鸡鸣山岩溶隧道智能防排水研究

王阅章 李鸣 宿成智 张立爽 闫少泽

(中交路桥建设有限公司 北京 101121)

随着我国GDP高速发展，人民对交通需求越发热烈。在我国西南地区，大部分地层岩性为灰岩，且地下水发育，由此产生许多岩溶区域。隧道开挖不可避免的改变岩溶区地下水流向，使得隧道出现不同程度的涌水灾害，同时影响居民用水。王秀英等[1]利用数值模拟的方法研究了具体该如何进行防排水使用，才能达到最优的解答。王建宇[2]得出了当地下水位高于60m时应及时进行疏导排水，然后再进行衬砌施工。李苍松等[3]针对不同的隧道工况，提出了具体的地质工程环境隧道排水措施，具有指导性意见。郭家[4]应用理论推导和数值模拟得出我们应当铺设多道防水线进行隧道防排水施工。Ponlawich Arjnoi[5]用数值仿真模拟得出虽然隧道采用全排水不防水措施能够降低衬砌的动力响应，但是无法预测地下水位是否会重新改变，因此需要进行更精确的防排水系统建设。

为研究鸡鸣山隧道智能防排水，合理利用生态环境资源进行整治，做到生态防护，智能防护[6]。如何构建合理智能的防排水措施，是保障岩溶隧道安全施工的关键。当设计好排水洞后应当对排出的水进行合理的规划，地下水出洞的位置要适宜，不能影响道路安全，最好的是排在小溪或者江河之中。或者引入到居民生活点，为居民供水，同时又保护了地质环境。同时应做好的隧道和排水洞的监测措施，监测涌水量、水压力、地表水位，保证隧道安全，实时控制隧道防排水标准，达到准确监测，智能防排水。

图1 鸡鸣山隧道卫星图

1 工程概况

重庆城口（陕渝界）至开州高速公路第B1合同段鸡鸣山隧道隧址区属高中山区构造溶蚀、侵蚀地貌，岩层以碳酸盐类等可溶岩为主，据探测，其长度占到了隧道总长的55%，隧址区约有130 km2的可溶岩，主要分布于K59+707～K60+820，K61+250～K61+650，K62+80 0～K63+230,K63+260～K64+66,K64+690～K65+050，K66+210～K66+950等路线段，其余路线均为透水性地层岩性发育。根据地质构造、含水岩层的类型及富水状况、水系分布、地下水补、径、排特征建设。

隧址区区内主要发育有3条暗河，地下水静储量大，其流向主要为北东—南西。鸡鸣隧道的建设将通过岩溶覆盖区、筲箕凼—大垭口断层、暗河W41、暗河W06、暗河W22，隧道建设会将地下水疏干，使得暗河泉眼水流减少，当岩腔内缺少水的支撑，就会形成岩溶漏斗塌陷灾害。地下水大量漏失不仅造成洞内施工突水突泥、顶板塌落冒顶等施工安全问题，洞外也存在地面塌陷、地表水源枯竭、植被枯萎等自然环境问题，将较严重影响隧道进口段寥子乡梨坪村部分村民、出口段两溪沟范围内居民(据统计约100户，近400人)生产生活用水，给该地区居民日常生活、生命财产及施工安全带来隐患。鸡鸣隧道施工可能造成环流电站水量大幅减小，较严重影响其发电，还可能导致山顶仙女池岩溶湖消失，对区内山顶旅游开发有部分影响。

在隧道施工过程中，我们应当尽量做好生态施工，保护好隧道穿越区生态的平衡。此外，对开挖出的弃渣尽可能利用，以作到挖填土石方就地就近平衡，做到少占农田耕地，保护好土地资源。对不能利用的废方堆场作好排水和拦挡工程。

2 智能防排水措施

鸡鸣山隧道（见图1）穿越大量暗河、地下水，同时地层岩性为透水岩层，易发生渗流。由于该隧道埋深过大，因此如果进行排水措施必然会引起岩溶塌陷，隧道的排水会影响周围地质环境的稳定。地表水减少，影响地表人们的生活和生产。为了保护隧道周围的地质环境，施工时应对排水量、排水方式及地质环境的稳定进行科学的判断，采取动态的处理措施。我们应当将排水和导水相结合，将排走的水合理收集，为居民供水。

