高寒地區(qū)鐵路隧道防凍排水設(shè)計(jì)探討

張 劍

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043)

據(jù)鐵路工務(wù)部門的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，滲漏水隧道占隧道總數(shù)的30%左右，是我國(guó)運(yùn)營(yíng)鐵路隧道的主要病害。其會(huì)引起襯砌凍脹開裂、酥碎、剝落、掛冰和道床冒水、積水、結(jié)冰等，嚴(yán)重威脅行車安全。運(yùn)營(yíng)期間雖然花費(fèi)大量的人力、物力進(jìn)行整治，卻難以根除。國(guó)外，日本、俄羅斯、北歐、北美等國(guó)家與地區(qū)的凍害也十分嚴(yán)重。例如據(jù)日本的調(diào)查資料，在總數(shù)3 819座隧道中，漏水的占56%，長(zhǎng)度占71%。其中，在嚴(yán)寒地區(qū)發(fā)生凍害者約占34%，漏水的隧道幾乎全部發(fā)生凍害。本文總結(jié)寒區(qū)已建成隧道凍害處理的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，進(jìn)而對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)隧道防凍害設(shè)計(jì)提出一些建議。

1 嚴(yán)寒地區(qū)典型隧道防凍排水措施實(shí)例分析

1.1 牙林線嶺頂隧道

嶺頂隧道是我國(guó)第一座修建在多年凍土中的隧道，全長(zhǎng)936.8 m，單向坡，所在地最低氣溫－50℃，負(fù)溫日數(shù)在58%以上，年平均氣溫－6.71℃。隧道出口端位于多年凍土中，凍土類型為銜接的多年凍土，年平均地溫為－1℃左右，季節(jié)融化最大深度9 m左右。隧道地下水涌水量80 m3/d，地下水為凍土的層下水。

隧道主體工程1961年9月建成，同年11月就發(fā)現(xiàn)了病害:隧道內(nèi)拱部普遍漏水，入凍后拱部掛冰，隧底形成冰筍，邊墻上出現(xiàn)直徑＞1 m的冰柱，隧底積冰厚度0.3～1.3 m;邊墻襯砌產(chǎn)生環(huán)向裂縫，大多數(shù)位于襯砌工作縫處，寬度由發(fā)絲至3 mm不等。

為整治病害，在隧道下修建了長(zhǎng)720 m防寒泄水洞，埋深(隧底至泄水洞底)5.5 m，還修建了盲溝、支導(dǎo)洞、洞外暗溝、保溫出水口、檢查井等。自泄水洞建成以后，流水終年不斷，根治了隧道邊墻冰柱、拱部掛冰、隧底積水等嚴(yán)重病害，保證了隧道的正常使用。

1.2 嫩林線隧道

嫩林線包括林(海)—碧(洲)支線和塔(河)—韓(家園子)支線，總長(zhǎng)約1 100 km，共有隧道14座，隧道采取的排水方式有中心深埋水溝、雙側(cè)保溫水溝及防寒泄水洞三種形式。

1.2.1 中心深埋水溝

朝陽(yáng)一號(hào)隧道全長(zhǎng)420 m，最冷月平均氣溫為－29℃，年平均氣溫為－2.5℃，凍結(jié)深度約為3.8 m，地層巖性為粗?；◢弾r，裂隙較發(fā)育，地下水較豐富。是我國(guó)第一座在線路中心下設(shè)深埋滲水溝的隧道，中心深埋水溝設(shè)于道床底凍結(jié)線以下，水溝流水面至內(nèi)軌面高約4.5～5.5 m，利用凍結(jié)線以下的地溫(0℃以上)達(dá)到防凍的目的。水溝尺寸為60 cm×130 cm(寬×高)，中間設(shè)有檢查井，間距150～300 m，可進(jìn)入水溝進(jìn)行檢查與維修。運(yùn)營(yíng)20多年，洞內(nèi)沒有出現(xiàn)滲漏水，冬季沒有掛冰現(xiàn)象，襯砌結(jié)構(gòu)完好無(wú)損。

