哈大铁路客运专线隧道防排水设计

叶少敏，马志富

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 概述

随着近年来我国铁路建设的飞速发展，隧道设计、施工技术日渐成熟，应该说已发展到了较高的水平，但仍有不少隧道出现了一定程度的渗漏，并且随时间的推移，渗漏量有不断增加的趋势，防排水技术离理想状态还存在一定的差距，其设计理念还有待进一步完善。隧道防排水设计的合理性与施工质量的好坏，是直接影响隧道今后运营安全与使用品质的重要原因。贯彻环保理念，防止隧道工程建设给周围生态环境造成危害，体现以人为本、进行“人性化”设计与施工是隧道建设的重要方面。

目前主要有2种隧道衬砌结构的防排水类型:体现“以防为主，限量排放”的防水型，一般又称半包式防水;另一种为“以防为主，多道设防”的防水型，一般又称全包式防水。在发达国家考虑到环境保护和减少运营阶段的养护工作量，为降低运营成本而大量采用了将地下水流堵在隧道外的全封闭防水措施。长期以来，为了避免或减弱地下水对隧道结构的作用，保证隧道主体结构安全，降低建设成本，我国山岭隧道大多按照“以排为主”的原则建造［1］。

2 哈大铁路客运专线防排水设计

结合本线隧道实际情况综合考虑后确定设计原则:对于覆盖层厚度小于30 m的短隧道，采用“全封闭不排水”的原则;一般深埋隧道采用“防、堵、截、排结合，因地制宜，综合治理”的原则。

2.1 半包防水隧道

主要隧道有九里庄、小山屯、老虎屯和转山子等4座隧道，隧道最大埋深均超过30 m，长度均超过500 m，其中九里庄隧道全长4 340 m，为全线最长隧道。

(1)防排水设计原则

遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜、综合治理”的原则，采取切实可靠的措施，达到防水可靠、排水畅通、经济合理、不留后患的目的。确立结构自防水为根本，同时加强施工缝、变形缝等细部结构的防水措施。隧道防水等级为一级，主体结构的抗渗等级为S12。

(2)防水隔离层设计

在山岭隧道建设中，隧道防水技术的核心是防水隔离层，防水隔离层由防水板和无纺布组成。防水板的作用是将地层渗水拒于二次衬砌之外，以免水与二次衬砌接触并通过二次衬砌的薄弱环节渗入隧道。无纺布的作用是保护防水板，使防水板免遭尖锐物的刺伤，同时充当喷射混凝土与二次衬砌的渗水下排通道。

哈大铁路客运专线半包隧道初期支护与二次衬砌间拱墙部位铺设防水隔离层，防水板厚2.0 mm，防水板均与无纺布结合使用，无纺布不少于400 g/m2。二次衬砌拱部必要时预留充填注浆孔，待混凝土达到设计强度后，进行充填注浆。

防水板铺设前采用专用热熔衬垫及射钉将无纺布固定在喷射混凝土表面。专用热熔衬垫及射钉按梅花形布置，无纺布铺设要松紧适度，以能密贴喷射混凝土表面为佳。无纺布铺设完成后，再使用施工台架将防水板预铺到固定位置，使用手动电热焊接器加热，使防水板焊接在固定无纺布的专用衬垫上。防水板间自动热熔焊接采用自动双缝热熔焊接机，焊接2条焊缝，防水板搭接不小于10 cm。

(3)施工缝及变形缝防水设计

施工缝采用遇水膨胀止水胶和背贴式橡胶止水带，环向按8～12 m一道设置，纵向按2道设置;变形缝在地层显著变化处、明暗分界处设置，采用背贴式橡胶止水带加中埋式钢边橡胶止水带，并加设可维护注浆管，便于进行后续注浆堵水。

“⟸”:要证A为CSI-闭,只需证XA为CSI-开即可。首先由A为闭集,XA为开集;其次若F∈CIrr(X),F∩(XA)=Ø,即F⊆A,由已知,Fδ⊆A,于是Fδ∩(XA)=Ø,故XA为CSI-开。

隧道施工缝、变形缝是渗漏水处理的薄弱点。从抗渗漏理论上讲，止水带与止水条是有效的。但在实际施工中，止水带与止水条的安装即使花费大量时间仍很难正确安设到预定位置，造成应设防处存在一定程度的“真空”，起不到应有的作用。而本线设计中考虑隧道一旦出现渗漏水现象，可以通过可维护注浆管堵水并嵌填防水材料实施最后一道封堵。

(4)隧道排水系统

隧道排水系统一般分为隧道衬砌外排水系统和隧道内排水体系两大部分。隧道衬砌外排水系统(由环纵向盲管组成)的作用是将围岩渗水、穿过初期支护被二次衬砌阻挡的渗水疏导、汇集并引排到排水沟;隧道内排水系统(两侧水沟及中心水管)的作用则是将衬砌外排水系统汇集的地下渗水和其他废水引排到隧道外［2］。

