某地铁运营矿山隧道拱顶喷水原因分析及治理措施

夏胜全 王普林

(南京地铁运营有限责任公司，江苏南京 210000)

隧道渗漏水是地铁运营维护中比较常见的问题，而矿山隧道拱顶喷水却不常见，属于疑难病害。由于拱顶喷水严重影响接触网安全，威胁地铁运营。因此分析隧道拱顶喷水产生的原因，根据喷水产生的原因采取相应的治理措施显得十分重要。

本文通过分析矿山隧道拱顶喷水的原因，根据二衬脱空的情况，采用注浆填充的方式，实现了对隧道结构的加固和堵漏，解除了安全隐患，以期为其他地铁运营维护时进行二衬脱空漏水治理提供借鉴。

1 工程概况

该区间位于市政道路下方，区间设计为左右线分离的单洞单线隧道，隧道采用矿山法施工，拱顶覆土厚约18 m，区间标准断面图如图1所示。

图1 隧道标准断面图

区间所属地貌单元以长江阶地为主，地形稍有起伏。区间穿越地层主要为K2p-1层强风化岩、K2p-2层中风化岩，详如表1所示。

表1 地层性质

2 隧道拱顶喷水过程及原因分析

2.1 隧道拱顶喷水过程

地铁工务人员巡检发现隧道拱顶渗漏，渗漏点位于接触网上方，影响接触网使用，随后组织人员进行维修。维修拟采用聚氨酯进行高压注浆，当打设注浆孔，钻至约8 cm深度时，突发大水，呈喷射状。于是立即采取应急措施，为了不影响第二天地铁运营，用木塞进行了强行封堵临时处理。

2.2 隧道拱顶喷水原因分析

隧道二衬设计厚度350 mm，钻孔至80 mm深时出现喷水，说明二衬脱空，且脱空量较大。二衬脱空形成空腔，防水板渗漏导致地下水汇集于此形成水囊，当二衬被打穿时产生了喷水的现象。分析二衬脱空的原因，大概有以下几个方面:

1)初支表面不平整，防水板与初支不密贴;2)浇筑拱顶混凝土时，由于泵送压力或浇筑方式等问题，导致拱顶没有充填到位，留下空洞;3)端头模板拼接不严实，造成接缝处漏浆、跑浆，在拱顶形成空洞;4)拆管过早，或者泵送口封堵不当，拆除输送管后，混凝土流失，形成漏斗状空洞，造成拱顶衬砌脱空;5)台车底部支撑不牢，在混凝土强度达到设计强度之前，发生下沉、变形，导致二衬背后出现脱空。

3 隧道拱顶喷水治理措施

隧道二衬脱空造成拱顶渗漏、喷水，首先要对二衬背后脱空进行注浆充填，然后要进行堵漏。

3.1 材料比选

根据加固和堵漏的需要，初步拟定三种方案，三种方案的比选如表2所示。

表2 聚氨酯、环氧、水泥浆对比

根据三种材料的优缺点，最终选择先采用水泥浆进行填充加固，然后采用环氧进行补强、堵漏。如果水量较大，无法控制，则立即采用聚氨酯注浆堵漏。水泥浆和环氧参数见表3，表4。

表3 水泥浆的物理力学性能

表4 环氧的力学性能 MPa

3.2 实施方案

1)在隧道拱顶脱空的两侧拱脚位置，各打设2个32的泄水孔，并将水引至道床排水沟。

2)沿喷水孔四周60 cm与30 cm布孔，孔径为32mm，共8个，如图2所示。孔深约350mm，至二衬与防水板之间，不打穿防水板。

图2 注浆布孔示意图

3)先采用水泥浆注浆填充，然后采用环氧注浆进行加固补强，当压力持续升高时停止注浆。如果出水量过大或者无减弱趋势时，立即用聚氨酯注浆，然后采用环氧注浆，见图3。

图3 拱顶注浆施工

4)待注浆结束，浆液凝固后，取出原封堵木塞，采用水泥和环氧对该孔进行封堵。

5)拆除注浆球阀和注浆管，对表面进行清理。

6)施工过程中，应准备直径32 mm、长45 cm的木塞若干，以备突发紧急情况时封堵注浆孔。

3.3 治理效果

1)在拱顶脱空治理的过程中，加强了对隧道病害的巡查。注浆期间隧道表观状态良好，表明注浆未对结构造成损伤;

2)解决了隧道拱顶渗漏的问题;

3)注浆结束后，采用地质雷达进行检测，检测结果表明加固治理效果良好，二衬背后脱空已经充填密实。

4 结语

拱顶二衬脱空是目前矿山隧道施工普遍存在的质量问题。二衬脱空，一方面改变了隧道的受力，直接影响隧道的安全性能;另一方面可能导致拱顶渗漏、喷水或者其他结构病害，对地铁安全运营构成严重威胁。治理原则，一是要对二衬脱空进行填充，二是要对渗漏水进行封堵。

1)对于二衬脱空以及脱空造成的渗漏、喷水，可以采用本文所述的治理方案，进行注浆加固。注浆之前，应在拱脚打设泄水孔，防止注浆时压力过大造成结构损伤和人员伤害，同时有利于二衬背后排水。2)拱顶脱空治理，宜先采用水泥浆进行填充，然后采用环氧进行加固，既能起到填充二衬脱空的作用，也能起到加固、堵漏的作用。注浆只是一种补救措施。如何防治二衬脱空的关键是，在施工过程中要严格把好质量关，施工结束后宜进行无损检测，及时发现问题、解决问题。