嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水病害成因分析及施工措施

呂志強(qiáng)

1 引言

大部分隧道工程出現(xiàn)滲水、排水不暢的原因是由于防排水工程的施工質(zhì)量并不符合要求，隧道滲水就表示防排水措施局部失效，未能有效的進(jìn)行地引排。隧道滲水不是僅防排水工程施工問(wèn)題，更是管理上出現(xiàn)了漏洞，因此要想解決隧道的防排水問(wèn)題，就必須要堅(jiān)持預(yù)防為主、整治為輔的的原則，重視工程的施工工藝和質(zhì)量控制，就能起到事半功倍的效果，有效的控制隧道防排水病害現(xiàn)象。

2 工程案例分析

都貴德勒隧道為單線鐵路隧道，全長(zhǎng)4800m，進(jìn)口里程DK9+350，出口里程DK14+150。隧道從進(jìn)口至DK13+950.33位于直線上，其他位于R=1200m的曲線上。隧道從進(jìn)口至DK13+850位于-4.5‰的下坡，從DK13+850至隧道出口位于-4‰的下坡。隧道區(qū)地下水類型主要有孔隙潛水、基巖裂隙水及賦存與不整合接觸帶中的構(gòu)造裂隙水?？紫稘撍饕植荚谒淼肋M(jìn)出口端，水位受季節(jié)降水影響明顯；基巖裂隙水分布較廣，以淺部為主，含于基巖風(fēng)化帶、風(fēng)化裂隙及構(gòu)造節(jié)理裂隙中，水位和水量受季節(jié)降雨量影響明顯；構(gòu)造裂隙水沿不整合接觸帶呈帶狀分布。

3 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。隧道防水等級(jí)為一級(jí)，混凝土抗?jié)B等級(jí)為P10；隧道拱墻初期支護(hù)和二次襯砌之間防水采用ECB防水板，防水板厚度不小于1.5mm，無(wú)紡布密度為350g/m；防水板和土工布設(shè)置到軌面以下80cm，仰拱不設(shè)置防水板。

二次襯砌施工縫按8m/1道，縱向施工縫防水采用混凝土界面劑加中埋式橡膠止水帶兩道防水措施，環(huán)向施工縫采用中埋式橡膠止水帶加背貼式止水帶防水。變形縫防水采用中埋式鋼邊橡膠止水帶、背貼止水帶和嵌縫膠止水。

隧道進(jìn)拱墻二次襯砌和初期支護(hù)之間環(huán)向設(shè)置φ50深埋保溫盲溝，每10m設(shè)置一道，可根據(jù)局部水量調(diào)整環(huán)向保溫盲溝的間距，邊墻墻腳處縱向設(shè)置φ80盲溝，要求環(huán)向、縱向盲溝保持連通。隧道進(jìn)出口段環(huán)、縱向盲溝采用5cm厚聚氨酯保溫層覆蓋，保溫層幅寬2m。

4 病害成因分析

根據(jù)設(shè)計(jì)資料顯示，隧址最冷月平均最低氣溫為-19.2℃，土壤最大凍結(jié)深度2.12m，設(shè)計(jì)在出口端800m采用中心深埋水溝，并在洞口500m范圍內(nèi)采用保溫水溝，理論上應(yīng)該可以防止凍害的發(fā)生。針對(duì)隧道發(fā)生的水溝及道床內(nèi)結(jié)冰現(xiàn)象，經(jīng)分析，主要有以下幾方面原因：

4.1 極端氣候條件

由于隧道所處地區(qū)溫度較低，加之隧道處于丘陵地帶，遠(yuǎn)離城區(qū)，氣候更為惡劣，隧址區(qū)域溫度應(yīng)更低。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際環(huán)境，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)期大風(fēng)天氣，且主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向與隧道走向夾角較小，洞內(nèi)外空氣對(duì)流頻繁，降溫快、易形成連續(xù)低溫，有助于凍害的產(chǎn)生與發(fā)展。

雖然該隧道依據(jù)最冷月平均最低氣溫與土壤最大凍結(jié)深度設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)保溫措施符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但在持續(xù)極端低溫、冬季主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向及風(fēng)速等氣象因素的影響下，凍害的產(chǎn)生仍不可避免。

4.2 地下水的影響

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行除冰后水溝內(nèi)流水正常，但流量較小，并且溝底局部淤泥。據(jù)此可以認(rèn)為，在冬季嚴(yán)寒條件下，由于水溝內(nèi)流量較小，流速較慢，加之泥沙淤堵未及時(shí)清理，水流更加緩慢逐漸凍結(jié)，由水面至整個(gè)斷面全部?jī)鰧?shí)形成排水阻梗，其后由無(wú)壓有序排水變?yōu)橛袎簾o(wú)序排水，水溝水繼續(xù)累積并溢出。在保溫水溝段由于中心水溝的作用，小里程地下水經(jīng)由中心水溝而未由側(cè)溝排出，出口端地下水水量較小，故僅發(fā)生局部水溝保溫層及蓋板上部結(jié)冰而未至道床。

