山嶺鐵路隧道滲漏水防治思路及策略

陳立保

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430063）

1 引言

山嶺鐵路隧道多采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)，二次襯砌采用模筑混凝土，初期支護(hù)和二次襯砌之間設(shè)置防水板。二次襯砌作為防水主體，防水板后設(shè)置環(huán)向排水盲管或者排水板，在隧道拱腳設(shè)置縱向排水盲管，盲管與隧道內(nèi)排水溝直接連接［1-3］。

滲漏水是隧道運(yùn)營(yíng)期間常見(jiàn)病害，多發(fā)生在施工縫、變形縫位置。滲漏水發(fā)生的原因是多方面的，與施工質(zhì)量水平、防排水設(shè)計(jì)都有一定關(guān)系。因此有必要結(jié)合工程實(shí)踐，梳理目前防排水存在的問(wèn)題，查找原因，提出有針對(duì)性的防治措施。

2 水壓力處理

只要排水盲管暢通，理論上二次襯砌不承擔(dān)水壓力。但在一些隧道病害整治的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)隧道仰拱部位呈現(xiàn)噴射狀水柱，在隧道的拱部施工縫位置出現(xiàn)股狀有壓出水，說(shuō)明隧道二次襯砌承擔(dān)水壓。

二次襯砌作為防水主體，其外設(shè)置有防水層，因此水壓力由二次襯砌承擔(dān)。但在設(shè)置排水盲管的情況下，隧道考慮水壓力的大小目前設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有規(guī)定［4-5］。

鐵路隧道環(huán)向盲管縱向間距8～10 m且直接與側(cè)墻水溝直接連通，邊墻的縱向盲管也直接與側(cè)向水溝連通。側(cè)墻水溝被堵或者環(huán)向盲管排水不暢，可沿隧道縱向外溢至相鄰排水盲管，但在被堵的部位形成局部水壓。局部水頭的大小與局部出水順暢程度有關(guān)，水頭大小參照公路設(shè)計(jì)規(guī)范可按5～10 m考慮［6-7］。

按照目前高速鐵路內(nèi)凈空100 m2進(jìn)行檢算，襯砌Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用35 cm厚素混凝土、Ⅳ級(jí)圍巖采用40 cm厚素混凝土、Ⅴ級(jí)圍巖采用40 cm厚鋼筋混凝土，按墻腳部位是否承擔(dān)10 m水壓力，反算承受?chē)鷰r壓力的能力，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 二次襯砌承載能力

可以看出，一定的水壓力對(duì)于提高二次襯砌的承載能力是有利的，這是因?yàn)樗畨毫κ菑较驂毫?，提高了隧道軸向壓力從而二次襯砌的承載能力也得以提高，這也解釋了隧道內(nèi)出現(xiàn)有壓噴水病害但隧道結(jié)構(gòu)安全的現(xiàn)象。

雖然一定的水壓力不會(huì)導(dǎo)致二次襯砌承載能力降低，但排水不暢易導(dǎo)致仰拱翻漿冒泥、變形縫滲漏水等病害，應(yīng)從設(shè)計(jì)源頭思考應(yīng)對(duì)策略。

3 排水系統(tǒng)及優(yōu)化

隧道二次襯砌存在局部水壓，根源在于排水不暢，首先核查隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.1 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)意圖

目前鐵路雙線(xiàn)隧道排水系統(tǒng)采用雙側(cè)溝＋中心排水溝布置形式。襯砌背后積水通過(guò)環(huán)向排水管（板）和縱向排水管匯集后引入側(cè)溝，富水?dāng)鄬拥囟渭用墉h(huán)向排水盲管間距。通過(guò)橫向排水管將側(cè)溝水引入中心水溝，由中心水溝排出洞外。側(cè)溝主要用于匯集地下水，同時(shí)起沉淀作用，中心水溝起主要排水作用。

環(huán)向盲管一般采用φ50 mm盲管，縱向間距8～10 m，地下水發(fā)育地段加密；縱向盲管一般采用φ110 mm透水盲管，直接與側(cè)溝相連。橫向排水管直接連通側(cè)溝與中心水溝，局部存在彎頭。

