高速鐵路客運(yùn)專線隧道防排水設(shè)計

張慧玲

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)

高速鐵路客運(yùn)專線隧道防排水設(shè)計

張慧玲

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)

結(jié)合武廣鐵路客運(yùn)專線的建設(shè),對高速鐵路客運(yùn)專線隧道防排水設(shè)計、施工進(jìn)行了分析和總結(jié),針對建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題,提出對今后高速鐵路隧道防排水設(shè)計及施工需要完善和改進(jìn)的建議,主要有初期支護(hù)噴混凝土防水、施工縫止水帶形式的合理選用、封堵拱頂預(yù)埋注漿孔注意事項、無砟軌道基礎(chǔ)與側(cè)溝壁之間積水引排措施、隧道基底位置地下水引排措施、洞外排水系統(tǒng)設(shè)計的完善和改進(jìn)措施。

武廣鐵路客運(yùn)專線;隧道;防排水;設(shè)計

根據(jù) 2008年國家批復(fù)的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2008年調(diào)整)》和最新鐵路規(guī)劃,我國在建鐵路隧道2 500多座,長度超過4500 km,已規(guī)劃設(shè)計、即將開工建設(shè)的鐵路隧道超過 5000座,總長超過9 000 km。隨著我國高速客運(yùn)專線鐵路建設(shè)高潮的到來,高速鐵路不僅僅在平原、沿海地帶建設(shè),也開始在復(fù)雜地質(zhì)情況的山嶺地區(qū)建設(shè),隧道工程在其土建工程中所占比例也越來越大,而隧道防水問題一直是困擾鐵路建設(shè)的難題。高速鐵路對隧道防水要求非常嚴(yán)格,遵循“防、排、截、堵相結(jié)合,因地制宜,綜合治理”的原則,防水等級為《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB50108—2001)規(guī)定的一級防水標(biāo)準(zhǔn)。為此,在武廣鐵路客運(yùn)專線設(shè)計階段,對隧道結(jié)構(gòu)自防水、施工縫和變形縫防水以及排水措施等進(jìn)行了探討,并應(yīng)用到了實踐當(dāng)中,本文對武廣鐵路客運(yùn)專線韶花段暗挖段隧道防排水設(shè)計及施工情況進(jìn)行了分析和總結(jié),并提出了需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)建議,為今后更好地建設(shè)高速客運(yùn)專線隧道打好基礎(chǔ)。

1 防排水標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計原則

高速鐵路隧道防排水遵循“防、排、截、堵相結(jié)合,因地制宜,綜合治理”的原則。為了保證高速鐵路安全運(yùn)行和設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn),根據(jù)《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》(TZ214—2005)和《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)[2005]160號),隧道襯砌和設(shè)備洞室襯砌的防水等級應(yīng)達(dá)到《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB50108—2001)規(guī)定的一級防水標(biāo)準(zhǔn),即二次襯砌不允許滲水、二次襯砌表面無濕漬。

2 防水工程措施

隧道防水工程措施包括圍巖注漿堵水、初支噴混凝土防水、防水層防水、兩縫防水、二襯自防水、拱頂回填注漿防水等。

2.1 注漿堵水

注漿堵水主要適用于大的富水?dāng)鄬悠扑閹А⒌叵滤l(fā)育可能引起大量地下水流失的隧道段落,本文對該部分內(nèi)容不做詳細(xì)說明。

2.2 初支噴混凝土防水

噴混凝土作為防水層是被國際隧協(xié)所提倡的,但這種觀點在國內(nèi)尚未被廣泛接受。武廣鐵路客運(yùn)專線韶花段隧道在設(shè)計階段雖然對噴混凝土材料及施工工藝有要求,但未從防水的角度做針對性的設(shè)計。筆者認(rèn)為,噴射混凝土層施作質(zhì)量和防水效果受圍巖開挖、施作工藝及目前業(yè)內(nèi)施工現(xiàn)狀影響很大,要在初期支護(hù)階段把防水做好很難實現(xiàn),但作為復(fù)合式襯砌的最外層支護(hù)及第一道防水屏障,其在整個隧道防水體系中起著重要的作用,作為防水設(shè)計,在今后的工作中應(yīng)考慮對施工提出具體要求,以提高噴混凝土的防水質(zhì)量,主要有以下幾點。