4.3 深埋中心水溝部分失效

隧道由DK13+350m處至出口設(shè)置有深埋中心水溝，在DK13+350m處設(shè)置橫過(guò)管將兩側(cè)水溝內(nèi)的水流引至中心水溝排出?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，中心水溝出口處有水排出，說(shuō)明中心溝未凍結(jié)，仍發(fā)揮作用。凍害最嚴(yán)重的地段位于DK13+110-360里程位置，恰好位于中心水溝起始端，故分析認(rèn)為，由于氣候影響，該段仍具備發(fā)生凍害的條件，故在泥沙及施工遺留異物的阻塞下形成橫過(guò)管阻梗，水流來(lái)不及向中心水溝傾斜逐漸凍結(jié)，加之小里程方向來(lái)水量較大，逐漸溢出水溝進(jìn)入道床造成大面積冰害。

4.4 保溫措施不足

設(shè)計(jì)隧道側(cè)溝保溫長(zhǎng)度為500m，根據(jù)每年隧道內(nèi)凍結(jié)現(xiàn)象出現(xiàn)的里程及部位來(lái)看，原有保溫長(zhǎng)度及措施存在不能滿足隧道內(nèi)保溫需求的可能性極大，并在在極寒氣溫作用下，側(cè)溝內(nèi)水流流速逐漸變緩、凝結(jié)，最終發(fā)生凍結(jié)，并逐步向保溫側(cè)溝以外的側(cè)溝擴(kuò)散，凍結(jié)程度越來(lái)越嚴(yán)重，長(zhǎng)度沿側(cè)溝越來(lái)越長(zhǎng)，致使側(cè)溝凍脹，水流面逐漸提高，溢出側(cè)溝，使整個(gè)道床發(fā)生凍害。

5 嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水的病害整治措施

5.1 完善管理制度，強(qiáng)化施工過(guò)程

在嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水施工中，必須要對(duì)施工工序進(jìn)行嚴(yán)格的控制，應(yīng)該利用攝像、拍照等方式進(jìn)行記錄。同時(shí)在工程施工中，要完善施工管理制度，加強(qiáng)施工質(zhì)量的監(jiān)督管理工作，對(duì)每一道施工工序要進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，之后驗(yàn)收合格之后才能開展下一個(gè)工序的施工，加強(qiáng)整個(gè)隧道防排水工程的施工質(zhì)量，有效的降低隧道滲水現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)還要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，對(duì)隧道洞口處氣象要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得隧址氣象要素?cái)?shù)據(jù)；對(duì)隧道內(nèi)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供依據(jù)。

5.2 加強(qiáng)排水管或水溝疏通維護(hù)

隧道出口設(shè)置800m中心深埋水溝，中心深埋水溝區(qū)間段內(nèi)側(cè)溝底部每10m設(shè)置一個(gè)橫溝，將側(cè)溝水流匯入中心水溝內(nèi)；每30m設(shè)置一個(gè)深埋水溝檢查井，中心深埋水溝埋設(shè)深度按內(nèi)軌頂面以下3m設(shè)計(jì)。定期對(duì)側(cè)溝及中心深埋水溝進(jìn)行檢查清理，及時(shí)清理溝內(nèi)淤泥及其他雜物，保證排水通道暢通；注意水溝蓋板的密閉性與保溫性，可采用保溫型蓋板。

5.3 解決側(cè)溝凍脹結(jié)冰

在水溝內(nèi)加設(shè)電加熱板進(jìn)行輔助加熱，保證水溝內(nèi)溫度大于0℃，解決水溝結(jié)冰問(wèn)題。在隧道雙側(cè)水溝內(nèi)壁，敷設(shè)加熱電板，并通過(guò)溫度傳感器和融冰傳感器實(shí)現(xiàn)電加熱板的自動(dòng)啟?？刂?，當(dāng)水溝內(nèi)氣溫低于0℃時(shí)，由溫度傳感器傳輸信號(hào)到控制箱，啟動(dòng)加熱板。通過(guò)此措施，芒罕圖隧道側(cè)溝凍害問(wèn)題得到解決。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資力度的不斷加大，嚴(yán)寒地區(qū)隧道工程越來(lái)越常見，防排水系統(tǒng)作為該地區(qū)隧道工程的質(zhì)量控制關(guān)鍵，無(wú)論從設(shè)計(jì)、施工還是后期維護(hù)管理都應(yīng)不斷提升，確保隧道工程的正常運(yùn)營(yíng)，促進(jìn)我國(guó)交通事業(yè)快速發(fā)展。