1.2.2 保溫水溝

白卡爾隧道和西羅奇二號(hào)隧道均在隧道內(nèi)部分地段采用保溫水溝排水。隧址區(qū)最冷月平均氣溫－32℃左右，年平均氣溫 －3℃ 以下，凍結(jié)深度在4.5～5.0 m。隧道圍巖為安山巖、花崗巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水較豐富。白卡爾隧道中間采用保溫水溝，保溫材料頂部為瀝青玻璃棉保溫層，側(cè)面為加氣混凝土預(yù)制塊保溫層，該隧道于1972年建成后，連續(xù)4年進(jìn)行觀測(cè)，在最低月平均氣溫－32℃的嚴(yán)寒條件下，由于凍深大，隧道內(nèi)部的凍結(jié)半徑已大大超過其防寒范圍，因此水溝經(jīng)常凍死。同時(shí)由于隧道內(nèi)特有的陰暗潮濕環(huán)境，保溫材料很難保持良好的狀態(tài)，致使襯砌周圍水排不出去，冬季凍脹，襯砌被凍裂、剝落掉塊，拱部、邊墻掛冰，嚴(yán)重威脅行車安全。

1.2.3 防寒泄水洞

翠嶺2號(hào)隧道、富克山隧道、永安隧道采用泄水洞排水。

1)翠嶺2號(hào)隧道出口附近位于多年凍土地層，地溫常年處于負(fù)溫，雖然凍結(jié)期泄水洞內(nèi)有結(jié)冰現(xiàn)象，但由于泄水洞斷面較大，泄水洞內(nèi)的流水坡度較陡，加之滲入泄水洞的地下水有一定的溫度，因而沒有影響泄水洞的排水效果。

2)永安隧道全長(zhǎng)1 244 m，最冷月平均氣溫在－31℃以下，年平均氣溫－2.7℃，圍巖凍結(jié)深度在4 m以下。地層巖性為花崗巖，粗粒結(jié)構(gòu)，節(jié)理發(fā)育，地下水很發(fā)育。隧道從1979年8月開始施工，施工期間部分襯砌完成地段，由于盲溝及泄水洞沒有施工，曾在襯砌的拱部和邊墻出現(xiàn)過滲漏水、冬季掛冰、底部結(jié)冰等現(xiàn)象，當(dāng)盲溝和泄水洞施工完成后，上述現(xiàn)象消失了。驗(yàn)交過程無(wú)問題，排水量超過150 m3/h。

3)富克山隧道及其他有泄水洞的隧道，在襯砌背后盲溝底部采用斜鉆孔的方式與泄水洞兩側(cè)的橫支洞連通。鉆孔傾斜10°左右，直徑36～42 mm，橫支洞斷面為80 cm×100 cm。橫支洞開挖后用片石碼砌密實(shí)。盲溝里的水通過斜孔流入支洞由泄水洞排走。

1.3 南疆線奎先隧道

奎先隧道全長(zhǎng)6 154.16 m。洞口標(biāo)高2 982 m，隧道內(nèi)裂隙水發(fā)育，出口約700 m穿過多年凍土層，其余均在多年凍土下限穿過。年平均氣溫－3.8℃，年極端最高氣溫24℃，極端最低氣溫－33℃，最冷月平均氣溫－15.8℃，有7個(gè)月平均氣溫在0℃以下。隧道圍巖為花崗巖、片麻巖、片巖等。

隧道兩端洞口各有500 m的保溫水溝，并延至洞外，庫(kù)端經(jīng)距洞口570 m處第三通道將正洞水引入平導(dǎo)，在平導(dǎo)中央設(shè)保溫水溝，洞外再延長(zhǎng)25 m。

