鐵路隧道防排水設(shè)計(jì)探討

馬志富

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

1 概述

改革開(kāi)放以來(lái),作為交通基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分的各種隧道迅速發(fā)展,隧道建設(shè)條件和結(jié)構(gòu)形式也越來(lái)越復(fù)雜。自從中國(guó)第一座鐵路隧道臺(tái)灣獅球嶺隧道(全長(zhǎng)261 m)1890年建成通車以來(lái),到2009年底,通車運(yùn)營(yíng)鐵路隧道總長(zhǎng)接近7 000 km。

防排水是鐵路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工中的重點(diǎn),但襯砌滲漏水問(wèn)題仍然不同程度地出現(xiàn)在新建鐵路隧道中,隧道滲漏水不僅直接影響行車安全,而且還降低隧道通風(fēng)、照明系統(tǒng)的工作效率,誘發(fā)運(yùn)營(yíng)設(shè)施的銹蝕,影響隧道結(jié)構(gòu)的耐久性,在寒冷地區(qū)隧道的滲漏水還會(huì)引發(fā)掛冰、底鼓等不良病害,嚴(yán)重危及行車安全。

因此,針對(duì)目前國(guó)內(nèi)的防排水技術(shù)現(xiàn)狀,有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研討,對(duì)防排水技術(shù)提出更新的改進(jìn)措施,進(jìn)一步指導(dǎo)鐵路隧道設(shè)計(jì)與施工,使隧道工程交付運(yùn)營(yíng)后處于整潔狀態(tài)。

2 某客運(yùn)專線隧道防排水設(shè)計(jì)及個(gè)別工點(diǎn)隧道滲漏水情況

2.1 防排水設(shè)計(jì)

隧道防排水采取“防、排、截、堵結(jié)合,因地制宜,綜合治理”的原則。

(1)隧道防水措施

隧道二次襯砌采用防水混凝土,抗?jié)B等級(jí)不低于P8；隧道拱墻防水板厚度不小于1.2 mm；環(huán)向施工縫內(nèi)設(shè)中埋式橡膠止水帶；縱向施工縫涂混凝土界面處理劑。

(2)隧道排水措施

隧道內(nèi)設(shè)雙側(cè)水溝加中心水溝排水管；環(huán)向設(shè)φ50 mm透水管盲溝；縱向設(shè)φ80 mm透水管；隧道邊墻設(shè)泄水孔與側(cè)溝連通。

2.2 個(gè)別隧道滲漏水情況2.2.1 滲漏水情況

該客運(yùn)專線自交付運(yùn)營(yíng)后,部分隧道部分地段存在滲漏水病害,滲漏病害主要表現(xiàn)為襯砌及隧底表面存在水漬與洇濕,其中甲隧道有11處滲漏水點(diǎn)(底部7處、邊墻3處、拱腰1處),乙隧道底部滲漏點(diǎn)3處,丙隧道拱部2處,丁隧道邊墻2處。

2.2.2 滲漏水特征

(1)按滲漏水位置分

①拱墻滲漏水：以點(diǎn)、線或面滲漏的方式從隧道拱墻部位滲漏；②底板滲漏水：底板存在水漬、或明顯水流現(xiàn)象；③設(shè)備洞室滲漏水。

(2)按結(jié)構(gòu)部位分

施工縫、變形縫部位滲漏水；其他部位滲漏水。

(3)按滲漏表現(xiàn)形式分

①點(diǎn)滲漏(圖1)：不連續(xù)、無(wú)規(guī)律的滲漏現(xiàn)象,表現(xiàn)為蜂窩、點(diǎn)狀滲漏水；②線滲漏(圖2)：連續(xù)的或有一定規(guī)律的,以線漏為主的滲漏現(xiàn)象。滲漏線可分為變形縫和非變形縫兩種,主要包括伸縮縫、沉降縫、施工縫和裂縫等；③面滲漏(圖3)：襯砌表面潮濕或滲水。

圖1 點(diǎn)滲漏

圖2 線滲漏

圖3 面滲漏

3 滲漏水原因分析

3.1 隧道防水板破壞

防水板防水是隧道防滲漏的第一道重要防線,工程中出現(xiàn)失效問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面的原因：初期支護(hù)表面不平整,初期支護(hù)凸起部分在模筑混凝土壓力下刺破防水板；澆筑二襯混凝土?xí)r,防水板在混凝土下落的牽扯下,造成斷裂或撕裂破壞；因固定需要,防水板熱熔后產(chǎn)生薄弱點(diǎn),易發(fā)生損壞；焊接鋼筋時(shí)導(dǎo)致防水板受損；充填注漿管刺破防水板；防水板搭接處理欠佳。