(1)對圍巖基面進(jìn)行處理：包括對松散危石清理加固和對圍巖滲漏水的注漿堵漏、引排等。

(2)對噴混凝土和圍巖不完全密貼的處理：主要存在于鋼架密集地段,對此主要應(yīng)依托于施工工藝和現(xiàn)場施工管理,必要時可通過圍巖補(bǔ)注漿措施解決。

(3)對突出的錨桿、鋼筋頭的處理：為確保施作下一道防水工序的順利進(jìn)行,應(yīng)在噴混凝土前對其進(jìn)行切割處理。

(4)對噴混凝土材料本身的要求：包括合理調(diào)整配合比及對其有效的濕潤養(yǎng)護(hù),提高噴混凝土本身的抗?jié)B性和減少裂紋,并在出現(xiàn)裂紋后及時進(jìn)行補(bǔ)噴或注漿封閉。

2.3 防水層防水

山嶺隧道復(fù)合式襯砌中的防水層是隧道防排水技術(shù)的核心,對確保隧道防水功能起著決定性的作用。

在之前普速鐵路隧道設(shè)計中由于對防水等級要求的不同,在設(shè)計階段有針對性地在隧道局部段落設(shè)拱墻防水板或拱部防水板,而武廣鐵路客運(yùn)專線韶花段隧道在設(shè)計階段對全隧初期支護(hù)與二次襯砌之間拱部及邊墻部位均鋪設(shè) EVA塑料防水板加土工布防水,但武廣鐵路客運(yùn)專線隧道建成后仍進(jìn)行了大量的滲漏水整治。由于防水板是整座隧道拱墻通設(shè),理論上講,不應(yīng)該有滲水,但出現(xiàn)滲水,則首先是防水板有破損或焊接沒有達(dá)到設(shè)計要求。

為了解決由于施工階段防水板破損或焊接不達(dá)標(biāo)而引起的滲漏水,很多專家和科研機(jī)構(gòu)提出了分區(qū)防水的概念,其原理是：在復(fù)合式襯砌防水設(shè)計中,假定防水板在施工中破壞,為了限制滲漏水的范圍,用分艙的方法將整個隧道防水分為小區(qū),采用背貼式止水帶與防水板熱風(fēng)密實焊接進(jìn)行分區(qū),同時將背貼式止水帶安裝在施工縫(或變形縫)的位置上,既可以形成二襯分區(qū)防水,又可以保護(hù)施工縫處的防水板,并使施工縫處增加了一道有效的防水線。這樣,一旦某個區(qū)域發(fā)生防水板破壞而漏水,不會因“竄流”而影響其他分區(qū)。同時在每個分區(qū)內(nèi)預(yù)先設(shè)置注漿管,可針對漏水的分區(qū)進(jìn)行注漿修補(bǔ)。

由上述可看出,隧道分區(qū)防水既要保證背貼式止水帶的準(zhǔn)確安裝,又要保證預(yù)留注漿管不被堵塞,施工工藝要求很高,在施工過程中質(zhì)量控制難以保證。筆者認(rèn)為,在目前國內(nèi)的隧道施工中要真正實現(xiàn)分區(qū)防水較為困難,與其想辦法進(jìn)行滲漏水的整治,不如從源頭抓,較之分區(qū)防水的工藝控制,確保防水板在施工中不被破環(huán)或少被破壞更容易通過加強(qiáng)現(xiàn)場施工管理來實現(xiàn)。