1978年冬，保溫水溝正在施工時(shí)，由于洞外出水口防寒設(shè)施尚未完工，11月下旬出水口水被凍結(jié)，并逐步向溝內(nèi)延伸，最后平導(dǎo)被凍1 250 m，正洞被凍結(jié)2 870 m，溝水在冰上漫流，道床積冰近25 cm厚，中斷行車達(dá)3 d之久。1980年開始整治，具體措施如下:①利用出水點(diǎn)初始水溫較高的條件進(jìn)行保溫。在洞內(nèi)修建了保溫水溝3 859 m，其中正洞1 820 m，平導(dǎo)1 299 m，多年凍土段740 m。采用瀝青玻璃棉保溫，減少沿途散熱，使正洞側(cè)溝的水保持正溫引入平導(dǎo)內(nèi)，避免凍結(jié)。②提前利用平導(dǎo)作為保溫排水通道，平導(dǎo)為獨(dú)頭巷道，有利于保溫。③易凍段除加強(qiáng)保溫外，還加大溝底縱坡，縮小斷面，以提高流速，減少凍結(jié)。④多年凍土地段的保溫水溝，因?yàn)榄h(huán)境為負(fù)溫而采用環(huán)向保溫。水溝周圍均鋪設(shè)保溫層以減少散熱。⑤出水口做保溫處理。

整治后三個(gè)冬季都未發(fā)生凍害，出水點(diǎn)的溫度保持在1.2℃以上。但1984年1月發(fā)生凍害，水溝被凍死。此次凍害原因:①施工質(zhì)量不良，水溝內(nèi)層的浸油木板沒有安設(shè);②橫向連接排水管太小(200 mm)，管口沒有過濾網(wǎng)，被堵塞。

1984年6月，清理了保溫水溝，更換了保溫材料，改造橫向聯(lián)結(jié)排水溝，將鑄鐵管改為U形水溝，選用保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.03～0.04 kcal/(m·h·℃)。1985年2月在保溫水溝里加了24個(gè)電熱器，每個(gè)電熱器的功率為5 kW，每3個(gè)1組，共8組。

1.4 青藏鐵路風(fēng)火山、昆侖山隧道

青藏鐵路格拉段全長(zhǎng)1 142 km，多年凍土地段550 km(西大灘至安多)，全線共有10座隧道，其中多年凍土區(qū)隧道2座，長(zhǎng)3 024 m，分別是昆侖山隧道、風(fēng)火山隧道。兩座隧道均處于高寒、高原及凍土區(qū)。風(fēng)火山隧道軌頂標(biāo)高為4 889.67～4 905.40 m，總長(zhǎng)1 338 m;昆侖山隧道軌頂標(biāo)高為4 642.66～4 665.91 m，總長(zhǎng)1 686 m。風(fēng)火山隧道年平均氣溫－6.11℃，極端氣溫分別為－37.7℃和23.2℃。昆侖山隧道年平均氣溫 －5.2℃，極端氣溫分別為－23.6℃和27.7℃。

考慮到昆侖山、風(fēng)火山隧道處于永久凍土層中，地下水主要為凍結(jié)層上水及基巖裂隙水，總體上地下水不發(fā)育，流動(dòng)的地下水比較少。在處理好淺埋段地表水及凍結(jié)層上水以后，不會(huì)有較大的流動(dòng)水向隧道中遷移。隧道的排水系統(tǒng)主要排除少量穿過隧道襯砌的融化水，而且這部分水會(huì)越來越少。青藏鐵路多年凍土隧道的防排水設(shè)計(jì)以防堵為主，以排為輔，采用雙側(cè)保溫水溝排水，側(cè)溝采用雙層蓋板，蓋板間設(shè)PU聚氨酯泡沫型材保溫材料。保溫水溝通過洞口保溫暗管與洞外檢查井連通，并通過洞外保溫出水口排出，出水口選在向陽(yáng)、背風(fēng)或跌水處。

青藏鐵路2006年7月開通運(yùn)營(yíng)至今，隧道運(yùn)營(yíng)狀況良好。測(cè)試顯示，在寒季最冷月時(shí)，昆侖山和風(fēng)火山隧道保溫水溝內(nèi)的溫度均明顯高于洞內(nèi)氣溫，變化幅度也明顯低于洞內(nèi)。

1.5 蘭武二線黑松驛隧道

黑松驛隧道位于蘭武二線武威市古浪縣境內(nèi)，起訖里程為 DK190+027—DK191+692，全長(zhǎng)1 665 m，為雙線隧道，洞內(nèi)線路縱坡為13‰單面下坡。隧道洞身通過地層為白堊系泥巖及泥巖夾砂巖。泥巖為膨脹巖。隧道位于中溫帶干旱氣候區(qū)。年平均氣溫5.1℃，極端最高氣溫34.7℃，極端最低氣溫－29.0℃，最冷月平均氣溫－9.3℃。

