大秦線隧道滲漏水病害原因分析及整治方案探討

張麗霞

摘 要：針對(duì)大同工務(wù)段大秦線管內(nèi)隧道滲漏水問(wèn)題，從運(yùn)營(yíng)、設(shè)計(jì)、施工以及養(yǎng)護(hù)等方面分析襯砌滲漏水產(chǎn)生的原因，綜合考慮大秦線西線的運(yùn)營(yíng)條件、隧道的施工特點(diǎn)和病害特征，優(yōu)先采用“排堵結(jié)合+結(jié)構(gòu)保溫+疏通排水溝+更換橡膠蓋板”的綜合整治方案。此方案可為同類隧道滲漏水病害整治工程提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道；滲漏水；排堵；保溫；疏通

大秦線自1988年建成通車以來(lái)，隨著運(yùn)量、列車密度的逐年增加以及列車編組和軸重的增加，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，給既有線路設(shè)備產(chǎn)生巨大影響，特別是對(duì)橋隧設(shè)備沖擊產(chǎn)生的病害日趨嚴(yán)重。每年的集中修投入大量的春人力、物力和財(cái)力，也相應(yīng)的解決了一定量的病害，但是，隧道滲漏水的問(wèn)題也是至今未能進(jìn)行徹底的解決。據(jù)統(tǒng)計(jì)全路出現(xiàn)滲漏水病害的隧道數(shù)量占運(yùn)營(yíng)隧道總數(shù)的80%以上。在冬季，寒區(qū)隧道的滲漏水病害轉(zhuǎn)化為襯砌掛冰，嚴(yán)重影響鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。為此，如何尋求科學(xué)、合理、行之有效的解決工法，是技術(shù)管理工作者絞盡腦汁尋求攻克的技術(shù)課題。

1 概況

大同工務(wù)段管內(nèi)大秦線共有隧道11座，其中：和尚坪、大團(tuán)尖、栗家灣2號(hào)、河南寺4座隧道拱部的滲漏水較為明顯。每到冬季，漏水處所形成大量冰塊和冰柱，對(duì)行車安全構(gòu)成威脅，為保證行車安全，大同工務(wù)段陽(yáng)原橋隧車間定期進(jìn)行除冰工作，工作量巨大，職工勞動(dòng)強(qiáng)度特別大。具體情況如表1。

表1 大同工務(wù)段隧道滲漏水統(tǒng)計(jì)2015

[隧名＼&全長(zhǎng)（m）＼&中心里程＼&區(qū)間＼&圍巖材質(zhì)＼&滲漏水位置＼&和尚坪＼&2994＼&143.402＼&化稍營(yíng)—王家灣＼&片麻巖、白云巖＼&空車線k142+515、k142+730、 k142+755＼&大團(tuán)尖＼&3333＼&146.716＼&化稍營(yíng)—王家灣＼&白云巖＼&空車線k145+620和k142+630、重車線145+880-890＼&栗家二號(hào)＼&1568＼&150.466＼&化稍營(yíng)—王家灣＼&白云巖＼&空車線k151+015、k151+023、k151+027、k151+032、k151+034、k151+035、k151+039、k151+041＼&河南寺＼&3283.5＼&164.255＼&王家灣—涿鹿＼&白云巖＼&空車線k165+384-387＼&]

以上4座隧道圍巖均未白云巖地質(zhì)，而且滲漏水特征相近，都是襯砌的環(huán)向施工縫或變形縫開裂滲漏。同時(shí)，由于水的存在，煤粉塵大量污染，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致滲漏水周邊混凝土腐蝕、剝落。

2 滲漏水原因分析

隧道出現(xiàn)滲漏水病害的原因較多，有時(shí)不是由單方面因素造成。以下從設(shè)計(jì)角度、施工角度和日常維護(hù)方面進(jìn)行分析。

2.1 設(shè)計(jì)方面

因設(shè)計(jì)不足造成隧道滲漏水病害，主要包括以下幾點(diǎn)：①在山體破碎帶或斷裂帶處進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)時(shí)，未進(jìn)行排水優(yōu)化處理，使地表水大量補(bǔ)給地下，造成隧道漏水。②對(duì)不穩(wěn)定的地基區(qū)段進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，未考慮不均勻沉降的影響，造成襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縫隙，從而產(chǎn)生滲漏水。③富水地段襯砌結(jié)構(gòu)的承載力設(shè)計(jì)不足，不足以抵抗圍巖壓力而產(chǎn)生裂縫，繼而引發(fā)滲漏水。④隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善。

