成貴鐵路隧道滲漏水缺陷整治技術(shù)

華 科

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

滲漏水是隧道內(nèi)常見(jiàn)的一種病害，其原因主要有地下水壓、施工工藝、施工質(zhì)量、維修養(yǎng)護(hù)等。襯砌滲水會(huì)導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)劣化，影響襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性及使用壽命；在列車(chē)動(dòng)荷載的長(zhǎng)期作用下，隧道拱部下滴至軌道板的滲水及襯砌仰拱下部上逸的滲水會(huì)導(dǎo)致軌道板翻漿冒泥，影響行車(chē)安全；襯砌拱部的線、股狀水會(huì)導(dǎo)致接觸網(wǎng)短路，直接造成列車(chē)停運(yùn)等安全事故。因此，整治滲漏水缺陷是確保運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵。針對(duì)隧道滲漏水問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者做了一些研究，崔俊濤[1]對(duì)黔張常鐵路禾家村隧道滲漏水的原因、現(xiàn)場(chǎng)整治措施進(jìn)行了介紹；胡學(xué)志[2]從隧道滲漏水角度出發(fā)，先論述了隧道防滲漏水的準(zhǔn)備工作及檢測(cè)方法，然后通過(guò)分析隧道滲漏水成因，進(jìn)一步探討了隧道滲漏水處理技術(shù)；陳夕童[3]主要針對(duì)隧道滲漏水病害的滲漏水源頭、滲漏水原因及整治辦法進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明；李正耀[4]結(jié)合焦柳鐵路中段的石門(mén)北至懷化鐵路，對(duì)既有線隧道防滲工程施工進(jìn)行了分析，提出了合理的隧道防滲漏辦法，并詳細(xì)說(shuō)明了施工工藝。楊延勇[5]分析了成貴鐵路黃陵坡隧道仰拱滲漏水的原因，并結(jié)合病害整治施工實(shí)際，詳細(xì)介紹了整治方法、施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)；肖廣智[6]針對(duì)向莆鐵路4座隧道底部出現(xiàn)的道床積水、軌道隆起等病害，分析了病害產(chǎn)生的原因，通過(guò)對(duì)病害的探查，提出了“泄水降壓、底部加固、水流歸槽”為原則的整治技術(shù)方案。

綜上可知，目前的研究主要是對(duì)單個(gè)工程、單處病害(仰拱滲水)隧道滲漏水的整治介紹或?yàn)樗淼罎B漏水整治技術(shù)的要點(diǎn)綜述，而針對(duì)隧道襯砌多種滲漏水的綜合整治原則及相關(guān)處理措施的研究較少。本文對(duì)成貴鐵路出現(xiàn)的多種典型滲漏水整治進(jìn)行系統(tǒng)介紹，提出綜合整治原則及相對(duì)應(yīng)的處理措施，為鐵路隧道滲漏水整治提供成套整治技術(shù)。

1 滲漏水病害情況

成貴鐵路樂(lè)山至貴陽(yáng)段設(shè)計(jì)速度250 km/h，正線全長(zhǎng)515.02 km，沿線地形地質(zhì)條件極為復(fù)雜，巖溶、危巖落石、構(gòu)造破碎、有害氣體發(fā)育，被稱(chēng)為“世界第一條山區(qū)高速鐵路”。全線分布183座雙線隧道，總延長(zhǎng)達(dá)230.934 km，隧線比為45%，隧道設(shè)計(jì)及施工難度較大。

成貴鐵路于2013年12月開(kāi)工建設(shè)，2019年12月全線開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。在開(kāi)通運(yùn)營(yíng)前，開(kāi)展了全線隧道滲漏水排查及整治工作，發(fā)現(xiàn)的主要滲漏水情況有拱部滲漏、邊墻滲漏水、仰拱填充滲漏水等，如圖1所示。

圖1 成貴鐵路隧道滲漏水情況圖

(1)拱部滲漏水

興隆坪等隧道拱部出現(xiàn)點(diǎn)滲、面滲、縫滲等情況。滲水表面出現(xiàn)濕漬、潮濕等狀況，基本無(wú)線狀、股狀等滲水，拱部滲水處多伴隨有混凝土析出物。

(2)邊墻滲漏水

黃金灣等隧道邊墻出面滲、縫漏，滲水面呈潮濕狀，部分滲水點(diǎn)出現(xiàn)線狀流水。

(3)仰拱填充滲漏水

佛界山等隧道仰拱填充頂面出現(xiàn)滲水，主要表現(xiàn)為仰拱填充中線溝側(cè)頂面及靠側(cè)溝側(cè)有濕漬、積水等情況，個(gè)別隧道軌道板上出現(xiàn)濕漬。

