基础破坏导致翻浆冒泥甚至涌水涌泥。隧底铺底基面长期被水浸泡，在列车动载作用下，造成铺底吊空,在列车经过时产生呼吸作用，将碎石与砂子排空，吊空最严重达0.13，威胁行车安全。
中心水沟涌水涌泥导致泥沙淤积排水不畅。由于道床翻浆冒泥以及水沟本身破坏造成的涌水、涌泥,致使水沟淤塞严重，过水断面减小，排水阻力增加，严重影响了水沟排水。
既有迂回导坑大量涌水加上隧道内渗漏水，由于排水不畅，导致每年雨季水漫道床2~5次。
地表旧陷坑复活,并有新陷坑出现，且从小到大,从点到面发展；连溪河水在雨季从陷坑倒灌入隧道。
5 隧道无损检测结果
通过对隧道衬砌周边和隧底的无损检测，发现主要存在以下病害：
在南岭隧道9条测线的衬砌检测中,测线总长度为47720,衬砌厚度不足的长度为13419,占总测线长度的28.12%。
从检测图象上看，衬砌背后的空洞和松散区分布较多，大都含有水，且水量较大。
由现场勘察结果表明，衬砌表面的裂纹、渗漏水，衬砌腐蚀、麻面等病害较多。
无仰拱地段铺底以下部分的虚碴充水吊空病害居多。隧底吊空下沉及充泥充水严重病害段共计10段，合计长度995。隧道排水系功能不足，排水不畅,隧底积水，所有病害段均充水，加速了隧底病害的发展。由检测结果可知，南岭隧道病害严重。应对衬砌背后的空洞、松散区、衬砌厚度及强度不足、衬砌裂损、衬砌渗漏水及破损、虚碴吊空、吊空下沉、充泥充水等病害进行整治，以确保隧道运营安全。
6 南岭隧道病害整治措施
6.1 整治原则
隧道综合整治遵照安全、可靠、经济以及不危害目前衬砌结构安全的原则，按照以堵为主、拱堵墙排以及清水排、浊水堵的地下水处治方法，灵活采用截、堵、排、填等方法，对地表和洞内衬砌分批、分次序进行整治。
6.2 整治方案
6.2.1 疏通地表排水系统
对隧道地表横下垅、茅立坦、岭白塘及下连溪等地表陷坑发育地段，核算地表汇水量，改造既有地表明沟(渠)或新建部分沟渠，使沟渠断面满足地表排水需要，保证隧道地表排水通畅，将地表水排出隧道影响范围之外。
6.2.2 地下水通道整治
根据地下水通道可能位置及对隧道可能产生的危害情况，分别采用陷坑回填、地表浅层注浆隔水和地下注浆拦水墙的整治方案。
(1)地表陷坑回填
根据陷坑大小分别采用钢筋混凝土板或3~5厚片石混凝土浇筑，上面夯填粘土封闭，陷坑回填后的表面稍高于原有地面，其上植草防护。
(2)地表浅层注浆
对溶蚀洼地进行地表浅层注浆，注浆孔距7~9，孔深20~25。注浆范围包括：下连溪1927+660~+770段左侧、生潮垅1926+910~1927+060段左侧。
采用填充、渗透及挤密等注浆工艺。注浆材料一般采用纯水泥浆液，视注浆情况掺入速凝剂，对较大溶槽、溶沟和溶洞注入水泥砂浆填充。
(3)地下水拦截
在地下水力通道处设置地下拦水注浆墙，以拦截地下水，减少地下水对隧道的影响。地下拦水注浆墙范围：
下连溪1927+660~+770段左侧范围，沿纵向设置一道地下拦水注浆墙，墙长20~30，设二排注浆孔,孔深至隧道底以下不小于3；在生潮垅地段：1927+310~+410段右侧40~60、1927+110~+160段左侧约30和1926+960~1927+110段左侧约110范围沿斜向设置三道地下拦水注浆墙,墙长20～90，每道墙设2～3排注浆孔，孔深至隧道底以下不小于3。
疏通洞内排水系统包括增设侧沟和既有水沟的疏通。
(1)增设侧沟
原设计进出口两端带仰拱衬砌共699.8没有设置侧沟，隧道内渗漏水需漫过道床，进入中心水沟才能排走，导致排水不畅，且对道床危害极大。虽然在1995年的大修中增设了侧沟，但增设的侧沟断面小，作用有限，需要补做。
(2)既有水沟的疏通