3.2 混凝土結(jié)構(gòu)自防水失效

(1)混凝土因漏振、跑模、漏漿等因素都有可能導(dǎo)致自防水失效。

(2)襯砌出現(xiàn)開(kāi)裂,產(chǎn)生裂縫的原因,主要有幾個(gè)方面：干縮裂縫，溫度裂縫，變形裂縫。

3.3 施工縫、變形縫防水失效

施工縫、變形縫是防水的薄弱部位,雖然施工縫增加了止水帶,但仍出現(xiàn)滲漏,原因分析如下。

(1)止水帶與混凝土結(jié)合不密實(shí)?；炷翝仓r(shí),混合料與止水帶緊密接觸,但硬化過(guò)程中,止水帶與混凝土易出現(xiàn)間隙。

(2)止水帶的選型不合理。中埋止水帶凸高對(duì)地下水滲透起阻隔作用,但因凸高選擇不合理,阻隔作用降低。

(3)端頭模板漏漿。端頭模板在止水帶兩側(cè)不夠嚴(yán)密,混凝土澆筑時(shí)容易漏漿,使止水帶周圍混凝土不密實(shí)。

(4)中埋止水帶錯(cuò)位。由于模筑混凝土的牽扯以及止水帶固結(jié)不穩(wěn)固,易出現(xiàn)彎曲、偏移設(shè)計(jì)位置等現(xiàn)象。

(5)止水帶接頭不嚴(yán)。環(huán)向施工縫中的止水帶不完整,容易形成防水的薄弱環(huán)節(jié)。

(6)滲水下排不暢。透過(guò)防水板的滲水常向環(huán)向施工縫匯聚,但由于施工中止水帶常存在彎曲現(xiàn)象,沒(méi)有下泄通道。

(7)仰拱及仰拱填充一次施工。部分仰拱及仰拱填充一次性澆筑,導(dǎo)致仰拱形成的貫通性的環(huán)向施工縫,易造成底部滲水。

(8)水溝側(cè)壁施工縫防水不嚴(yán)。目前設(shè)計(jì)中并未針對(duì)水溝施工縫采取相應(yīng)防水措施,易反滲,導(dǎo)致隧底面形成水漬、流水等。

3.4 隧道排水不暢

發(fā)生堵塞的部位集中在如下部位：盲管或泄水孔堵塞；雙側(cè)水溝及中心排水管堵塞；泄水孔泄水能力不足。

4 改進(jìn)防排水系統(tǒng)的建議措施

4.1 防水層

(1)提高防水板抗穿刺、抗撕裂性能

目前設(shè)計(jì)中大多采用厚度1.5 mm范圍的防水板,為增加防水層的抗穿刺、抗撕裂性能,建議采用厚度2 mm以上的防水板,也可考慮使用雙層防水板。

(2)試用噴涂防水層

噴涂防水層能克服被穿刺、被撕裂和防水板焊接密封不良等疵漏,但對(duì)初期支護(hù)表面的平整度、密實(shí)度要求提高,且需在無(wú)滲漏水情況下施工。因此在施工周期無(wú)明顯滲水的隧道且不設(shè)排水盲溝的隧道中,可嘗試使用噴涂防水層。

4.2 施工縫、變形縫

(1)加強(qiáng)施工縫、變形縫堵水設(shè)計(jì)

富水地段,隧道施工縫、變形縫易出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象,為了便于運(yùn)營(yíng)期間對(duì)滲漏水的治理,富水地段施工縫變形縫間可加設(shè)可維護(hù)注漿管,當(dāng)運(yùn)營(yíng)期間施工縫變形縫發(fā)生滲漏水病害時(shí),可通過(guò)預(yù)留注漿管注漿封堵來(lái)實(shí)現(xiàn)病害整治。

(2)建議止水帶增加排水功能(圖4)。

圖4 可排水止水帶

(3)增加溝槽部位防水設(shè)計(jì)

目前設(shè)計(jì)中對(duì)水溝電纜槽施工縫防水基本都沒(méi)有進(jìn)行細(xì)部設(shè)計(jì),導(dǎo)致水溝內(nèi)水從部分施工縫滲出,底板與溝槽接縫也是防水薄弱點(diǎn),建議防水設(shè)計(jì)中,應(yīng)考慮細(xì)部防水(圖5)。

圖5 溝槽部位施工縫構(gòu)造防水

(4)規(guī)范與發(fā)展其他施工縫止水材料

傳統(tǒng)的止水條與止水帶相同,存在定位困難的問(wèn)題,設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)一步研究方便施工止水有效的新材料。