總體而言，成貴鐵路隧道滲漏水主要分為拱部、邊墻和仰拱填充滲漏水3種情況，部分隧道還存在洞室滲水、側(cè)溝壁開(kāi)裂滲水等情況。本文主要針對(duì)3種典型滲漏水情況進(jìn)行原因分析和整治技術(shù)介紹。

2 滲漏水原因分析

通過(guò)對(duì)隧道滲漏水工點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)踏勘，再結(jié)合第三方無(wú)損檢測(cè)、鉆孔取芯驗(yàn)證等資料，得出滲漏水原因主要有以下幾方面：

(1)拱部襯砌滲漏水主要原因

①隧道位于地下水位線以下，拱部的防水層破損、搭接不到位，且二次襯砌自身存在不密實(shí)、開(kāi)裂等施工缺陷，導(dǎo)致地下水滲入隧道內(nèi)，形成面滲、點(diǎn)滲。

②施工縫、變形縫處止水帶錯(cuò)位導(dǎo)致防水系統(tǒng)失效，地下水沿失效的部位滲入隧道內(nèi)，形成點(diǎn)滲、線狀滲水等。

(2)邊墻滲漏水主要原因

①邊墻施工、變形縫防水材料錯(cuò)位等導(dǎo)致部分防水失效，在外部水壓作用下出現(xiàn)點(diǎn)狀、線狀滲水。

②邊墻下部縱、環(huán)向盲管結(jié)晶堵塞，導(dǎo)致排水不暢，加之襯砌存在內(nèi)部質(zhì)量缺陷，在外水壓力作用下滲出襯砌表面，形成面滲、線流等。

(3)仰拱填充頂面滲漏水主要原因

②在外水壓力作用下，地下水沿縱向施工縫防水失效部分進(jìn)入隧道內(nèi)，順側(cè)溝與二襯之間施工冷縫下滲至仰拱填充二次澆筑施工冷縫處；環(huán)向施工縫失效導(dǎo)致地下水順環(huán)向施工縫上逸至仰拱填充二次澆筑施工冷縫處，最終地下水順仰拱填充二次澆筑層施工縫或裂縫上逸至填充頂面，形成潮濕、積水。仰拱填充頂面滲水流向示意如圖2所示。

圖2 仰拱填充頂面滲水流向示意圖

③隧道側(cè)溝壁為薄殼結(jié)構(gòu)，施工中存在開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題，側(cè)溝內(nèi)水沿溝壁開(kāi)裂處下滲至仰拱填充頂面，形成仰拱填充頂面潮濕、積水等。

綜上所述，隧道拱部、邊墻、仰拱各部的滲漏水受地下水發(fā)育、水壓力、施工工藝、施工缺陷、維修養(yǎng)護(hù)等因素影響，主要是地質(zhì)、施工兩方面的原因。

3 隧道滲漏水整治技術(shù)

3.1 整治標(biāo)準(zhǔn)

隧道滲漏水整治標(biāo)準(zhǔn)為拱部基本不滲水、邊墻不滴水、安裝設(shè)備的孔眼不滲水、道床不積水。

3.2 整治原則

根據(jù)隧道不同區(qū)域的滲水情況及原因，提出“拱部注漿封堵、邊墻鉆孔引排、仰拱降水泄壓”的“分區(qū)治水”整治原則[7-9]。

3.3 整治措施

3.3.1 拱部滲漏水

對(duì)拱部滲漏水采取襯砌內(nèi)部注漿堵水措施，以達(dá)到拱部基本不滲水的目的。主要分為點(diǎn)漏、面漏及縫漏。

(1)點(diǎn)漏

洛馬的緊湊型核聚變反應(yīng)堆屬于開(kāi)端磁力線類(lèi)型，能較好解決這一問(wèn)題。如圖1所示，該堆由一個(gè)近似柱形的反應(yīng)堆外殼、內(nèi)部超導(dǎo)線圈、外部封壓線圈和兩端的磁鏡線圈、中性束流注入器以及其他輔助的冷卻、供電、控制設(shè)備等組成。它的外殼由內(nèi)包層和外包層組成，內(nèi)包層由Be、FLiBe等材料制成，外包層由鐵或鋼之類(lèi)的低活化材料制成，通過(guò)FLiBe或LiPb等液態(tài)金屬介質(zhì)進(jìn)行冷卻。