從排水布局來(lái)看，兩側(cè)水溝和中心水溝都可以排水，以中心水溝排水為主，兩側(cè)水溝只有水量大于橫向排水盲管排水能力時(shí)排水。這樣運(yùn)營(yíng)期間兩側(cè)水溝基本處于無(wú)水狀態(tài)，從而避免了兩側(cè)水溝因?yàn)檫^(guò)水面高于軌道層從而使兩側(cè)水溝的水從溝槽縫隙流出導(dǎo)致道床泡水。

3.2 目前排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題

（1）橫向排水管因存在多處彎頭難以疏通，且在彎頭處易產(chǎn)生泥沙堆積，疏通不暢易導(dǎo)致兩側(cè)水溝積水，不能發(fā)揮設(shè)計(jì)意圖。

（2）環(huán)、縱向盲管易出現(xiàn)噴射混凝土或者地下水鈣化堵塞，從而導(dǎo)致二次襯砌局部承壓。

（3）側(cè)溝只有30 cm寬，而環(huán)、縱向盲管出水口深約40 cm，疏通空間小，難以采用大型疏通設(shè)備。

3.3 縱向盲管尺寸合理性分析

縱向盲管的暢通是襯砌是否承擔(dān)水壓的關(guān)鍵，只要縱向盲管暢通，即使環(huán)向盲管堵塞，隧道外也無(wú)法形成積水。一般來(lái)說(shuō)，增加盲管尺寸，可以提高盲管的疏通便利程度，但隧道斷面限制了縱向盲管尺寸，若增大尺寸就需要增加隧道斷面從而擴(kuò)大成本，因此有必要分析目前縱向盲管尺寸的合理性。

目前一般采用φ110直徑的盲管，按照滿(mǎn)管無(wú)壓流、隧道內(nèi)最小縱坡3‰來(lái)測(cè)算，單根盲管獨(dú)頭過(guò)水能力為11～12 m3/h。一般隧道縱向盲管按照模板臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度分段，模板臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度10 m左右，對(duì)于正常噴錨完成之后的初期支護(hù)，一般只允許點(diǎn)滴狀出水。參照《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》［8］（GB/T 50218-2014），點(diǎn)滴狀出水標(biāo)準(zhǔn)為 25 L/min/10 m，即 10 m范圍內(nèi)出水量?jī)H1.5 m3/h，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)管徑允許的過(guò)水能力。因此對(duì)于隧道側(cè)墻排水來(lái)說(shuō)，目前的盲管尺寸是合理的，關(guān)鍵是排水系統(tǒng)的可維護(hù)性。

3.4 降壓井設(shè)置的必要性

由于盲管堵塞，部分高鐵項(xiàng)目在驗(yàn)收或者運(yùn)營(yíng)期間在隧道仰拱部位設(shè)置降壓井（孔）以避免發(fā)生仰拱上浮現(xiàn)象的發(fā)生。由于降壓井的存在，確實(shí)在一定程度上避免了無(wú)砟軌道仰拱填充上浮現(xiàn)象的發(fā)生，但是從施工完成后的情況來(lái)看，大部分降壓井都沒(méi)有出水或者出水很少。隨著時(shí)間推移，降壓井也出現(xiàn)淤積無(wú)法清理的現(xiàn)象，而個(gè)別的降壓井出水量較大，存在泥沙攜帶外出的問(wèn)題。

降水井（孔）管徑小且只能排出基巖裂隙水，除了臨時(shí)泄壓發(fā)揮作用，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)營(yíng)淤積后無(wú)法發(fā)揮作用，因此對(duì)于大部分地段沒(méi)有設(shè)置的必要性。正常情況下，只要縱橫向盲管系統(tǒng)不堵塞，仰拱填充就不會(huì)承擔(dān)水壓力。出于無(wú)砟軌道安全考慮，可以對(duì)于富水區(qū)域局部設(shè)置，這是因?yàn)橐话愕叵滤哂袝r(shí)節(jié)性，少數(shù)時(shí)間存在地下水下滲不及而引起局部水壓，仰拱部位泄壓井可以增加安全儲(chǔ)備，從源頭上減少無(wú)砟軌道上浮的風(fēng)險(xiǎn)。