2.2 施工方面

施工質(zhì)量是導(dǎo)致發(fā)生滲漏水的主要原因，主要包括以下幾點(diǎn)：①混凝土強(qiáng)度及厚度未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，特別是在水壓較大處，往往容易出現(xiàn)裂縫，引發(fā)滲漏水現(xiàn)象。②施工過(guò)程中混凝土搗固不密實(shí)，在混凝土內(nèi)部形成開放性的毛細(xì)管路。③混凝土中混有雜物，導(dǎo)致混凝土內(nèi)形成縫隙或孔洞。④混凝土澆筑面處澆筑不嚴(yán)密，或者在施工縫或沉降縫位置防水處理不到位。

2.3 日常維護(hù)方面

大秦線是國(guó)內(nèi)重要的運(yùn)煤專線，軸重大、運(yùn)輸任務(wù)繁重。隧道內(nèi)襯砌在長(zhǎng)時(shí)間煤粉、潮氣、滲漏水、冷凝水相互反復(fù)作用，混凝土表面風(fēng)化、碳化較嚴(yán)重，導(dǎo)致混凝土塊產(chǎn)生剝落。在日常維護(hù)中對(duì)此重視不夠，缺乏有效應(yīng)對(duì)措施。特別是對(duì)變形縫和施工縫部位的弱酸環(huán)境腐蝕問(wèn)題重視不足，導(dǎo)致隧道滲漏水病害疏于防治。

3 整治方案

隧道內(nèi)有漏水時(shí)，應(yīng)查明水源、漏水位置及漏水量大小，遵 循“防、截、排、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則進(jìn)行整治，達(dá)到防水可靠，經(jīng)濟(jì)合理。整治隧道襯砌漏水，宜采取“拱堵邊排”方案，整治的部位均應(yīng)設(shè)置臨時(shí)堵漏、柔性防水、剛性防水等防水層，以防止堵水材料收縮而滲漏。視漏水部位和漏水量，可選用施工縫、伸縮縫、沉降縫滲漏嵌填彈性防水橡膠條、橡膠止水 帶等措施。針對(duì)大秦線隧道滲漏水情況，主要探索采取以下三種整治方案。

3.1 膠凝材料整治方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)原理：

通常裂縫中有水的存在。在有明水條件下，膠凝材料做到與混凝土良好地粘結(jié)非常困難。所以必須先使用能快速與水反應(yīng)，生成泡棉的材料，把裂縫中的明水祛除掉，從而使有明水的裂縫就變成了潮濕裂縫，膠凝材料與潮濕的混凝土基面粘結(jié)就變得容易。為了只讓無(wú)收縮特性的膠凝材料滯留在混凝土中，必須把具備祛水作用的泡棉從裂縫中擠出。最終目的是把整體裂縫面通過(guò)無(wú)收縮的膠凝材料重新粘結(jié)。具體步驟如下：

第一步，用泡棉類注漿液，通過(guò)產(chǎn)生泡棉，將裂縫中的水分祛除。

第二步，用凝膠類注漿液把用于祛除水分的泡棉從裂縫中擠出，膠凝材料滯留在裂縫中。

實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)步驟的困難在于，通常不知道裂縫內(nèi)部的水源情況，不好估計(jì)注入多少泡棉材料才能把裂縫中的水全部地反應(yīng)掉。所以，使用具有“智能”特性的注入材料“固斯特2IN1注漿產(chǎn)品”，只要有水，就能發(fā)揮泡棉反應(yīng)；水被完全反應(yīng)掉了，就產(chǎn)生凝膠作用。

3.2 “堵、導(dǎo)、融和排”綜合整治方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)原理：

通過(guò)截堵與疏導(dǎo)相結(jié)合的原則，制定出“堵、導(dǎo)、融和排”綜合整治方案。具體步驟如下：

第一步，對(duì)無(wú)滲漏水裂縫及單個(gè)細(xì)小漏水裂縫，可開30～50mm寬、50～70mm深的U型槽，采用防水堵漏劑進(jìn)行封堵。

第二步，對(duì)拱部及邊墻滲漏水裂縫，可在邊墻和拱部開設(shè)排水暗槽，開槽部位應(yīng)在機(jī)車車輛限界以外。

第三步，對(duì)于拱部及邊墻連續(xù)滲漏區(qū)段的整治：首先對(duì)拱部進(jìn)行壓漿處理，然后觀察滲漏點(diǎn)，設(shè)置集水鉆孔，在邊墻和拱部開排水暗槽，處理方式比照拱部及邊墻滲漏水裂縫的整治。

3.3 “排堵結(jié)合+結(jié)構(gòu)保溫+疏通排水溝+更換橡膠蓋板”的綜合整治方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)原理：