对隧道内因道床翻浆冒泥而被破坏的水沟进行修复，并清除沟底淤积的泥沙，确保隧道内排水畅通。
6.2.4 帷幕注浆
　　隧道1927+120~+425及1927+630~1928+142段采用帷幕注浆方案处理，注浆段长共817。该段隧道埋深50~60，相对较浅,隧道影响范围内地表陷坑发育，且仍在继续发展，同时洞内病害较严重。采取帷幕注浆方案进行整治，在增强隧道防水能力的同时，改善隧道衬砌受力条件。帷幕注浆方案设计见
6.2.5 隧道衬砌结构补强
根据隧道围岩级别、衬砌裂损情况、衬砌厚度不足和衬砌混凝土强度等情况，对局部地段的衬砌采取中空注浆锚杆、喷聚丙烯纤维混凝土单独或组合进行衬砌结构补强。
考虑到既有隧道已经电气化的现实，为避免隧道衬砌结构补强时对电气化接触网的影响，隧道衬砌补强采取以中空注浆锚杆为主，喷聚丙烯纤维混凝土为辅的原则。在通常情况下采取中空注浆锚杆加固，只有在衬砌厚度相差较大(如：衬砌厚度小于10等情况)或隧道衬砌破损较为严重的情况下，才采取中空注浆锚杆和喷聚丙烯纤维混凝土补强。
隧道衬砌结构补强后，其净空应满足/隧限-20要求。衬砌结构补强设计见图2。
6.2.6 隧道衬砌渗漏水处理
对隧道衬砌渗漏水严重地段，采取衬砌背后注浆堵水，注浆材料采用水泥浆。
对隧道衬砌渗漏水点、渗漏水环向施工缝和渗漏水裂缝采取凿槽填充立止水瞬间堵漏剂和外涂优止水高效防水剂进行处理。
对隧道衬砌表面渍水采取外涂优止水高效防水剂处理。
一般渗漏水地段，在隧道边墙结合施工缝设置排水槽，在排水槽中向隧道衬砌背后钻设引水孔，将隧道衬砌背后积水通过排水槽引排至隧道侧沟。在注浆地段，应先注浆后引排。
6.2.7 隧道衬砌背后局部空洞和松散段回填处理对隧道衬砌背后空洞、松散回填物和富水等病害采取衬砌背后注浆处理，在防水的同时改善隧道衬砌受力条件。在渗漏水严重地段，采用水泥浆；对其它地段采取水泥砂浆。
6.3 整治方案总结
以上整治方案作为一个整体，从隧道涌水、涌泥产生的源头以及搬运的路径和出路逐段整治，采用减少源头、截断中间、堵住出口、泄除余量的综合方案。通过地表水系的疏通以及地表陷坑的回填，减少地表水的下渗、土体的下陷;通过地表浅层注浆截断地下水下渗通道,减少流向隧道周边的水流量及含砂量;通过帷幕注浆以及洞内整治对隧道防排水能力以及衬砌结构进行加强,减少隧道内涌水、涌泥量;通过增设侧沟及疏通中心水沟,增强隧道排水能力,减少水对道床的浸泡。
7 体会
(1)端正对隧道的认识
长期以来人们忽视了隧道修建的复杂性，认为隧道设计施工简单、容易，在选线时没有对隧道方案作多方比较，从而造成许多隧道先天性不良，包括进出口设置困难，长距离浅埋偏压以及小角度斜穿地质不良区域，给隧道施工带来了许多不必要的麻烦，增加了隧道维护工作量，也给隧道运营带来了隐患。因此在选线时对不宜设置隧道的地段应绕避，或以90b垂直穿越，尽量避开危险地段或减少在危险地段的隧道长度。
(2)重视地下水的影响
隧道的低标高以及相对很小的排水阻力，导致隧道变成山体内的积水、排水通道，在长期的地下水作用下，通道内的可溶岩和土体被溶解并搬运走，导致山体内地下水的微通道逐年扩大，水流速度加快，搬运能力加强，这种情况在岩溶隧道的充填物中表现的更加明显，导致的结果是：衬砌周围土体被淘空和通向隧道的地下水通道扩大，从而对二次衬砌带来不利影响。
(3)强化隧道基底
由于高速、重载列车的频繁碾压和动载冲击，以及地下水作用随季节变化的影响，在这两种不利因素的反复作用下，隧道结构很容易产生疲劳性破坏，影响隧道结构的安全和耐久性。因此应重视基底设计，在岩溶地区以及其它高水压地段，在必要时应设置抗水压衬砌，在水头相对较小时应考虑帷幕注浆等加固措施，并设置封闭式底部结构，减少铺底的设置。