總體上說(shuō)，對(duì)于富水地段，可以設(shè)置泄壓井，但泄壓井應(yīng)具有可維護(hù)性。

3.5 溝槽系統(tǒng)優(yōu)化

側(cè)溝在盲管部位增設(shè)檢查空間，提高環(huán)縱向盲管的可維護(hù)性。

加大擋砟墻側(cè)縱向排水管尺寸，改為明排水溝，則軌道兩側(cè)均存在排水溝，通過(guò)設(shè)置橫向排水溝，從設(shè)計(jì)源頭上避免無(wú)砟軌道積水。

增設(shè)擋渣墻側(cè)溝還有一個(gè)好處就是將橫向排水管改為兩節(jié)，橫向盲管可以利用擋渣墻與無(wú)砟軌道之間的空間及中心溝對(duì)橫向盲管進(jìn)行維護(hù)。另外，溝槽系統(tǒng)原則上采用中心蓋板溝，避免采用難以疏通的中心管溝。

3.6 環(huán)縱向盲管系統(tǒng)優(yōu)化

目前，鐵路系統(tǒng)有采用環(huán)向排水板代替環(huán)向盲管的趨勢(shì)，排水板基本上解決了環(huán)向排水盲管易堵塞的問(wèn)題，但排水板存在無(wú)法維護(hù)的問(wèn)題。因此環(huán)向盲管與環(huán)向排水板應(yīng)結(jié)合使用。

縱向盲管本身應(yīng)提高可維護(hù)性，應(yīng)采用大鈍角接頭直接與隧道側(cè)溝連通。對(duì)于側(cè)溝部位，應(yīng)提供疏通空間，避免側(cè)溝部位無(wú)法疏通。對(duì)于地下水富水地段，還可增設(shè)檢查井以提供維修空間。

對(duì)于隧道初期支護(hù)的滲漏水量，設(shè)計(jì)應(yīng)從源頭上進(jìn)行控制。對(duì)于涌水采用引排方式地段，應(yīng)對(duì)引排段的可維護(hù)性提出具體設(shè)計(jì)，原則上應(yīng)設(shè)置檢查井。

3.7 排水系統(tǒng)小結(jié)

綜合分析來(lái)看，目前排水系統(tǒng)布置整體合理，但應(yīng)提高排水系統(tǒng)的可維護(hù)性。解決問(wèn)題方式：（1）增設(shè)擋渣墻側(cè)水溝，取消橫向排水管彎頭，改為可以直接疏通維護(hù)；（2）增加縱向盲管側(cè)溝的可維護(hù)空間，必要時(shí)增加縱向盲管檢查井。對(duì)于富水地段可以在仰拱部位增設(shè)泄壓井，以確保無(wú)砟軌道安全［10］。

4 施工縫、變形縫止水及優(yōu)化措施

4.1 設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

施工縫及變形縫是隧道防排水的薄弱環(huán)節(jié)，施工縫分為環(huán)向及縱向兩種。不管是變形縫還是施工縫均采用多道設(shè)防、以堵為主的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。鐵路隧道一般要求達(dá)到一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》［9］規(guī)定，防水一級(jí)的暗挖襯砌結(jié)構(gòu)施工縫和變形縫應(yīng)設(shè)置1～2種止水措施。

目前鐵路隧道設(shè)計(jì)正洞主體結(jié)構(gòu)襯砌均采用了兩種及以上的止水措施。一般環(huán)向設(shè)置背貼式止水帶＋中埋式止水帶；縱向施工縫設(shè)置鋼板止水帶＋遇水膨脹止水帶。

4.2 存在問(wèn)題及原因分析

從實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，發(fā)生的病害未從施工縫或者變形縫位置出現(xiàn)滲漏水，而從襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水的情況相對(duì)較少。出現(xiàn)滲漏水常見(jiàn)止水帶位置不正確、脫落或者破損，甚至出現(xiàn)部分止水帶變位至襯砌內(nèi)緣導(dǎo)致二次襯砌局部形成貼皮，在列車(chē)活塞風(fēng)反復(fù)作用下形成掉塊，危及列車(chē)行車(chē)安全。