2.4 兩縫防水

施工縫、變形縫是隧道防水的薄弱環(huán)節(jié),也是隧道中最易發(fā)生滲漏的地方。隧道襯砌施工縫處理不好,不僅造成襯砌混凝土裂縫及洞內(nèi)漏水,嚴(yán)重影響隧道正常使用和行車安全。

根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》中對暗挖法地下工程防水設(shè)防襯砌施工縫及變形縫的要求,武廣鐵路客運(yùn)專線韶花段隧道對兩縫防水采取原則如表1所示。

表1 韶花段隧道兩縫防水措施

根據(jù)以上原則,施工縫及變形縫的防水設(shè)計如圖1～圖2所示。

圖1 韶花段隧道施工縫防水構(gòu)造(單位：cm)

圖2 韶花段隧道變形縫防水構(gòu)造(單位：cm)

兩縫防水的關(guān)鍵是中埋式止水帶,其定位安裝是否能達(dá)到設(shè)計要求是兩縫防水處理成敗的關(guān)鍵。對于環(huán)向止水帶可采用鋼筋卡固定,縱向止水帶的固定可直接沿縱向預(yù)埋接茬鋼筋來定位,但從施工現(xiàn)場來看,環(huán)向止水帶基本能滿足設(shè)計要求,縱向止水帶在灌注拱墻混凝土?xí)r,受混凝土的重力作用的擠壓,止水帶很難伸入到邊墻混凝土中。另外,雙組份聚硫密封膏在拱墻施工縫處設(shè)于襯砌內(nèi)緣,施工困難,而且很難起到防水作用。

針對以上問題,對今后兩縫防水處理提出以下建議。

(1)改縱向施工縫中的中埋式為外貼式,同時于襯砌接頭處設(shè)遇水膨脹止水膠 1道。

(2)取消環(huán)向施工縫雙組份聚硫密封膏嵌縫,于中埋式止水帶與防水板間的混凝土接頭處設(shè)一道環(huán)向遇水膨脹止水膠。

2.5 二襯自防水

隧道二襯混凝土既是承載結(jié)構(gòu),也是隧道防水的最后一道防線,因此要求襯砌既要有足夠的強(qiáng)度,還要具有一定的抗?jié)B性,根據(jù)《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》及相關(guān)審查要求,武廣鐵路客運(yùn)專線隧道二襯混凝土抗?jié)B等級不低于 P8。

二襯自防水的關(guān)鍵是混凝土本體的施工質(zhì)量,包括了混凝土的制作、運(yùn)輸和施工,任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將直接影響到其使用功能,故如何確保其施工質(zhì)量是最為關(guān)鍵的。武廣鐵路客運(yùn)專線韶花段隧道設(shè)計過程中明確了二襯混凝土抗?jié)B等級的要求,但對于如何控制施工質(zhì)量,確?；炷聊苓_(dá)到設(shè)計要求未做詳細(xì)說明,在今后設(shè)計中應(yīng)對施工中的質(zhì)量控制注意事項提出要求。對于施工而言,如何確保設(shè)計意圖能真實地落實到實踐當(dāng)中就成為了現(xiàn)場的管理和質(zhì)量控制的目標(biāo)。

2.6 拱頂回填注漿防水

回填注漿是二襯襯砌施工的一道工序,是為了填充由于重力作用在二次襯砌和防水板之間形成的空隙而注漿。

此項工程的設(shè)計及施工技術(shù)已較為成熟,但在武廣鐵路客運(yùn)專線隧道建成并試運(yùn)營過程中發(fā)生過封堵預(yù)留注漿孔的砂漿脫落的現(xiàn)象,故在今后的設(shè)計施工應(yīng)對如何解決此問題進(jìn)行一定的研究,以確保結(jié)構(gòu)和行車運(yùn)營安全,可進(jìn)行如下考慮。