漏水點(diǎn)及漏水點(diǎn)四周鉆設(shè)注漿孔，鉆孔深度為設(shè)計(jì)襯砌厚度(D)的1/2，孔徑不宜大于20 mm。

(2)面漏

面漏范圍鉆設(shè)注漿孔，鉆孔間距30～50 cm，均勻布置，鉆孔深度為設(shè)計(jì)襯砌厚度(D)的1/2，孔徑不宜大于20 mm。

(3)縫漏

沿縫鉆設(shè)注漿孔，注漿孔應(yīng)交叉布置在縫的兩側(cè)，鉆孔應(yīng)以45°～60°斜穿裂縫，鉆孔間距30～50 cm，鉆孔深度為設(shè)計(jì)襯砌厚度(D)的1/3～1/2，孔徑不宜大于20 mm。

(4)鉆孔注漿管均采用A級(jí)植筋膠固定，注漿材料采用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。注漿施工前，刷涂速凝型無(wú)機(jī)堵漏材料進(jìn)行封縫處理，封縫總寬度宜為 5 cm。注漿完成后涂刷滲透型環(huán)氧樹(shù)脂防水涂料。拱部滲漏水整治示意如圖3所示。

圖3 拱部滲漏水整治示意圖(cm)

3.3.2 邊墻滲漏水

邊墻滲漏水的點(diǎn)漏、面漏及縫漏(無(wú)線狀、股狀滲水情況)，可參照拱部滲漏水治理措施進(jìn)行注漿封堵整治。對(duì)于邊墻出現(xiàn)線狀、股狀滲水，施工縫滲水嚴(yán)重的情況，可先行進(jìn)行注漿封堵，而后采取鑿槽埋管引排及邊墻下部增設(shè)泄水孔的措施，邊墻集中出水點(diǎn)設(shè)置引排槽整治示意如圖4所示。

圖4 邊墻集中出水點(diǎn)設(shè)置引排槽整治示意圖(cm)

(1)邊墻鑿槽處正對(duì)集中出水點(diǎn)，設(shè)置為倒梯形槽，槽口寬5 cm，槽底寬6 cm，槽深6 cm，鑿槽完成后安裝PVC管，而后用環(huán)氧砂漿抹平封槽。鑿槽引排直接引入側(cè)溝。

(2)邊墻出現(xiàn)多點(diǎn)線狀、股狀滲漏水，襯砌背后積水引排不暢時(shí)，可于邊墻下部增設(shè)側(cè)向泄水孔，在側(cè)溝壁環(huán)向盲管出水口高程處設(shè)置φ110橫向鉆孔，如圖5所示。鉆孔深入基巖內(nèi)不小于1 m，孔端內(nèi)置150 cm長(zhǎng)φ100 PVC管，管前端封閉，管身設(shè)進(jìn)水孔，外裹 1層孔距2 mm不銹鋼濾網(wǎng)。泄水孔與施工縫、變形縫凈距不小于30 cm。

圖5 邊墻增設(shè)側(cè)向泄水孔整治示意圖(cm)

3.3.3 仰拱填充頂面滲漏水

對(duì)仰拱填充頂面滲水采取鉆孔、鑿槽引排的措施，分別對(duì)靠側(cè)溝側(cè)和靠中心溝側(cè)兩部分滲水進(jìn)行處理。

(1)靠側(cè)溝側(cè)滲水

靠側(cè)溝側(cè)滲水主要是由地下水從縱向施工縫滲入導(dǎo)致。該側(cè)遠(yuǎn)離中心水溝，易形成“集水坑”，并可能滲入軌道板下部影響影響運(yùn)營(yíng)安全。針對(duì)此問(wèn)題：

①采取鑿除仰拱填充后澆帶，于靠側(cè)溝側(cè)壁下部鉆設(shè)橫向排水孔，低位引排地下水，鉆孔間距5～10 m，而后于填充層內(nèi)埋設(shè)橫向排水管，降水引排至中心水溝。

②鑿槽埋設(shè)的排水管采用φ50 PVC排水管，外裹無(wú)紡布，管身設(shè)進(jìn)水孔，頂部設(shè)置φ75半圓PVC管覆蓋(避免回填混凝土堵塞管身進(jìn)水孔)。在引排邊墻低位地下水的同時(shí)，截排仰拱填充后澆帶與先期施工填充層之間施工冷縫處的積水。

③對(duì)于已施做軌道結(jié)構(gòu)的情況，可于中心溝側(cè)設(shè)置鉆孔平臺(tái)，橫向鉆設(shè)φ50排水孔進(jìn)行引排，避免軌道結(jié)構(gòu)拆除重建。