哈大铁路客运专线半包型隧道在防水层与初期支护间拱墙设置HDPEφ50打孔波纹管盲管，一般地段10 m一道，富水地段5 m一道;边墙墙脚纵向设HDPEφ107/93打孔波纹管盲管，并与环向盲管连通，连通点设三通管直接引入侧沟内。隧道内设置双侧排水沟与中心排水管，并间隔30 m通过中心检查井连通。见图1。

图1 哈大铁路客运专线半包防水隧道防排水断面示意

2.2 全包防水隧道

21世纪，生态环境保护是实现可持续发展的主旋律，隧道建设与环境保护的协调发展是广大建设者的责任，如何正确地处理隧道建设与环境保护的关系是广大工程技术人员需要认真思考和不断探索的重大课题，应该说“以防、堵为主，少排或不排”是今后隧道排水技术发展的必然方向。

在德国以地下水位高差80 m为界，划分全包防水型及全包排水型。全包型在我国铁路隧道应用较少，但随着我国对环境问题重视的提高，从保护环境的长远考虑，这几年逐步在部分地下水环境敏感或地面有重要建筑物不能因隧道长期排水引起沉降的地段进行了应用，例如武广客运专线的浏阳河隧道、金沙洲隧道等。

哈大铁路客运专线全包防水隧道主要有鞍山隧道、台山隧道、笔架山隧道和三十里堡明洞，隧道地下水位差均为30 m以内。其中鞍山隧道为“U”形隧道，全长2 440 m(50 m暗挖，其余为明挖)，为穿越城郊隧道，其余3座均为山岭隧道。

(1)防排水设计原则

(2)防水隔离层设计

隧道衬砌均采用全包式防水。其中暗挖施工的隧道初期支护与二次衬砌间全断面铺设防水隔离层，防水板厚2.0 mm，防水板均与无纺布结合使用，无纺布不少于400 g/m2。明洞段衬砌外全断面铺设自粘式防水板。自粘式防水板的自粘胶料与基层水泥水化产物形成互穿界面网络，具有一定渗透深度，同时可以提高基体面层的强度与自防水能力，当防水层由于局部破坏而导致发生渗漏时，只在该点处发生渗漏，而不会在防水层与基面之间形成窜水，渗漏点明确，便于查找渗漏源进行修补，同时自粘式具有一定自愈能力，在发生意外的微小穿刺时，可以在挤压应力作用下，自动对防水层的破损处进行封堵［3］。

(3)施工缝及变形缝防水

模筑衬砌施工缝环向按8～12 m一道设计，纵向按2～4道设计，施工缝采用遇水膨胀止水胶加背贴式橡胶止水带防水;结构明显变化和明暗分界处设置变形缝，变形缝采用中埋钢边橡胶止水带加背贴式橡胶止水带防水。为保证接缝防水效果，中埋止水带内侧设注浆管，待混凝土达到强度后进行注浆防水。见图2。

图2 哈大铁路客运专线全包防水隧道防排水断面示意

3 结语

山岭隧道埋深和地下水位高度有别于地铁、过街地道、人防工程等市政地下工程。对于市政工程，由于埋深较小、水位不高，有条件通过衬砌结构加强对地下水采用“全堵”方案，来避免地下水流失对城市环境产生负面影响;而山岭隧道地下水位一般都较高，如果采用“全堵”方案，如地下水压过高，产生的荷载会超过衬砌结构承载力，不仅仅需要增加工程造价，有时甚至无法实施。现行大多数排水型半包隧道涌排水使地下水逐渐疏干，恶化水文地质条件，使地下水位不断下降，地下水疏干漏斗不断扩大，导致洞顶地表河湖泉井涸竭，水环境失去平衡进而引发生态环境破坏和岩溶地面塌陷等灾害，严重影响人民的生产和生活，隧道部门也苦于补救和巨额赔偿因而隧道防排水以堵为主的呼声日益高涨［4］。考虑到350 km/h客运专线大跨结构的特殊性，哈大铁路客运专线隧道设计按水头差30 m划分半包与全包隧道，对“全封闭不排水”设计进行了有益的探索。至于是否可以按德国标准80 m水头差划分或如国内有学者提出在隧道洞壁上安装限压阀，一旦水压大于设计值，阀门自动打开，排水卸压等等还需要进一步研究。

［1］钱文斐.新奥法隧道防排水设计现状［J］.地下工程与隧道，2007(S):25-27.

［2］王梦恕，等.中国隧道及地下工程修建技术［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［3］蒋雅君，等.自粘防水卷材在隧道防水中的适应性探讨［J］.新型建筑材料，2007(2):69-72.

［4］齐海锋.全封闭的隧道防排水设计理念［J］.山西建筑，2010(9):342-343.

［5］铁道第三勘察设计院集团有限公司.哈大铁路客运专线隧道专业设计文件［Z］.天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2007.