铁路隧道防排水设计探讨

马志富

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

1 概述

改革开放以来,作为交通基础设施重要组成部分的各种隧道迅速发展,隧道建设条件和结构形式也越来越复杂。自从中国第一座铁路隧道台湾狮球岭隧道(全长261 m)1890年建成通车以来,到2009年底,通车运营铁路隧道总长接近7 000 km。

防排水是铁路隧道设计标准建设、设计、施工中的重点,但衬砌渗漏水问题仍然不同程度地出现在新建铁路隧道中,隧道渗漏水不仅直接影响行车安全,而且还降低隧道通风、照明系统的工作效率,诱发运营设施的锈蚀,影响隧道结构的耐久性,在寒冷地区隧道的渗漏水还会引发挂冰、底鼓等不良病害,严重危及行车安全。

因此,针对目前国内的防排水技术现状,有必要进行进一步的研讨,对防排水技术提出更新的改进措施,进一步指导铁路隧道设计与施工,使隧道工程交付运营后处于整洁状态。

2 某客运专线隧道防排水设计及个别工点隧道渗漏水情况

2.1 防排水设计

隧道防排水采取“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”的原则。

(1)隧道防水措施

隧道二次衬砌采用防水混凝土,抗渗等级不低于P8；隧道拱墙防水板厚度不小于1.2 mm；环向施工缝内设中埋式橡胶止水带；纵向施工缝涂混凝土界面处理剂。

(2)隧道排水措施

隧道内设双侧水沟加中心水沟排水管；环向设φ50 mm透水管盲沟；纵向设φ80 mm透水管；隧道边墙设泄水孔与侧沟连通。

2.2 个别隧道渗漏水情况2.2.1 渗漏水情况

该客运专线自交付运营后,部分隧道部分地段存在渗漏水病害,渗漏病害主要表现为衬砌及隧底表面存在水渍与洇湿,其中甲隧道有11处渗漏水点(底部7处、边墙3处、拱腰1处),乙隧道底部渗漏点3处,丙隧道拱部2处,丁隧道边墙2处。

2.2.2 渗漏水特征

(1)按渗漏水位置分

①拱墙渗漏水：以点、线或面渗漏的方式从隧道拱墙部位渗漏；②底板渗漏水：底板存在水渍、或明显水流现象；③设备洞室渗漏水。

(2)按结构部位分

施工缝、变形缝部位渗漏水；其他部位渗漏水。

(3)按渗漏表现形式分

①点渗漏(图1)：不连续、无规律的渗漏现象,表现为蜂窝、点状渗漏水；②线渗漏(图2)：连续的或有一定规律的,以线漏为主的渗漏现象。渗漏线可分为变形缝和非变形缝两种,主要包括伸缩缝、沉降缝、施工缝和裂缝等；③面渗漏(图3)：衬砌表面潮湿或渗水。

图1 点渗漏

图2 线渗漏

图3 面渗漏

3 渗漏水原因分析

3.1 隧道防水板破坏

防水板防水是隧道防渗漏的第一道重要防线,工程中出现失效问题主要有以下几个方面的原因：初期支护表面不平整,初期支护凸起部分在模筑混凝土压力下刺破防水板；浇筑二衬混凝土时,防水板在混凝土下落的牵扯下,造成断裂或撕裂破坏；因固定需要,防水板热熔后产生薄弱点,易发生损坏；焊接钢筋时导致防水板受损；充填注浆管刺破防水板；防水板搭接处理欠佳。

3.2 混凝土结构自防水失效

(1)混凝土因漏振、跑模、漏浆等因素都有可能导致自防水失效。

(2)衬砌出现开裂,产生裂缝的原因,主要有几个方面：干缩裂缝，温度裂缝，变形裂缝。

3.3 施工缝、变形缝防水失效

施工缝、变形缝是防水的薄弱部位,虽然施工缝增加了止水带,但仍出现渗漏,原因分析如下。

(1)止水带与混凝土结合不密实。混凝土浇筑时,混合料与止水带紧密接触,但硬化过程中,止水带与混凝土易出现间隙。

(2)止水带的选型不合理。中埋止水带凸高对地下水渗透起阻隔作用,但因凸高选择不合理,阻隔作用降低。

(3)端头模板漏浆。端头模板在止水带两侧不够严密,混凝土浇筑时容易漏浆,使止水带周围混凝土不密实。

(4)中埋止水带错位。由于模筑混凝土的牵扯以及止水带固结不稳固,易出现弯曲、偏移设计位置等现象。

(5)止水带接头不严。环向施工缝中的止水带不完整,容易形成防水的薄弱环节。

(6)渗水下排不畅。透过防水板的渗水常向环向施工缝汇聚,但由于施工中止水带常存在弯曲现象,没有下泄通道。

(7)仰拱及仰拱填充一次施工。部分仰拱及仰拱填充一次性浇筑,导致仰拱形成的贯通性的环向施工缝,易造成底部渗水。

(8)水沟侧壁施工缝防水不严。目前设计中并未针对水沟施工缝采取相应防水措施,易反渗,导致隧底面形成水渍、流水等。

3.4 隧道排水不畅

发生堵塞的部位集中在如下部位：盲管或泄水孔堵塞；双侧水沟及中心排水管堵塞；泄水孔泄水能力不足。

4 改进防排水系统的建议措施

4.1 防水层

(1)提高防水板抗穿刺、抗撕裂性能

目前设计中大多采用厚度1.5 mm范围的防水板,为增加防水层的抗穿刺、抗撕裂性能,建议采用厚度2 mm以上的防水板,也可考虑使用双层防水板。

(2)试用喷涂防水层

喷涂防水层能克服被穿刺、被撕裂和防水板焊接密封不良等疵漏,但对初期支护表面的平整度、密实度要求提高,且需在无渗漏水情况下施工。因此在施工周期无明显渗水的隧道且不设排水盲沟的隧道中,可尝试使用喷涂防水层。

