渗水盲沟处理地下水发育路堑方法在龙烟铁路的应用研究

曾繁涛

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南　250022)

渗水盲沟处理地下水发育路堑方法在龙烟铁路的应用研究

曾繁涛

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南250022)

摘要：新建铁路龙口至烟台线，地下水比较发育，通过有针对性地质调查、工程地质及水文地质勘察，查明含水层的性质、埋藏深度、含水量、补给方式等，估算路堑开挖时的可能涌水量、影响范围。比较分析铁路地下水发育路堑处理方法优缺点，确定王李站地下水发育路堑采用渗水明暗沟的设计方案，为本线同类地下水发育路堑设计提供借鉴。

关键词：铁路路堑；地下水；渗水盲沟；设计

1工程概况

新建龙口至烟台铁路位于山东半岛北部，北临渤海、黄海，线路毗邻G206国道及烟台的绕城高速公路，与在建的德大铁路、既有大莱龙铁路共同形成山西煤炭基地至环渤海港口(烟台、龙口港)的便捷通道。新建正线全长112.745 km，地下水发育路堑共计12处，全长6.498 km，占线路全长的5.76%。针对全线地下水发育路堑较多，且大部分属于深路堑，通过选取典型地下水发育路堑工点，结合相关工程地下水发育路堑的处理经验，重点对地下水路堑处理方法进行比较研究，制定出符合本线地下水发育路堑处理方法。

2工点选择

经过比较，选取王李站地下水发育路堑段作为本次研究的重点段落。王李站位于蓬莱市北沟镇境内，为龙烟线上会让站，处于上口水库大桥与蓬莱隧道之间，受地形及设站条件限制，车站设于2‰的上坡段，直线长度1.65 km，车站中心里程为DK41+450，近期设有2条到发线(含正线)，到发线有效长1050 m。

2.1地质情况调查

王李站宏观地貌单元为低山丘陵，地形高低起伏，冲沟发育，地下水发育路堑段地层自上而下依次为：①粉质黏土，黄褐色，硬塑；②细砂，黄褐色，松散，潮湿，含约20%粉质黏土； ③1花岗闪长岩，灰白色、灰黄色，全风化，岩芯呈砂土状，局部夹有碎块；③2花岗闪长岩，灰白色、灰绿色，强风化，岩芯呈碎块状，石质较软，局部石质较硬；③3花岗闪长岩，灰白色、青灰色，弱风化，岩芯呈柱状夹碎块状，节理裂隙发育，石质较硬；④2片麻岩，灰褐色、黄褐色，强风化，岩芯呈碎块状；④3片麻岩，灰褐色，弱风化，岩芯呈柱状夹碎块状，节理裂隙发育，石质较硬。

浅表地下水主要为壤中潜水，水量较小，埋深约1.2 m。下层地下水为基岩裂隙水，地下水水位埋深7.5～16.7 m，地下水位高程74.10～84.70 m，受大气降水补给。DK41+730附近有一口水源井，水位埋深13.0 m，井深30.0 m，单井出水量>50 m3/d。根据该区域的年降水量W、汇水面积A、降水入渗系数a，通过降水入渗法Qs=2.74a·W·A得出q0=0.28 m3/(d·m)，结合现场简易提水试验，判定该区域为弱富水区，工程地质水文地质纵断面揭示如图1所示。

图1　工程地质水文地质纵断面图

2.2地下水发育路堑处理方法比较

在目前铁路建设中，通过收集整理相关设计资料，地下水发育路堑处理方法根据地质条件及排除的难易性主要有：注浆止水、U形槽结构止水、渗水明暗沟排除等一种或两种相结合的处理方法。

注浆止水：多采用帷幕注浆和小导管注浆相结合的方式，一般适用地质松散，岩石破碎、裂隙发育、地下水丰富的软弱岩及砂类土路堑，路堑边坡及基床必须同时考虑加固和防截水措施。通过帷幕注浆和小导管注浆在路堑边坡和基底形成封闭的止水结构，同时起到增强边坡稳定性和提高基底承载力的作用。路堑开挖前采用帷幕注浆在路基两侧形成止水带，封闭边坡的渗水，同时起到稳固路堑边坡的作用。路堑开挖基本形成后采用小导管注浆以封闭基床以下地下水涌出，提高基床的地基承载力。

帷幕注浆和小导管注浆可使得在路堑的基床和两侧边坡形成渗透性极小截止水结构，即使有少量的地下水从边坡和基床下渗出，也能在路堑的侧沟及时排出。帷幕注浆和小导管注浆处理，具有不需要大型机具设备、工艺简单、见效快、经济和社会效益高等优点，因此往往被施工人员优先选用。但对周围环境尤其是水环境的影响较大，主要表现在：水泥浆制作、注浆对地下水及周围土壤的污染、对地面造成不同隆起。施工不可避免地要受到外部干扰，工期不能保证，还可能会有后期的巨额赔偿等问题，不符合大的社会环境要求。