止水帶等錯(cuò)位的根源在于防水是隱蔽工程，止水帶等措施不能一次到位（襯砌分幅施工），模筑襯砌過(guò)程中需要振搗，可引起止水帶等的變位。

4.3 優(yōu)化措施

止水措施引起的滲漏水病害，除施工質(zhì)量控制原因之外，設(shè)計(jì)也存在對(duì)于防水等隱蔽工程重視不足的問(wèn)題，建議從以下方面提高變形縫施工的便利性：

（1）盡可能減少止水措施，止水措施不是越多越好，只要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求即可。

（2）對(duì)于素混凝土地段，避免采用施工期間易變位的止水措施，對(duì)于必須設(shè)置的止水措施，應(yīng)設(shè)置構(gòu)造固定措施。

（3）鋼筋混凝土地段應(yīng)重視鋼筋穩(wěn)固，推廣鋼筋網(wǎng)架模塊化、工廠化，避免現(xiàn)場(chǎng)綁扎位置難以控制的缺點(diǎn)。止水措施應(yīng)有效固定，可適當(dāng)增設(shè)固定鋼筋。

（4）施工縫和變形縫止水措施均存在不易維護(hù)的特點(diǎn)。在富水地段，應(yīng)推廣采用可維護(hù)注漿管等注漿措施，為運(yùn)營(yíng)堵漏提供儲(chǔ)備措施［11-12］。

5 工廠預(yù)制化施工

山嶺礦山法隧道滲漏水根源在于施工質(zhì)量難以控制。盾構(gòu)、沉管隧道等預(yù)制結(jié)構(gòu)隧道滲漏水情況相對(duì)來(lái)說(shuō)要少，工廠預(yù)制化是重要的一個(gè)原因。

對(duì)于小體量的預(yù)制構(gòu)件來(lái)說(shuō)，單位體積的成本要高于現(xiàn)澆構(gòu)件，但對(duì)于長(zhǎng)大鐵路干線(xiàn)，工廠預(yù)制化有利于成本控制，類(lèi)似于鐵路橋梁工程中的預(yù)制梁與現(xiàn)澆梁的差別。目前隧道結(jié)構(gòu)存在襯砌種類(lèi)偏多的缺點(diǎn)，因此，應(yīng)推廣工廠預(yù)制化，同時(shí)減少襯砌種類(lèi)。

對(duì)于短期內(nèi)難以整體推廣工廠預(yù)制化的隧道，可以考慮推廣鋼筋網(wǎng)架、排水溝槽等附屬構(gòu)件的工廠預(yù)制化。

6 結(jié)論及建議

山嶺隧道復(fù)合式襯砌滲漏水為常見(jiàn)病害，也是影響鐵路安全運(yùn)營(yíng)的重要原因之一，除施工質(zhì)量本身的原因外，防排水設(shè)計(jì)本身也存在優(yōu)化的空間。本文對(duì)既有隧道防排水設(shè)計(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析及總結(jié)，得出一些有益結(jié)論，可以供后續(xù)隧道設(shè)計(jì)借鑒參考。

（1）目前隧道防排水設(shè)計(jì)整體上是合理的，但設(shè)計(jì)對(duì)于可維護(hù)性考慮不周，應(yīng)從設(shè)計(jì)源頭優(yōu)化隧道排水系統(tǒng)，減少滲漏水病害。

（2）山嶺鐵路隧道存在的一定水壓對(duì)于襯砌結(jié)構(gòu)無(wú)安全隱患，滲漏水防治是關(guān)鍵。

（3）排水系統(tǒng)應(yīng)提高可維護(hù)性，建議增設(shè)擋渣墻側(cè)水溝，縱、環(huán)、橫向排水管應(yīng)增設(shè)可維護(hù)空間，必要時(shí)可以設(shè)檢查井。

（4）施工縫、變形縫止水措施不是越多越好，止水措施應(yīng)采取有效的固定措施。

（5）泄壓井設(shè)置不是必須的，對(duì)于富水地段，可以增設(shè)可維護(hù)泄壓井，以提高無(wú)砟軌道安全性。

（6）應(yīng)適當(dāng)減少襯砌結(jié)構(gòu)種類(lèi)，推廣襯砌結(jié)構(gòu)的工廠預(yù)制化，近期可考慮推廣溝槽等附屬結(jié)構(gòu)的預(yù)制。