(1)為增加預(yù)埋注漿管與封孔砂漿的粘合力,可將 PVC管內(nèi)壁拉毛,或者預(yù)埋注漿管采用內(nèi)壁帶波紋的管材。

(2)封孔砂漿要保證其強(qiáng)度(不低于 M20),并且可適當(dāng)摻入具有膨脹性的添加材料,如水玻璃。

3 排水工程措施

隧道排水包括：洞內(nèi)排水系統(tǒng)工程(排水型隧道)、洞外排水系統(tǒng)工程以及洞內(nèi)外排水系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。

3.1 洞內(nèi)排水系統(tǒng)

在排水型隧道中,必須做好襯砌背后的排水系統(tǒng),使水能通暢排出,武廣鐵路客運(yùn)專線韶花段隧道設(shè)計中洞內(nèi)排水系統(tǒng)主要包括環(huán)向排水盲管、縱向排水盲管、側(cè)溝、橫向引水管、中心排水溝。

考慮到不同隧道地下水發(fā)育情況不同,設(shè)計中對長度小于 500m的非可溶巖,且地下水貧乏的隧道不設(shè)中心排水溝,其余隧道均設(shè)中心排水溝。地下水通過襯砌背后環(huán)、縱向盲管匯集至兩側(cè)側(cè)溝,若水量大,則再通過橫向引水管引入中心排水溝。以往普速鐵路設(shè)計中環(huán)、縱向盲管通過三通接頭連接,將環(huán)向盲管的水匯集至縱向盲管,再通過三通接頭將縱向盲管引入側(cè)溝。在武廣鐵路客運(yùn)專線韶花段隧道設(shè)計中環(huán)、縱向盲管各自獨立,環(huán)向盲管 10m左右設(shè)一道,單獨引入側(cè)溝,縱向盲管每隔一段距離斷開,單獨引入側(cè)溝,這樣在運(yùn)營期間若某一段盲管堵塞不會影響到其他段落的排水,而且縱向盲管采用了 φ150mm的較大管徑,在發(fā)生堵塞時有利于疏通。洞內(nèi)排水系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 韶花段隧道洞內(nèi)排水系統(tǒng)

目前,武廣鐵路客運(yùn)專線已進(jìn)入試運(yùn)營,韶花段隧道排水系統(tǒng)基本暢通。但在無砟軌道基礎(chǔ)與側(cè)溝壁之間有積水無法排出,而且烏韶段部分隧道中出現(xiàn)了由于隧道基底地下水無排水出路而發(fā)生無砟軌道上鼓現(xiàn)象。這些現(xiàn)象提醒我們在今后的設(shè)計及施工中還應(yīng)該總結(jié)教訓(xùn),拓展思路。

解決無砟軌道基礎(chǔ)與側(cè)溝壁之間積水問題可考慮此處沿縱向每隔一定間距設(shè)地漏裝置,通過橫向引水管引至中心排水溝,橫向排水管可單獨設(shè)置,也可與側(cè)溝至中心溝的橫向引水管聯(lián)通。為引排隧道基底位置地下水,可于中心水溝底預(yù)埋引水管,若隧底圍巖地下水水位較高,則直接排入中心溝,再沿隧道縱向排出,為確保隧底地下水引排不至使得基礎(chǔ)淘蝕,可在管口設(shè)無紡布包裹并于管內(nèi)填充無砂混凝土等透水型混凝土(圖4)。

圖4 韶花段隧道洞內(nèi)排水系統(tǒng)

3.2 洞外排水系統(tǒng)

洞外排水系統(tǒng)是指洞口邊仰坡天溝、明洞頂回填層排水系統(tǒng)等。洞外排水系統(tǒng)是保證洞口邊仰坡及防護(hù)工程免受或少受雨水沖刷的重要組成部分。

在武廣鐵路客運(yùn)專線韶花段隧道設(shè)計中,洞頂截水溝雖然在工點圖及相應(yīng)參考圖中均有一定的說明,但不夠系統(tǒng)全面,從現(xiàn)場實際施作情況看,多數(shù)洞外防排水系統(tǒng)的設(shè)計與實際地形條件結(jié)合不緊密,在今后的設(shè)計過程中應(yīng)引起重視,主要從以下幾方面說明。