針對(duì)大秦線隧道運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，為了不影響行車，在方案設(shè)計(jì)中，綜合考慮施工環(huán)境、天窗實(shí)際等因素。拱頂和拱腰滲漏水進(jìn)行排堵結(jié)合，局部滲漏水以堵為主，環(huán)向施工縫漏水以排為主，邊墻漏水以排為主，同時(shí)洞口結(jié)冰區(qū)段要兼顧保溫。為了防止水溝內(nèi)的流水堵塞、結(jié)冰引起排水不暢，采用進(jìn)行疏通水溝，結(jié)合使用密封性和保溫性能更好的橡膠蓋板取代現(xiàn)有的混凝土蓋板。具體步驟如下：

第一步，堵水

適用范圍：局部滲漏水（點(diǎn)滲、小型縱、斜向裂縫等滲漏水）。

堵水工藝：“高壓灌注高分子遇水膨脹聚氨酯材料”。

基本原理：高分子聚氨酯材料遇水膨脹，起到堵水的作用，襯砌背后空洞填充的目的在于防止空洞積水，冬季結(jié)冰膨脹造成襯砌破壞。

第二步，“排水+保溫”

適用范圍：環(huán)向施工縫、變形縫等滲漏水。

“排水+保溫”工藝：拱頂、拱腰表面引排+邊墻鑿槽引排+電伴熱保溫。

基本原理：通過(guò)設(shè)置排水半管將水引入排水槽，通過(guò)排水盲管排入水溝。同時(shí)為了防止冬季排水盲管結(jié)冰失效，采用電伴熱進(jìn)行排水盲管保溫。

第三步，“底部疏通水溝+更換保溫橡膠蓋板”

大秦線和尚坪、大團(tuán)尖、栗家灣2號(hào)、河南寺等長(zhǎng)大隧道排水溝混凝土蓋板破損嚴(yán)重，煤灰進(jìn)入水溝造成淤積，排水功能基本喪失。往年整治漏水，上部引排下的流水進(jìn)入排水溝內(nèi)的水無(wú)法正常排出，導(dǎo)致整體整治效果不佳。因此宜采取“疏通水溝+更換保溫橡膠蓋板”的改進(jìn)方案。

4 最優(yōu)方案的確定及其施工工序

4.1 方案設(shè)計(jì)比選

①膠凝材料整治方案的主要特點(diǎn)是，把整體裂縫面通過(guò)無(wú)收縮的膠凝材料重新粘結(jié)起來(lái)，但是治標(biāo)不治本，無(wú)法從根本上解決隧道滲漏水病害。

②“堵、導(dǎo)、融和排”綜合整治方案的主要特點(diǎn)是，隧道注漿，邊墻暗管排水，但是需要長(zhǎng)時(shí)間封鎖線路，整治工期長(zhǎng)。

③“排堵結(jié)合+結(jié)構(gòu)保溫+疏通排水溝+更換橡膠蓋板”綜合整治方案的主要特點(diǎn)是，拱頂和拱腰的滲漏水排堵結(jié)合，局部滲漏水以堵為主，環(huán)向施工縫漏水以排為主，邊墻漏水以排為主，同時(shí)洞口結(jié)冰區(qū)段要兼顧保溫。

通過(guò)上述比較，考慮大秦線隧道天窗時(shí)間短、運(yùn)輸任務(wù)重、施工要求高、煤塵污染嚴(yán)重等特點(diǎn)，采用“排堵結(jié)合+結(jié)構(gòu)保溫+疏通排水溝+更換橡膠蓋板”綜合整治方案，相比其它兩種方案更適合于大秦線隧道襯砌滲漏水病害整治。因此，確定該方案為最優(yōu)方案。

4.2 施工步驟

4.2.1 堵水施工

第一步：清理裂縫。把裂縫兩邊各寬10cm范圍內(nèi)襯砌表面沖刷干凈。

第二步：布置注膠咀。在裂縫兩邊3cm～5cm處傾斜45°鉆孔布置注膠咀，注膠咀不要求打穿二次襯砌，孔距25cm～50cm為宜。由于一般結(jié)構(gòu)裂縫屬不規(guī)則形狀，特別注意鉆孔時(shí)須與裂縫交叉，這樣注射效果更好。