④針對(duì)側(cè)溝壁開(kāi)裂滲水的情況，當(dāng)裂縫寬度小于1 mm且長(zhǎng)度小于5 m時(shí)，采用沿縫針管注漿封堵的處理措施；當(dāng)裂縫寬度小于1 mm且長(zhǎng)度大于5 m或?qū)挾却笮? mm且小于5 mm時(shí)，采用沿縫鑿孔壓漿封堵的處理措施；當(dāng)裂縫寬度大于5 mm時(shí)，采用沿縫鑿槽，壓漿封堵后用環(huán)氧砂漿嵌補(bǔ)的處理措施。裂縫注漿封堵或嵌補(bǔ)后，表面涂刷滲透型環(huán)氧樹(shù)脂防水涂料封閉。靠側(cè)溝側(cè)仰拱填充頂面滲水整治示意如圖6所示。

圖6 靠側(cè)溝側(cè)仰拱填充頂面滲水整治示意圖

(2)靠中心溝側(cè)滲水

靠中心溝側(cè)滲水主要采取鉆設(shè)豎向排水孔引排隧底下部滲水(同時(shí)具備降低水位作用)的措施。排水孔位置距離中心水溝內(nèi)壁20 cm處，孔徑φ100 mm，深度入巖1 m，孔內(nèi)設(shè)置φ89 PVC管(入巖段管身鉆設(shè)進(jìn)水孔，并在管外包裹兩層孔距2 mm的不銹鋼濾網(wǎng))，并鑿槽將鋼管或PVC管彎入中心溝，槽深30 cm，在鑿槽內(nèi)鉆孔植入φ14鋼筋，植筋深度不<15 cm，間距為15 cm，鑿槽采用微膨脹C20細(xì)石混凝土回填密實(shí)。φ89 PVC管與襯砌混凝土間隙采用水泥砂漿封堵，并設(shè)橡膠圈避免水泥砂漿流入開(kāi)孔段。

原則上可先在滲漏水處左右10 m范圍內(nèi)鉆排水孔，鉆孔左右側(cè)交錯(cuò)布置，單側(cè)間距5～10 m，若滲漏水仍然存在或發(fā)生轉(zhuǎn)移，應(yīng)擴(kuò)大排水孔設(shè)置范圍?？恐行膫?cè)仰拱填充頂面滲水整治如圖7所示。

圖7 靠中心側(cè)仰拱填充頂面滲水整治示意圖

3.4 整治效果

成貴全線隧道滲漏水整治自2017年開(kāi)始，于2019年結(jié)束。整治完成后，歷經(jīng)2個(gè)雨季，基本實(shí)現(xiàn)了拱部滲漏水封堵無(wú)滲水；邊墻滲水極大改善，無(wú)明顯滴水；仰拱填充頂面滲水整治觀感良好，無(wú)積水。同時(shí)，線路開(kāi)通前，結(jié)合施工期間揭示巖溶管道情況、地面巖溶洼地分布情況、揭示斷層破碎帶、巖層分界面等地下水發(fā)育情況等，對(duì)富水嚴(yán)重的隧道段落增設(shè)了邊墻φ200泄水孔，泄水孔深入基巖內(nèi)不小于0.5 m，縱向間距2～4 m，泄水孔內(nèi)設(shè)置內(nèi)壁光滑阻尼系數(shù)小的新型排水管，以便地下水暢排。

成貴鐵路運(yùn)營(yíng)近兩年來(lái)，全線未出現(xiàn)較大的滲漏水病害問(wèn)題，整體運(yùn)行良好。由此說(shuō)明，成貴鐵路的隧道滲漏水整治原則合理，整治措施可行、有效。

4 結(jié)束語(yǔ)

從成貴鐵路隧道的滲漏水整治情況來(lái)看，“拱部注漿封堵、邊墻鉆孔引排、仰拱降水泄壓”的“分區(qū)治水”整治原則是可行的，采取的具體整治措施有效，整治效果良好，可為其他鐵路隧道滲漏水整治提供參考。但隧道的滲漏水情況各異，且滲漏水原因各有不同，整治措施不能一概而論。本文僅闡述了較為共性的滲漏水情況的整治措施，對(duì)于其他情況的滲漏水整治，尤其是巖溶、斷層破碎帶富水等特殊隧道的滲漏水整治，需充分調(diào)查分析地下水情況、滲漏水原因后，制定專(zhuān)項(xiàng)的整治方案。