全隧道洞內(nèi)設(shè)雙側(cè)高式水溝排水，進(jìn)出口各400 m設(shè)雙層蓋板保溫水溝。隧道在開挖過程中，DK191+447.69—DK191+414.80共32.89 m，拱部水量較大，地下水呈散水狀流出，當(dāng)時(shí)出水量在15 L/min左右。

1.5.1 凍害情況

該段于2003年11月24日—12月8日襯砌混凝土施作完畢。到2004年12月下旬，洞外出水口結(jié)冰封凍，檢查井及洞口段排水溝開始封凍;到2005年1月4日，洞內(nèi)封凍達(dá)到DK191+612處，距洞口80 m;到2005年1月13日，洞內(nèi)封凍達(dá)到DK191+532處，距洞口160 m;到2005年3月1日，洞內(nèi)封凍達(dá)到DK191+422處，距洞口270 m。

2005年3月12日，在DK191+447.69—DK191+414.80段附近有4條混凝土施工縫出現(xiàn)滲水，滲出的水立即被凍上。

1.5.2 處理措施

初砌滲水的主要原因是由于洞外出水口及檢查井沒有施作保溫措施而結(jié)冰，水無(wú)法流動(dòng)，逐步向洞內(nèi)蔓延，由于持續(xù)低溫，造成凍結(jié)長(zhǎng)度不斷延伸，最后從襯砌最薄弱的施工縫處滲出。

1)施工縫漏水處理

環(huán)向施工縫漏水采用堵疏結(jié)合原則進(jìn)行治理。

對(duì)施工縫進(jìn)行注漿堵漏，采取斜孔注漿的方式。表面進(jìn)行騎縫鑿槽，尺寸6 cm×5 cm(寬×深)，可用混凝土切割機(jī)切槽，用鑿槽工具將混凝土鑿出，清理干凈雜物。注漿材料為TRD聚氨酯快速堵漏劑。施工縫抹面材料為R-2型堵漏防水劑+水泥砂漿。斜孔注漿深度約20～30 cm，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)鉆孔位置及實(shí)鉆角度做調(diào)整。注漿針頭環(huán)向間距25～30 cm。

封堵完畢，鑿槽25～30 cm，埋5 cm透水管，再以堵漏靈封堵，然后加5 cm保溫材料后抹面，抹面材料采用R-2型堵漏防水劑，厚度1.6 mm，最后用水泥砂漿抹面、調(diào)色，使之與周圍混凝土保持一致。

2)洞內(nèi)封凍段落處理

先進(jìn)行除冰，更換破壞的保溫材料，保溫材料采用PU聚氨脂。修復(fù)損壞的溝壁、蓋板，待氣溫轉(zhuǎn)暖后，疏通所有的泄水孔，清除水溝內(nèi)雜物，確保流水暢通。

3)回填注漿措施

由于二次襯砌施工時(shí)拱部難以回填密實(shí)，拱部一定范圍存在空隙，可能會(huì)導(dǎo)致襯砌背后積水，或形成遷移的通道。通過回填注漿，填充空隙，防止水流沿兩層襯砌間的空隙遷移。注漿材料采用GRM超細(xì)水泥漿液，封孔材料采用R-6型堵漏防水劑。

4)泄水洞

在DK191+640處(距洞口52 m)設(shè)泄水洞(圖1)，在DK191+640處將兩側(cè)水溝向下鉆孔使之與泄水洞連通，采用兩根φ150 mm鑄鐵管將側(cè)溝流水直接匯集在泄水洞內(nèi)排出。泄水洞坡度盡量加大，泄水洞底起點(diǎn)高程2 346.86 m(拱頂?shù)陀谒淼准s3 m)，出水口高程2 342.5 m(高于地面1.5 m)，坡度約為2.8%，在DK191+679設(shè)置一支洞解決洞口段的排水，并在洞口至支洞與隧道相交處的兩側(cè)水溝中設(shè)3‰的反坡排水。泄水洞延至DK191+400處(距洞口292 m)。對(duì)于有漏水的DK191+450—DK191+400段隧道兩側(cè)均設(shè)置泄水洞，左、右側(cè)泄水洞采用橫向支洞連通。泄水洞總長(zhǎng)度477.45 m(含三處橫向支洞)。