U形槽结构止水：一般适应于地下水埋藏较浅，水位变化幅度较大，含水量丰富，排水困难的软质岩及土质路堑。U形槽结构施工开挖前，根据地层情况及边坡高度在U形槽背部和底部采用注浆止水，防止地下水泄漏，保证边坡稳定；或者采用井点、开挖降水措施使得地下水降至U形槽基础以下，开挖基坑并采用安全有效的边坡防护方法，施工完成后，对U形槽两侧基坑进行回填压实。

U形槽与岩土体接触处铺设复合防水卷材，节与节之间以穿销连接，U形槽节与节之间加强防渗及抗浮设计，U形槽设计范围内表面汇水应进行单独设计。U形槽对地下水处理效果最好，但节与节之间的防水要求很高，注浆止水或降水对周边环境均会造成一定的影响，施工较为复杂，费用较高。

渗水明暗沟排除：一般适用于含水量不大、易排除的地下水发育路堑。通过地下水测试实验，施工及维修条件计算，确定渗水明暗沟的埋置深度(在北方还须考虑冻结深度的影响)和结构尺寸。依据《铁路路基设计规范》中对排水明暗沟纵坡坡度、防冻设计、使用材料的要求，在满足使用和检修的基础上，合理设计。渗水明暗沟排除对周边环境影响小，施工简单，工程投资费用最小。

3工点设计(图2～图6)

通过地下水发育路堑处理方法的比较，根据工点处地质调查情况，对王李站地下水发育路堑采用渗水明暗沟排除方法进行设计。在对既往工程中地表截水与渗水盲沟的设置形式调查研究，本次设计从处理地下水深度，边坡稳定及施工等多方面考虑，将侧沟与渗水盲沟相结合，渗水盲沟置于侧沟底，即上明下暗的设计形式。

图2　渗水盲沟设计(单位：cm)

图3　渗水盲沟与检查井剖面(单位：mm)

图4　上明下暗排水沟出水口(单位：m)

图5　路基横断面示意

图6　王李站右侧地下水路堑整体防护示意

地下水发育路堑路肩设计高程为75.87～76.96 m，路堑范围内的地表水采用设置天沟、侧沟进行拦截排除，地下水采用渗水盲沟排除。天沟及侧沟根据横断面大小、调绘汇水面积、最大降雨、路肩以上地下水渗透量计算，天沟及侧沟设计为：深0.6 m，宽0.4 m的梯形沟，采用厚0.3 m M7.5浆砌片石砌筑。

渗水盲沟采用矩形沟，为便于进入检查和维修，设计尺寸为：深1.1 m×宽1.1 m。土工织物反滤层采用一层透水无纺土工布，砂砾石(清洗后，其中颗粒小于0.15 mm的含量不得大于5%)、洗净碎石作为反滤层材料，基底采用C30混凝土基础，厚0.1 m，其上设φ0.1 m PVC双壁波纹管，透水无纺土工布与坑壁土之间增铺1层10 cm厚的中粗砂，并于每隔30.0 m设置检查井1处，检查井采用C30钢筋混凝土浇筑，渗水盲沟沟底高程左侧为74.03～75.12 m、右侧为73.95～75.14 m。设计渗水盲沟、侧沟、天沟与线路两侧既有排水沟渠相连接，从而保证路基范围排水通畅。

出水口设计根据出水口附近的地形和地质情况，采用M7.5浆砌片石重力式挡土墙，倾斜设置，基础埋深最小处0.5 m，并于墙内侧设置XPS保温板2层，水平铺设长4.0 m。在挡土墙外铺砌排水明沟，排水明沟纵坡大于渗水盲沟纵坡，满足渗水盲沟内地下水迅速排出及不冲刷下游排水沟。

4结论

《铁路路基设计规范》中以排除地下水为主，但在设计过程中对不易排除地下水或排除地下水对周围环境有重大影响的地下水发育路堑，就需要采用排堵结合的设计方式，因此对地下水发育路堑处理方法的比较研究就显得尤为重要。

通过对王李站地下水发育路堑处理方法的研究，为龙烟线其他11处地下水发育路堑设计打下了良好的基础，提高了生产效率。侧沟与渗水盲沟上明下暗的设计形式，设计及施工简单，对周围环境影响较小，对地下水发育路堑处理效果较好。

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The Use of Blind Seepage Ditch to Treat Abundant Groundwater of Longkou-Yantai Railway

ZENG Fan-tao

(Jinan Design Institute， China Railway Engineering Consulting Group Co.， Ltd.， Jinan 250022， China)

Abstract：With a view to the abundant groundwater of the new railway line from Longkou to Yantai， specific geological investigation， engineering and hydrological survey are conducted to identify the nature of aquifer， burial depth， moisture and water supplementary， and to estimate water inflow， scope of influence in excavation of the cutting. Comparative analysis of the advantages and disadvantages of the method to treat abundant groundwater has lead to the determination of the design with seepage ditch to tackle the problem in Wangli station， and to the provision of references for the design of similar cuttings with abundant groundwater.

Key words：Railway cutting; Groundwater; Blind seepage ditch; Design

中图分类号：U213.1+2

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.013

文章编号：1004-2954(2015)06-0056-04

作者简介：曾繁涛(1982—)，男，工程师，2005年毕业于华东交通大学，工学学士，E-mail：52360589@qq.com。

收稿日期：2014-09-12； 修回日期：2014-09-30