4.3 現(xiàn)行排水系統(tǒng)改善

(1)盲管

盡量考慮采用可維護(hù)型盲管,確保盲管堵塞后可疏通,確保隧道排水舒暢。設(shè)計(jì)中明確盲管施工及保護(hù)要求,如盲溝使用過(guò)濾層等,避免人為造成施工模筑混凝土?xí)r堵塞盲管。

(2)側(cè)溝

蓋板實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn),統(tǒng)一管理施工。運(yùn)營(yíng)前對(duì)側(cè)溝進(jìn)行徹底清理。

(3)中心排水管

減小檢查井間距,方便中心排水管疏通、維修。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)具體地質(zhì)情況、地下水情況選擇合適的中心排水方式。

4.4 增強(qiáng)縱向排水盲溝功能

增強(qiáng)縱向盲溝排水功能,保持外部排水有效是解決隧道結(jié)構(gòu)滲漏水的重要方法,某國(guó)外隧道也采用了直徑為200 mm的縱向盲管(圖6),根據(jù)隧道滲水情況,每隔一定距離將水匯入中心排水溝。

圖6 某國(guó)外隧道使用直徑的200 mm縱向盲管

目前設(shè)計(jì)采用的縱向盲溝直徑一般在100 mm以下,建議加大為200 mm以上,縱向盲溝直接與中心溝連通,取消與電纜槽并行的側(cè)溝,設(shè)置側(cè)向管溝(圖7),嚴(yán)寒地區(qū)中心水管可置于仰拱下方。

圖7 增強(qiáng)縱向盲溝后的隧道排水系統(tǒng)

4.5 設(shè)備洞室

(1)采用全包防水,確保設(shè)備洞室內(nèi)防水效果。

(2)設(shè)備洞室底部周圈設(shè)置盲管,將襯砌背后地下水引至正洞排水溝內(nèi)。

(3)重視正洞與設(shè)備洞室相交處防水板銜接。

(4)設(shè)備洞室底板面向正洞側(cè)應(yīng)設(shè)置不小于1%的下坡,可確保洞室內(nèi)水引至正洞側(cè)溝內(nèi)。

4.6 注漿防水

為了保證注漿效果,建議針對(duì)富水帶特別是寒冷地區(qū)富水帶注漿堵水技術(shù)執(zhí)行規(guī)范化管理。

4.7 采用全包防水

全包防水隧道結(jié)構(gòu)對(duì)高水頭環(huán)境適應(yīng)能力差,可能因結(jié)構(gòu)龐大,結(jié)構(gòu)施工工藝復(fù)雜,而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)因振搗、水化熱等問(wèn)題帶來(lái)結(jié)構(gòu)本體防水瑕疵,且開(kāi)挖斷面巨大,施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大，一般僅在有嚴(yán)格地下水環(huán)境(地下水流失可能引起居民飲用水困難、地表沉降等)要求的工程中采用。

4.8 推行防排水施工工序標(biāo)準(zhǔn)化

將防排水作為一道關(guān)鍵施工工序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè),由專業(yè)隊(duì)伍擔(dān)負(fù)施工,在隧道施工組織設(shè)計(jì)中充分考慮合理的施工周期。

5 對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水技術(shù)的建議

我國(guó)北方嚴(yán)寒地區(qū)的鐵路隧道發(fā)生凍害的情況經(jīng)常發(fā)生,隧道防排水特別是防凍保溫十分關(guān)鍵。通過(guò)收集哈局、沈局寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)280座既有隧道防排水技術(shù)資料,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查哈局范圍內(nèi)的40余座隧道的凍害整治情況,經(jīng)研究分析認(rèn)為,嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水應(yīng)采用隧道結(jié)構(gòu)外排水的方法。通過(guò)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),形成了嚴(yán)寒地區(qū)保溫排水方式建議(表1)。

表1 建議的嚴(yán)寒地區(qū)保溫排水方式

6 結(jié)語(yǔ)

隨著鐵路隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高,鐵路隧道防排水設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)其系統(tǒng)性,排水與防水應(yīng)緊密結(jié)合,尤其應(yīng)注重隧道排水系統(tǒng)對(duì)防水的基礎(chǔ)性作用,根據(jù)具體的工程條件有針對(duì)性進(jìn)行防排水設(shè)計(jì),做到防排水精細(xì)化設(shè)計(jì),做好材料使用控制,并將防排水施工作為一道關(guān)鍵施工工序,從而保證防排水系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。在嚴(yán)寒地區(qū),以隧道結(jié)構(gòu)外排水為防凍的主要措施。

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[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10003—2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社,2005.

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