第三步：灌注材料。注膠咀設(shè)置完成后，用高壓灌注機(jī)注入高分子聚氨酯遇水膨脹材料，灌注至裂縫表面滲出材料為止。

第四步：補(bǔ)膠。若部分點(diǎn)仍然存在滲水情況，則再次進(jìn)行補(bǔ)注。

第五步：表面修復(fù)。灌注完成后，即可去切斷注膠咀，清理裂縫表面污漬，涂刷聚合物改性水泥基防水砂漿。

4.2.2 “排水+保溫”施工

①鑿槽。采用切割機(jī)沿環(huán)向裂縫走向切割成內(nèi)寬外窄的倒梯形槽體結(jié)構(gòu)，槽體深度10cm，內(nèi)寬12cm，外寬10cm。

②鉆設(shè)引水孔。槽內(nèi)根據(jù)滲漏水的嚴(yán)重程度斜向上45度鉆φ30引水孔，深度2m。

③設(shè)置亂絲盲管。引水孔內(nèi)插入φ30亂絲盲管，外包土工布，起到過(guò)濾作用，防止細(xì)顆粒流失。

④埋設(shè)排水盲管。排水槽內(nèi)埋設(shè)φ100半圓形排水管，管上均勻設(shè)置3條電伴熱帶，外側(cè)綁扎聚氨酯保溫材料一層，采用鋼卡與排水半管、電伴熱帶一塊固定于槽內(nèi)。其工作原理：管道保溫電伴熱系統(tǒng)由自控溫電伴熱帶以各種方式纏繞或平鋪于管道或罐體外部，外鋪設(shè)保溫材料，自控溫電伴熱帶一端與溫控器相連以準(zhǔn)確控制自控溫電伴熱帶的防凍運(yùn)行，當(dāng)溫度傳感器探測(cè)到管道溫度低于所設(shè)定的溫度時(shí)，溫控器即接通電源，自控溫電伴熱帶在經(jīng)濟(jì)合理的狀態(tài)下運(yùn)行并滿足介質(zhì)防凍防堵。

⑤槽體封堵。先采用快凝堵水材料填充排水半管及槽體周圍空間，厚度2cm，防止半管內(nèi)流水外滲。最后采用泡沫混凝土材料封堵填充槽體，起到保溫的作用。

⑥表面處理。在槽體外側(cè)涂刷滲透結(jié)晶型防水涂料。

對(duì)隧道拱頂和拱腰襯砌厚度嚴(yán)重不足段，可采用表面引排進(jìn)行襯砌滲漏水整治。其工序是：

第一步：清理裂縫。把裂縫兩邊寬各10cm范圍內(nèi)襯砌表面沖刷干凈，清除裂縫附近松動(dòng)混凝土。

第二步：布設(shè)排水半管：沿環(huán)向裂縫走向布設(shè)φ100半圓形排水管，管上均勻設(shè)置3條電伴熱帶，外側(cè)綁扎聚氨酯保溫材料1層，采用鋼卡與排水半管、電伴熱帶一塊固定于襯砌表面。

第三步：引排：拱頂表面排水半管與拱腰、邊墻排水盲管采用同一條排水管，通過(guò)拱腰、邊墻排水盲管將水引入排水溝。

4.2.3 “底部疏通水溝+更換保溫橡膠蓋板”施工

第一步：疏通水溝。疏通水溝內(nèi)淤泥、煤灰等雜物。

第二步：修補(bǔ)水溝。采用水泥砂漿修補(bǔ)水溝內(nèi)部破損嚴(yán)重區(qū)段。

第三步：更換水溝蓋板。采用新型保溫橡膠蓋板更換原有混凝土蓋板。橡膠蓋板密封性好，防止煤灰進(jìn)入水溝，其保溫性能可防止冬季水溝內(nèi)的水結(jié)冰，同時(shí)橡膠蓋板還具有耐久性強(qiáng)，安裝拆卸方便等功能。

4.3 整治效果

采用“排堵結(jié)合+結(jié)構(gòu)保溫+疏通排水溝+更換橡膠蓋板”綜合整治方案，利用天窗對(duì)大秦線隧道滲漏水病害進(jìn)行了整治，取得良好的整治效果。整治封堵后，漏水點(diǎn)的滲漏水都匯聚于排水管，沿引水管引流到水溝流出。啟動(dòng)電伴熱帶供電后，低溫下引水管內(nèi)的漏水不再結(jié)冰。水溝保溫蓋板的更換確保了水溝內(nèi)的積水及隧道拱部邊墻不再結(jié)冰。通過(guò)整治隧道漏水，有效地改善了隧道功能，保障了列車運(yùn)行安全，改善了洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境。但在施工整治過(guò)程中，施工工藝較為繁瑣，需在類似病害整治過(guò)程中進(jìn)一步進(jìn)行精煉、優(yōu)化完善。

參考文獻(xiàn)：

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