浅谈严寒地区隧道防排水设计

杨昌贤 夏勇

摘要：针对严寒地区隧道水害产生的原因，结合牡绥线设计，从隧道防水板、中心排水沟、保温措施和盲沟设计等方面出发，文章对严寒地区防排水设计提出一些认识：选用适于低温且柔韧性、抗压性能好的防水板材料；隧道全长或者洞口段一定范围内设置处于冻结线以外的中心深埋水沟和环向盲沟；采用聚氨酯板保温材料，并设置保温出水口和双侧保温水沟。

关键词：严寒地区；防排水设计；中心排水沟；盲沟

中图分类号：U453 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）01-0060-03

一、概述

我国东北地区由于所处的高纬度寒冷环境所带来的一系列冻害使得寒区、严寒地区隧道的防排水设计和施工面临许多新的问题，处置不当会给后期的运营管理带来困难，甚至在今后造成很大的经济损失。如何从设计上全面的考虑隧道的防排水设计，从根本上解决寒区、严寒地区隧道由于水造成隧道的病害问题变得日益迫切。

调查表明，处于严寒地区的哈尔滨铁路局所辖范围内目前运营的34座铁路隧道中，其中有20座受渗漏水危害，4座受冻害影响，3座同时受冻害和渗漏水的影响，给目前运营和维修造成很大的代价。表1为其中危害较严重的11座隧道情况简介：

二、隧道水害原因分析

严寒地区隧道漏水会造成道床翻浆冒泥、挂冰侵限、衬砌开裂腐蚀、轨道及零部件锈蚀、电力设备损害等病害加剧，影响行车及人身安全。分析其原因很复杂，但归根结底只有两点：排水不畅通，防水不严密。目前国内隧道的防水设计，主要通过围岩径向注浆、防水板及二次衬砌结构自防水三个方面；而排水设计主要是通过一系列的管道将衬砌背后积水排出隧道洞口外。而严寒地区隧道由于水而发生的一系列病害，正是由于上述防水和排水措施在设计和施工时出现了问题，主要表现在：

（一）防水板损伤

目前国内隧道主要通过新奥法理念进行设计与施工，采用复合式衬砌，即初期支护+防水层+二次衬砌的“三明治”结构。防水板损伤的原因有以下几个：一方面根据目前的施工工艺，防水层外侧的初期支护一般为喷射混凝土，相关技术规范中虽有平整度的要求，但表面是粗糙的，加上锚喷支护中施作锚杆时外露未处理的端部，容易造成防水板破坏而漏水；另一方面伴随着隧道运营时间的增加，周边围岩的进一步劣化，造成了局部位置初期支护与二次衬砌之间压力变大，从而使得介于两者之间的防水板承受较大压力而破损；还有一方面表现在二次衬砌施作以后一段时间内，由于围岩应力的重分布，造成局部位置初期支护与二次衬砌出现相对错动，使得防水板破损。此时通过水压力的作用，水便通过衬砌的某些薄弱如施工缝等位置进入隧道。

（二）环向、纵向盲沟、排水横沟以及中心排水沟冻结或堵塞

隧道环向、纵向盲沟一般通过排水横沟将水引到中心排水沟并随之排出洞外。而严寒地区由于冬季的极端低温，容易造成环向、纵向盲沟、排水横沟以及中心排水沟中的某些环节发生冻结进而堵塞，隧道衬砌背后大面积积水，排水不通畅，从而造成隧道

漏水。

三、防排水设计

本文结合在建牡丹江至绥芬河扩能改造工程（以下简称“牡绥线”）隧道防排水设计，对严寒地区隧道防排水提出一些浅薄的看法。牡绥线为时速200km双线电气化铁路，沿线牡丹江市年最低气温为-17.2℃，绥芬河市为-18.1℃，根据文献[1]，属于严寒地区。

（一）防水设计

由于目前隧道防水的措施主要作用在围岩、防水板和二次衬砌混凝土结构自防水三个方面上，隧道防水设计主要根据上述三方面采取措施：为减少冻胀作用对衬砌造成的破坏，在隧道洞口地层相对较差的浅埋地段进行全断面径向注浆，从一定程度上减少水向开挖后的隧道空腔内汇入；在二次衬砌中掺加一定数量具有防冻功能的抗裂防水剂，提高结构的自防水功能；采用适于低温且柔韧性、抗压性能好的防水板