圖1 泄水洞橫斷面示意

由于施工中DK191+450—DK191+400段出水主要集中在拱腳附近，DK191+424處施工縫漏水點(diǎn)也在該部位，因此，將該段泄水洞標(biāo)高適當(dāng)予以抬高進(jìn)行引水，泄水洞底面比正洞水溝底面低50 cm。

為保證泄水洞引水效果，在其靠近正洞一側(cè)設(shè)置引水孔，DK191+640—DK191+450段每隔20 m打一排，DK191+450—DK191+400段每隔5 m打一排，在漏水施工縫處要保證有引水孔，直徑50 mm。泄水洞襯砌后的內(nèi)凈空為1.5 m×1.8 m(寬×高)的拱形斷面，采取暗挖施工。泄水洞內(nèi)一側(cè)設(shè)置水溝排水，洞口采用一根φ40 cm鋼筋混凝土承插式圓管排水，暗管設(shè)保溫出水口。泄水洞口采用C15片石混凝土封堵，厚度3 m。泄水洞出口頂部設(shè)置檢查井，以方便檢查維修，檢查井設(shè)鋼筋混凝土蓋板。

1.5.3 運(yùn)營(yíng)情況

隧道開通運(yùn)營(yíng)后前兩年未發(fā)生凍害，運(yùn)營(yíng)狀況良好，但最近兩年又有滲漏水發(fā)生，并造成冬季掛冰，需要進(jìn)一步處理。其主要原因是泄水洞引水孔堵塞、施工縫堵漏材料失效等。

1.6 柴木線大通山隧道

該隧道為單線隧道，長(zhǎng)度4 495 m，洞內(nèi)線路縱坡為人字坡。隧道地處大陸性高原氣候，氣溫低、溫差大、日照長(zhǎng)，極端最低溫度－31.4℃ ～－35.8℃，最冷月平均氣溫－13.4℃ ～－13.3℃，最大季節(jié)凍結(jié)深度為3.50 m。處于多年凍土與季節(jié)性凍土銜接地帶。

排水設(shè)施:①洞內(nèi)設(shè)雙側(cè)水溝，兩端洞口500 m范圍內(nèi)設(shè)保溫水溝，雙層蓋板間設(shè)PU聚氨酯泡沫型材保溫材料。②防寒泄水洞。隧道進(jìn)出口正洞拱腳下5 m處均設(shè)置無(wú)壓防寒泄水洞(圖2)，距線路中心線10 m，長(zhǎng)度分別為1 237，1 190 m。正洞水溝內(nèi)的水通過水溝底的豎向泄水孔(每420 m設(shè)1處)排入防寒泄水洞。隧道內(nèi)形成了完整的集、排、堵、泄排水通道網(wǎng)絡(luò)，并且疏通了襯砌外圍巖的裂隙水和地下水，使隧道襯砌結(jié)構(gòu)處于無(wú)水壓狀態(tài)，從而消除或盡可能減小凍脹破壞，達(dá)到理想的排水效果。

圖2 防寒泄水洞與正洞連接關(guān)系

防寒泄水洞洞體尺寸為寬2 m、高2 m。

該隧道2006年建成通車至今，未發(fā)生病害。

1.7 精伊霍線色勒科特3號(hào)隧道

該隧道位于北天山北麓，海拔1 500 m，全長(zhǎng)5 200 m?？v坡為單面上坡，隧址區(qū)年平均氣溫3.3℃，最冷月平均氣溫 －13.3℃，極端最低氣溫－32℃，最大季節(jié)凍結(jié)深度200 cm。