(1)加強(qiáng)地質(zhì)勘察、水文勘察等工作,使基礎(chǔ)資料能滿足邊仰坡防護(hù)及防排水工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。

(2)強(qiáng)化邊坡防護(hù)及防排水工程設(shè)計,加強(qiáng)設(shè)計接口管理。隧道洞外排水系統(tǒng)應(yīng)與路基排水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,截水天溝應(yīng)以較短途徑將洞頂?shù)乇硭胖磷匀环€(wěn)定的溝谷中,若與路塹天溝或涵洞入口相接時,施工時應(yīng)根據(jù)實際情況,確保水溝末端與路塹天溝、涵洞入口無縫順接。

(3)轉(zhuǎn)變現(xiàn)場配合施工理念。洞外排水系統(tǒng)是否成功,取決于現(xiàn)場施工與設(shè)計的密切配合,設(shè)計階段由于對具體地形勘察深細(xì)度問題以及鐵路工程施工對周圍環(huán)境的改變影響,無法做到十全十美,這就要求在配合施工階段及時處理問題。

3.3 洞內(nèi)外排水系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合

隧道內(nèi)地下水經(jīng)過洞內(nèi)排水系統(tǒng)的匯集通過側(cè)溝和中心水溝引排至洞外,洞內(nèi)外排水系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合主要是指洞口段溝槽過渡。武廣鐵路客運(yùn)專線韶花段隧道設(shè)計對洞內(nèi)外溝槽過渡做了詳細(xì)設(shè)計,包括高端洞口及底端洞口的溝槽過渡,對高端洞口水溝無過渡問題,底端洞口于洞外兩側(cè)設(shè)沉淀池,洞外隧道中線延伸處設(shè)檢查井,中心水溝的水排入中間檢查井后通過隧路過渡段下埋設(shè)的鋼筋混凝土預(yù)制管流入兩側(cè)沉淀池。兩側(cè)沉淀池同時與洞口仰坡坡腳設(shè)置的集水井聯(lián)通。隧道洞內(nèi)及洞口仰坡范圍水均匯集于兩側(cè)沉淀池,經(jīng)過沉淀后排入路基側(cè)溝,現(xiàn)場施作情況見圖5。

4 結(jié)語

圖5 韶花段隧道洞口溝槽過渡

隧道防排水是個系統(tǒng)工程,要使最終建成的工程滿足既定的標(biāo)準(zhǔn),保證其使用功能,需要各方的共同努力。首先,從設(shè)計上要不斷地更新設(shè)計理念,根據(jù)建成既有隧道的經(jīng)驗完善設(shè)計,尤其在國內(nèi)大規(guī)模修建高速鐵路時期,更應(yīng)該注意。其次,高質(zhì)量的施工是實現(xiàn)設(shè)計意圖的保證,從以往隧道修建經(jīng)驗,包括剛建成的武廣鐵路客運(yùn)專線看,仍然存在由于施工管理不到位而造成工程沒達(dá)到設(shè)計要求的現(xiàn)象。本文就是以武廣鐵路客運(yùn)專線設(shè)計及施工情況為基礎(chǔ),對隧道防排水進(jìn)行了總結(jié),希望能對今后的工程建設(shè)提供參考。

[1]TB10003—2005,鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB50108—2001,地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].

[3]TZ214—2005,客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

[4]鐵建設(shè)[2005]160號,客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]鐵道部工程設(shè)計鑒定中心.高速鐵路隧道[M].北京：中國鐵道出版社,2006：155 165.

[6]殷懷連,張民慶.鐵路隧道工程結(jié)構(gòu)防排水設(shè)計理念及施工措施的探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2006(6).

U238;U 453.6

A

1004-2954(2010)01-0139-03

2009-11-30

張慧玲(1975—),男,工程師,1998年畢業(yè)于西南交通大學(xué)建筑工程專業(yè),工學(xué)學(xué)士。