4.2 施工缝、变形缝

(1)加强施工缝、变形缝堵水设计

富水地段,隧道施工缝、变形缝易出现渗漏水现象,为了便于运营期间对渗漏水的治理,富水地段施工缝变形缝间可加设可维护注浆管,当运营期间施工缝变形缝发生渗漏水病害时,可通过预留注浆管注浆封堵来实现病害整治。

(2)建议止水带增加排水功能(图4)。

图4 可排水止水带

(3)增加沟槽部位防水设计

目前设计中对水沟电缆槽施工缝防水基本都没有进行细部设计,导致水沟内水从部分施工缝渗出,底板与沟槽接缝也是防水薄弱点,建议防水设计中,应考虑细部防水(图5)。

图5 沟槽部位施工缝构造防水

(4)规范与发展其他施工缝止水材料

传统的止水条与止水带相同,存在定位困难的问题,设计过程中应进一步研究方便施工止水有效的新材料。

4.3 现行排水系统改善

(1)盲管

尽量考虑采用可维护型盲管,确保盲管堵塞后可疏通,确保隧道排水舒畅。设计中明确盲管施工及保护要求,如盲沟使用过滤层等,避免人为造成施工模筑混凝土时堵塞盲管。

(2)侧沟

盖板实现工厂化生产,统一管理施工。运营前对侧沟进行彻底清理。

(3)中心排水管

减小检查井间距,方便中心排水管疏通、维修。设计中应根据具体地质情况、地下水情况选择合适的中心排水方式。

4.4 增强纵向排水盲沟功能

增强纵向盲沟排水功能,保持外部排水有效是解决隧道结构渗漏水的重要方法,某国外隧道也采用了直径为200 mm的纵向盲管(图6),根据隧道渗水情况,每隔一定距离将水汇入中心排水沟。

图6 某国外隧道使用直径的200 mm纵向盲管

目前设计采用的纵向盲沟直径一般在100 mm以下,建议加大为200 mm以上,纵向盲沟直接与中心沟连通,取消与电缆槽并行的侧沟,设置侧向管沟(图7),严寒地区中心水管可置于仰拱下方。

图7 增强纵向盲沟后的隧道排水系统

4.5 设备洞室

(1)采用全包防水,确保设备洞室内防水效果。

(2)设备洞室底部周圈设置盲管,将衬砌背后地下水引至正洞排水沟内。

(3)重视正洞与设备洞室相交处防水板衔接。

(4)设备洞室底板面向正洞侧应设置不小于1%的下坡,可确保洞室内水引至正洞侧沟内。

4.6 注浆防水

为了保证注浆效果,建议针对富水带特别是寒冷地区富水带注浆堵水技术执行规范化管理。

4.7 采用全包防水

全包防水隧道结构对高水头环境适应能力差,可能因结构庞大,结构施工工艺复杂,而导致结构因振捣、水化热等问题带来结构本体防水瑕疵,且开挖断面巨大,施工安全风险较大，一般仅在有严格地下水环境(地下水流失可能引起居民饮用水困难、地表沉降等)要求的工程中采用。

4.8 推行防排水施工工序标准化

将防排水作为一道关键施工工序进行标准化作业,由专业队伍担负施工,在隧道施工组织设计中充分考虑合理的施工周期。

5 对严寒地区隧道防排水技术的建议

我国北方严寒地区的铁路隧道发生冻害的情况经常发生,隧道防排水特别是防冻保温十分关键。通过收集哈局、沈局寒冷及严寒地区280座既有隧道防排水技术资料,现场调查哈局范围内的40余座隧道的冻害整治情况,经研究分析认为,严寒地区隧道防排水应采用隧道结构外排水的方法。通过工程实践经验,形成了严寒地区保温排水方式建议(表1)。

表1 建议的严寒地区保温排水方式

6 结语

随着铁路隧道的设计标准不断提高,铁路隧道防排水设计应进一步加强其系统性,排水与防水应紧密结合,尤其应注重隧道排水系统对防水的基础性作用,根据具体的工程条件有针对性进行防排水设计,做到防排水精细化设计,做好材料使用控制,并将防排水施工作为一道关键施工工序,从而保证防排水系统稳定可靠。在严寒地区,以隧道结构外排水为防冻的主要措施。

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[6] 赵 勇,唐国荣,倪光斌,武 赞.中国高速铁路主要技术标准和关键技术[C]∥2006中国高速铁路隧道国际技术交流会论文集.北京：中国铁道出版社，2006.