排水設(shè)施:①洞內(nèi)兩側(cè)設(shè)雙側(cè)普通高式水溝，兩端洞口1 000 m范圍設(shè)雙層蓋板保溫水溝，靠洞口500 m段蓋板間加聚氨脂泡沫保溫材料，保溫水溝通過引水洞與洞外保溫暗管及檢查井設(shè)備連接。②進(jìn)口端線路左大避車洞內(nèi)設(shè)引水洞(距離進(jìn)口82 m)，將洞內(nèi)側(cè)溝水流通過深埋保溫暗管及洞外設(shè)檢查井等設(shè)備排入保溫出水口。保溫暗管長(zhǎng)度為33 m，引水洞長(zhǎng)度為103 m，坡度4.7‰。

該隧道2009年建成通車，狀況良好。

1.8 蘭州至烏魯木齊第二雙線祁連山隧道

祁連山隧道地處祁連山中高山區(qū)，隧道長(zhǎng)度9 490 m，為一座雙線隧道，隧道線路縱坡為20‰的單面下坡。年平均氣溫1.8℃，極端最高氣溫31.7℃，極端最低氣溫－29.6℃，最冷月平均氣溫－11.9℃，最大凍結(jié)深度230 cm。

排水設(shè)施:①隧道防排水遵循“堵排并重，防凍保溫”的原則。②全隧道均設(shè)置雙側(cè)水溝及圓形中心排水溝。兩端洞口各1 000 m設(shè)置雙側(cè)蓋板保溫側(cè)溝及中心水溝，蓋板間夾保溫材料。③隧道進(jìn)口設(shè)置雙層保溫襯砌，兩層襯砌間夾隔熱保溫層。保溫結(jié)構(gòu)采用聚乙烯泡沫、防潮層、鋁皮保護(hù)層。④在距離隧道進(jìn)出口各1 km處設(shè)置防寒泄水洞，進(jìn)出口正洞單側(cè)各設(shè)2處檢查井，將正洞內(nèi)的水排入泄水洞，泄水洞尺寸采用220 cm×250 cm(寬×高)，見圖3。

圖3 泄水洞斷面示意

該隧道將于2014年建成通車，目前狀況良好。

2 國(guó)外寒區(qū)隧道的防凍措施

1)前蘇聯(lián)。隧道供暖有的采用管式電力加熱器;水溝保溫用新型高效的保溫材料，如硬質(zhì)泡沫塑料、泡沫玻璃、陶土等;有的地方用熱水或蒸汽對(duì)水溝進(jìn)行加溫。

2)挪威。在隧道內(nèi)的排水系統(tǒng)中設(shè)置加熱電纜。有的隧道安裝了雙層防寒門，當(dāng)列車接近隧道時(shí)，自動(dòng)裝置將雙層門打開，讓列車通過，然后又將門關(guān)上。

3)美國(guó)。入冬前仔細(xì)檢查每一處排水溝，在泄水洞出口處加保溫措施;排水溝用泡沫材料保溫，排水管內(nèi)放入加熱電纜。

4)日本。在北海道上羽晃隧道進(jìn)行了兩種試驗(yàn)，即將隧道襯砌表面敷上絕熱材料，盡量防止地?zé)嵘⒊?，以保持隧道襯砌表面的溫度不致降到冰點(diǎn)以下。甲式:在襯砌表面安裝聚乙烯波紋板作為防水板，留出18 mm的空隙，用于排泄隧道漏水，在防水板上面噴涂35 mm厚的氨基甲酸乙脂泡沫絕熱層。乙式:在襯砌混凝土表面上直接涂13 mm的防水砂漿作為防水層，并噴涂35 mm厚的氨基甲酸乙脂泡沫絕熱層。試驗(yàn)結(jié)果:①在最低氣溫達(dá)－20℃的嚴(yán)寒地區(qū)，甲式襯砌混凝土表面溫度的最低值能保持在3℃以下;②乙式襯砌混凝土表面溫度最低值保持在4℃左右;③未保溫地段襯砌表面溫度最低值為－11℃，襯砌背后的凍結(jié)時(shí)間持續(xù)4個(gè)月。

3 隧道滲漏水原因分析

襯砌滲漏水是鐵路隧道的主要病害，而嚴(yán)寒地區(qū)的隧道滲漏水會(huì)造成襯砌的破壞，整治起來有其特殊困難，如因結(jié)冰造成的排水不暢會(huì)造成嚴(yán)重的襯砌凍害，使襯砌裂縫加大，造成更大的漏水;低溫季節(jié)混凝土收縮使施工縫和原微裂縫擴(kuò)大，致使已封閉的縫隙修補(bǔ)部分脫落而再次漏水。隧道滲漏水原因概括如下:

1)由于襯砌背后存在空隙、混凝土澆筑不密實(shí)、厚度不夠等原因，造成襯砌混凝土抗?jié)B能力降低，未能達(dá)到設(shè)計(jì)的抗?jié)B性能指標(biāo)，從而導(dǎo)致隧道滲漏水。

2)隧道防水板在鋪設(shè)過程中可能出現(xiàn)破損嚴(yán)重、焊縫接頭不密實(shí)、鋪設(shè)過緊或過松等，將極大影響防水功能。

3)施工縫、變形縫未處理好，造成地下水從接縫處滲漏出來。

4)排水盲管、盲溝堵塞，地下水不能順暢地從盲管(溝)中排出，造成襯砌背后的水壓積累升高，從襯砌薄弱環(huán)節(jié)處發(fā)生滲漏。

5)嚴(yán)寒地區(qū)水溝、出水口等的保溫措施設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)，造成凍害。

4 寒區(qū)隧道排水措施比較

寒區(qū)隧道防凍問題的關(guān)鍵是排水。我國(guó)寒區(qū)隧道排水溝主要有以下幾種:泄水洞、中心深埋水溝、保溫水溝、采暖式水溝。

4.1 泄水洞

泄水洞是隧道排除地下水的主要措施之一，形似小隧道，位于隧道下方，利用豎井、鉆孔或巖石裂隙將隧道周圍的地下水位降低，從而能防止襯砌周圍介質(zhì)凍結(jié)時(shí)對(duì)襯砌產(chǎn)生的凍脹影響。它適用于月均氣溫低于－20℃，巖石凍結(jié)深度為5～6 m的嚴(yán)寒地區(qū)。

在高寒地區(qū)有地下水的隧道排水方案中，泄水洞排水方案安全穩(wěn)妥，排水效果比較理想，能夠消除由于地下水給隧道造成的危害，缺點(diǎn)是投資較高、施工比較困難。

4.2 中心深埋水溝

深埋水溝是把水溝埋設(shè)于隧道內(nèi)相應(yīng)的凍結(jié)深度之下，利用地下水的初溫達(dá)到凍融平衡起到防凍的目的。這種方式排水效果較好，主要缺點(diǎn)是隧底拉槽使開挖面距襯砌邊墻基底的距離較近，加之開挖放炮的震動(dòng)對(duì)襯砌基礎(chǔ)的穩(wěn)定及襯砌結(jié)構(gòu)的安全產(chǎn)生不利影響。尤其軟弱圍巖地段在隧道底部挖深槽，勢(shì)必會(huì)威脅整個(gè)襯砌的穩(wěn)定。此外，由于巖層開挖爆破，幾乎全部襯砌的表面被炸成麻面，襯砌表面受到破損，坑洼不平，有的深達(dá)3～5 cm，外觀極為難看，對(duì)工程質(zhì)量也產(chǎn)生不利影響。

4.3 保溫水溝

保溫水溝造價(jià)較低，施工方便，是嚴(yán)寒地區(qū)隧道排水的一種基本形式。其存在主要問題是由于隧道內(nèi)特有的陰暗潮濕的環(huán)境，保溫材料很難保持良好的狀態(tài)，失去保溫作用。另外出水口若處理不好，容易凍結(jié)并逐漸延伸至水溝，造成凍害。

4.4 采暖式水溝

有的隧道采用通暖氣、通熱風(fēng)和生火爐的措施，是一種不得已的處理方法，運(yùn)營(yíng)成本很高。

5 建議

通過調(diào)研一些寒區(qū)隧道防凍的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，加上筆者處理一些寒區(qū)隧道凍害的體會(huì)，對(duì)隧道防凍提出以下幾點(diǎn)建議。