通过对鸡鸣隧道的现场实际调查，鸡鸣山隧道穿越大量暗河、地下水，同时地层岩性为透水岩层，隧道开挖将导致地下水大量漏失，中交路桥南方工程有限公司应设置专职人员监测鸡鸣隧道出水量大小及变化量、隧道围岩应力大小及变化量；对地下水影响区范围内地表进行长期监测并辅以洞穴探测，物探、钻探等工作，设置岩土体沉降观测点监测地面沉降量，建立群测群防体系；并统计隧道建设期间地面塌陷数量及其它次生不良地质灾害数量；利用上述统计资料，首先利用大气降水渗入法、地下水径流模数法及泉流量汇总法预测鸡鸣隧道涌水量，为施工方提供隧道出水量预测数据，指导施工；然后结合鸡鸣隧道实际开挖方式、排水方式及统计得到的实际涌水量，利用数值模拟软件揭示不同排水量、不同排水速率和不同开挖方式及开挖速度条件下隧道建设引起地表位移、地面塌陷（或其它次生不良地质灾害）和围岩应力场及变形场的变化规律；最后构建富水隧道排水量与地质环境稳定计算模型，利用神经网络方法建立富水隧道在排水过程中地质环境稳定的预测方法。

在进行排水之后应当建立疏导水系统，将排走的水合理运输到居民生活点，保证居民用水不受影响，同时又保护了地质环境。建立智能导排水系统需要通过大量数据统计，然后利用机器学习算法算出最优导排水方案，针对现场施工环境提出评价指标，如何对最优解提出方案是研究重点。

考虑对地质环境的保护，针对施工过程中遇到地下暗河、断层、溶洞等可能产生的突水突泥（经预测可能位于左线ZK6 0+394 ～ZK6 0+534、ZK66+927～ZK66+959、右线ZK60+400～ ZK60+540、ZK66+932～66+965等段）、岩溶塌陷、地面水资源枯竭等问题，中交路桥南方工程有限公司应与协商提出相应的动态优化处置方法（如超前探测预报、注浆堵水、封闭堵塞等）；基于地面塌陷、地裂缝演化机制、围岩损伤机制和灰色系统理论，应建立富水隧道智能防排水模型，提出鸡鸣山岩溶隧道智能防排水施工指标。

在进行岩溶隧道智能防排水施工过程中，我们应当根据实际情况进行逐步施工，合理利用生态环境资源进行整治，做到生态防护，智能防护。如何构建合理智能的防排水措施，是保障岩溶隧道安全施工的关键。做好疏导水措施，将排走的水合理运输到居民生活点，保证居民用水不受影响，同时又保护了地质环境。对于设计的岩溶隧道防排水措施，需要边施工边监测，通过对其实际应用效果进行跟踪监测，看是否达到预期效果，对智能防排水措施进行评价。

鸡鸣山隧道所处围岩埋深较大，遇到的高压富水溶腔对隧道开挖危险性大，需要及时治理。治理岩溶高压富水区域，不能通过掌子面钻孔排水，因为由于高压存在，不能有效的控制掌子面突水突泥的强度和持续时间，因此需要采用排水洞的方式进行排水。泄水洞的位置选择既要考虑洞长与出水点的距离、洞外地形、造价等因素，同时也要考虑与隧道的联系。

排水洞应设在地下水流向面，同时要低于隧道标高，减少对隧道的威胁。要考虑排水洞是否会受到暗河的影响，如何与暗河连接保证排水洞的安全，排水洞是永久治水隧洞，在设计时需要考虑最大排水量，是否会对排水洞结构造成破坏。当设计好排水洞后应当对排出的水进行合理的规划，地下水出洞的位置要适宜，不能影响道路安全，最好的是排在小溪或者江河之中。或者引入到居民生活点，为居民供水。同时应做好的隧道和排水洞的监测措施，监测涌水量、水压力、地表水位，保证隧道安全，实时控制隧道防排水标准，达到准确监测，智能防排水。

3 结语

（1）构建富水隧道排水量与地质环境稳定计算模型，利用神经网络方法建立富水隧道在排水过程中地质环境稳定的预测方法。

（2）基于地面塌陷、地裂缝演化机制、围岩损伤机制和灰色系统理论，应建立富水隧道智能防排水模型，提出岩溶隧道施工过程智能防排水标准。

（3）合理利用生态环境资源进行整治，做到生态防护，智能防护。如何构建合理智能的防排水措施，是保障岩溶隧道安全施工的关键。对高压富水溶腔，应设好排水洞，做好疏导水措施，计好排水洞后应当对排出的水进行合理的规划，地下水出洞的位置要适宜，不能影响道路安全，最好的是排在小溪或者江河之中。或者引入到居民生活点，为居民供水。同时应做好的隧道和排水洞的监测措施，监测涌水量、水压力、地表水位，保证隧道安全，实时控制隧道防排水标准，达到准确监测，智能防排水。对于设计的岩溶隧道防排水措施，需要边施工边监测，通过对其实际应用效果进行跟踪监测，看是否达到预期效果，对智能防排水措施进行评价。