材料。

（二）排水设计

1．中心排水沟。根据目前的规范，在不考虑坡度折减的条件下，线路纵坡为3‰～30‰，而一般设计纵向中心排水沟的坡度与线路的纵坡一致。而由于坡度较小，管内水流速较慢，在低温的条件下容易结冰堵塞；另外由于施工的误差，横向排水管与纵向中心排水管之间、纵向中心排水管之间连接不紧密，而造成管内泥沙堆积堵塞排水不通畅。

针对上述问题，综合考虑到对于超过一定长度的隧道（2km以上的），局部段落基本不受冻害影响，故牡绥线根据隧道长度通长（2km以内）或者在洞口段一定范围内（其余低洞口端1km）设置中心深埋水沟（如图1、图2），使水沟排水面位于当地冻结线以下，其余段落施作中心排水沟。

由图1，中心深埋水沟底部应按照设计要求施作混凝土管座，以固定并保证排水通畅；中心深埋水沟与初期支护之间回填级配碎石，且由下至上级配碎石粒径逐渐减小，粒径应在2.5～5cm之间；级配碎石施工前应清洗干净，严禁级配碎石表面存在细颗粒、泥土等，防止堵塞级配碎石排水缝隙；级配碎石应夯实满足基底承载力要求。图2为中心深埋水沟现场施

作图。

2．盲沟。环向盲沟一般8～12m设置一道，富水地区适当加密，纵向盲管双侧通长设置。环向盲沟考虑同中心深埋水沟，根据隧道长度通长（2km以内）或者在洞口段一定范围（低洞口端1km）环向盲管应开槽设置于冻结线以外；纵向盲管设于初期支护与二次衬砌之间；环向、纵向盲管均通过排水横沟与中心深埋水沟连接；对于长度大于2km的隧道高洞口1km范围段，环、纵向盲管均设置于初期支护与二次衬砌之间，环向盲管与纵向盲管连通，纵向盲管通长连通，在高洞口1000m处引入保温侧沟；其余段落环、纵向盲管均设于初期支护与二次衬砌之间，并通过泄水孔与双侧水沟连通。

3．保温。

（1）根据隧道长度通长（小于4km）或者洞口段一定范围内（洞口段2km）设置双侧保温水沟。

（2）聚氨酯保温板。对于长度小于2km的隧道或长度大于2km的隧道低洞口1000m范围段的纵向盲管和长度大于2km的隧道高洞口1000m范围段的环向、纵向盲管采用聚氨酯保温板包裹，以防止冬季结冰堵塞。

（3）保温出水口。在背风、向阳和易于排水的地形低洼处设置保温出水口，出水口形式根据地形而定，陡坡地形采用端墙式出水口，缓坡地形采用圆包式出水口。为增加保温出水口的效果，出水口表面可用沥青涂黑，冬季还可用稻草等覆盖。

四、结语

随着我国铁路和公路事业的发展，以及我国特殊的地理位置，未来会在高纬度的寒区、严寒地区修建越来越多的隧道。本文结合牡绥线工程实例，着重从设计的角度对严寒地区隧道的防水和排水设计进行研究，力求从根本上减少严寒地区隧道水害的影响，研究为今后严寒地区隧道防排水设计提供了一定

参考。

参考文献

[1]铁道部．铁路工程设计技术手册——隧道[M]．北京：中国铁道出版社，1995.

[2]殷涛．严寒地区铁路隧道的病害成因与根治措施[J]．铁道建筑技术，2005，（6）.

[3]姚伟，徐林生．寒区隧道工程的研究现状[J]．四川建筑，2011，31（4）.

[4]吕康成，崔凌秋．季冻区隧道渗漏与冻害防止研究[J]．公路，2005，（6）.

[5]铁路隧道设计规范（TB10003-2005）[S].北京：中国铁道出版社，2009．

[6]铁建设[2005]140号，新建时速200-250公里客运专线铁路设计暂行规定[S]．北京：中国铁道出版社，2005．

[7]高速铁路设计规范（TB10621-2009）[S].北京：中国铁道出版社，2009．

作者简介：杨昌贤（1984-），男，浙江松阳人，铁道第三勘察设计院集团有限公司助理工程师；夏勇（1981-），男，江苏南通人，铁道第三勘察设计院集团有限公司工程师。

（责任编辑：陈 倩）