1)建立寒區(qū)隧道病害防御理念

寒區(qū)隧道襯砌混凝土在運(yùn)營(yíng)期間要經(jīng)歷強(qiáng)度較大的凍融循環(huán)，滲漏與冰凍始終相互影響，互為因果，使消除隧道的凍害問題極為復(fù)雜。杜絕凍融循環(huán)的病害是寒區(qū)隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全與耐久性設(shè)計(jì)的最核心內(nèi)容。目前在技術(shù)上完全消除凍融循環(huán)引起的上融下凍比較困難，只能利用保溫與堵、排、泄相結(jié)合的措施減小或緩解其危害。將保溫防凍融循環(huán)與防排水兩者結(jié)合，采用“保溫、堵、排、泄、防寒”多道防線，建立預(yù)防為主的防御理念，在設(shè)計(jì)和施工階段，就應(yīng)該選擇寧強(qiáng)勿弱的處理措施。

2)適當(dāng)提高寒區(qū)隧道防水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

①防寒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不僅以最冷月平均氣溫為指標(biāo)考慮，同時(shí)應(yīng)綜合考慮極限最低氣溫及其持續(xù)時(shí)間來確定防寒設(shè)計(jì)范圍。②防寒排水方案的選用切忌生搬硬套，必須因地制宜，綜合考慮地形、氣溫、地下水發(fā)育情況、投資等因素，選擇經(jīng)濟(jì)合理的排水措施。對(duì)于氣溫低且地下水發(fā)育的隧道，從排水防凍效果來看，建議設(shè)置局部泄水洞。③隧道防寒設(shè)計(jì)段一端延長(zhǎng)1 000 m左右，對(duì)于順風(fēng)向的一端洞口還應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)。短隧道通常采取保溫措施。④防寒段采用防水混凝土，提高混凝土抗?jié)B等級(jí)，并采取抗裂措施。⑤防寒段地下水以堵為主，采取超前徑向注漿等堵水措施，減少地下水出露。在二次襯砌施工完畢后，進(jìn)行襯砌背后補(bǔ)注漿，填實(shí)局部空洞。⑥寒區(qū)防水材料指標(biāo)、施工縫防水措施等要比一般地區(qū)適當(dāng)提高，防水材料要有耐低溫指標(biāo)。

3)可維護(hù)的防排水系統(tǒng)

采用耐久性好、可靠性高的防排水材料，提高防排水系統(tǒng)的使用功能，關(guān)鍵部位發(fā)生損壞或防排水功能不能滿足使用要求時(shí)，可以進(jìn)行維護(hù)、檢修或更換，恢復(fù)其應(yīng)有的使用功能，滿足隧道設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的防排水作用?？删S護(hù)的防排水系統(tǒng)主要包括新型防水層系統(tǒng)、施工縫或變形縫防水系統(tǒng)、襯砌背后和隧道底部的可維護(hù)排水系統(tǒng)以及洞內(nèi)合理的排水溝形式等。

4)可靠的保溫措施

保溫段尤其是出水口要做好保溫措施，避免局部?jī)鼋Y(jié)延伸，造成大的病害。保溫水溝應(yīng)該注意:須做好防寒材料的防潮處理，因防寒材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨濕度的增加而增大;底部也須設(shè)防寒層，以確保保溫水溝不致凍結(jié);在構(gòu)造上應(yīng)能最大限度地減弱水溝內(nèi)的空氣對(duì)流作用，以減少由于對(duì)流而產(chǎn)生的熱損失;加強(qiáng)檢查，及時(shí)更換失效保溫材料。

5)加強(qiáng)排水系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修，確保排水暢通

加強(qiáng)隧道防排水設(shè)施的養(yǎng)護(hù)維修，及時(shí)疏通堵塞的排水盲管和排水溝，對(duì)已經(jīng)發(fā)生滲漏水跡象的部位，采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2009］209號(hào) 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10003—2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10119—2000 鐵路隧道防排水技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2000.

［4］崔凌秋，呂康成，王潮海，等.寒冷地區(qū)隧道滲漏與凍害綜合防治技術(shù)探討［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2005(5):45-48.

［5］趙楠，劉沖宇，伍毅敏，等.寒區(qū)隧道凍害防治技術(shù)研究進(jìn)展［J］.北方交通，2010(9):66-68.

［6］陳建勛.隧道凍害防治技術(shù)的研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2004.