鐵路隧道防排水設計探討

馬志富

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300251)

1 概述

改革開放以來,作為交通基礎設施重要組成部分的各種隧道迅速發展,隧道建設條件和結構形式也越來越復雜。自從中國第一座鐵路隧道臺灣獅球嶺隧道(全長261 m)1890年建成通車以來,到2009年底,通車運營鐵路隧道總長接近7 000 km。

防排水是鐵路隧道設計標準建設、設計、施工中的重點,但襯砌滲漏水問題仍然不同程度地出現在新建鐵路隧道中,隧道滲漏水不僅直接影響行車安全,而且還降低隧道通風、照明系統的工作效率,誘發運營設施的銹蝕,影響隧道結構的耐久性,在寒冷地區隧道的滲漏水還會引發掛冰、底鼓等不良病害,嚴重危及行車安全。

因此,針對目前國內的防排水技術現狀,有必要進行進一步的研討,對防排水技術提出更新的改進措施,進一步指導鐵路隧道設計與施工,使隧道工程交付運營后處于整潔狀態。

2 某客運專線隧道防排水設計及個別工點隧道滲漏水情況

2.1 防排水設計

隧道防排水采取“防、排、截、堵結合,因地制宜,綜合治理”的原則。

(1)隧道防水措施

隧道二次襯砌采用防水混凝土,抗滲等級不低于P8；隧道拱墻防水板厚度不小于1.2 mm；環向施工縫內設中埋式橡膠止水帶；縱向施工縫涂混凝土界面處理劑。

(2)隧道排水措施

隧道內設雙側水溝加中心水溝排水管；環向設φ50 mm透水管盲溝；縱向設φ80 mm透水管；隧道邊墻設泄水孔與側溝連通。

2.2 個別隧道滲漏水情況2.2.1 滲漏水情況

該客運專線自交付運營后,部分隧道部分地段存在滲漏水病害,滲漏病害主要表現為襯砌及隧底表面存在水漬與洇濕,其中甲隧道有11處滲漏水點(底部7處、邊墻3處、拱腰1處),乙隧道底部滲漏點3處,丙隧道拱部2處,丁隧道邊墻2處。

2.2.2 滲漏水特征

(1)按滲漏水位置分

①拱墻滲漏水：以點、線或面滲漏的方式從隧道拱墻部位滲漏；②底板滲漏水：底板存在水漬、或明顯水流現象；③設備洞室滲漏水。

(2)按結構部位分

施工縫、變形縫部位滲漏水；其他部位滲漏水。

(3)按滲漏表現形式分

①點滲漏(圖1)：不連續、無規律的滲漏現象,表現為蜂窩、點狀滲漏水；②線滲漏(圖2)：連續的或有一定規律的,以線漏為主的滲漏現象。滲漏線可分為變形縫和非變形縫兩種,主要包括伸縮縫、沉降縫、施工縫和裂縫等；③面滲漏(圖3)：襯砌表面潮濕或滲水。

圖1 點滲漏

圖2 線滲漏

圖3 面滲漏

3 滲漏水原因分析

3.1 隧道防水板破壞

防水板防水是隧道防滲漏的第一道重要防線,工程中出現失效問題主要有以下幾個方面的原因：初期支護表面不平整,初期支護凸起部分在模筑混凝土壓力下刺破防水板；澆筑二襯混凝土時,防水板在混凝土下落的牽扯下,造成斷裂或撕裂破壞；因固定需要,防水板熱熔后產生薄弱點,易發生損壞；焊接鋼筋時導致防水板受損；充填注漿管刺破防水板；防水板搭接處理欠佳。

3.2 混凝土結構自防水失效

(1)混凝土因漏振、跑模、漏漿等因素都有可能導致自防水失效。

(2)襯砌出現開裂,產生裂縫的原因,主要有幾個方面：干縮裂縫，溫度裂縫，變形裂縫。

3.3 施工縫、變形縫防水失效

施工縫、變形縫是防水的薄弱部位,雖然施工縫增加了止水帶,但仍出現滲漏,原因分析如下。

(1)止水帶與混凝土結合不密實。混凝土澆筑時,混合料與止水帶緊密接觸,但硬化過程中,止水帶與混凝土易出現間隙。

(2)止水帶的選型不合理。中埋止水帶凸高對地下水滲透起阻隔作用,但因凸高選擇不合理,阻隔作用降低。

(3)端頭模板漏漿。端頭模板在止水帶兩側不夠嚴密,混凝土澆筑時容易漏漿,使止水帶周圍混凝土不密實。

(4)中埋止水帶錯位。由于模筑混凝土的牽扯以及止水帶固結不穩固,易出現彎曲、偏移設計位置等現象。

(5)止水帶接頭不嚴。環向施工縫中的止水帶不完整,容易形成防水的薄弱環節。

(6)滲水下排不暢。透過防水板的滲水常向環向施工縫匯聚,但由于施工中止水帶常存在彎曲現象,沒有下泄通道。

(7)仰拱及仰拱填充一次施工。部分仰拱及仰拱填充一次性澆筑,導致仰拱形成的貫通性的環向施工縫,易造成底部滲水。

(8)水溝側壁施工縫防水不嚴。目前設計中并未針對水溝施工縫采取相應防水措施,易反滲,導致隧底面形成水漬、流水等。

3.4 隧道排水不暢

發生堵塞的部位集中在如下部位：盲管或泄水孔堵塞；雙側水溝及中心排水管堵塞；泄水孔泄水能力不足。

4 改進防排水系統的建議措施

4.1 防水層

(1)提高防水板抗穿刺、抗撕裂性能

目前設計中大多采用厚度1.5 mm范圍的防水板,為增加防水層的抗穿刺、抗撕裂性能,建議采用厚度2 mm以上的防水板,也可考慮使用雙層防水板。

(2)試用噴涂防水層

噴涂防水層能克服被穿刺、被撕裂和防水板焊接密封不良等疵漏,但對初期支護表面的平整度、密實度要求提高,且需在無滲漏水情況下施工。因此在施工周期無明顯滲水的隧道且不設排水盲溝的隧道中,可嘗試使用噴涂防水層。

4.2 施工縫、變形縫

(1)加強施工縫、變形縫堵水設計

富水地段,隧道施工縫、變形縫易出現滲漏水現象,為了便于運營期間對滲漏水的治理,富水地段施工縫變形縫間可加設可維護注漿管,當運營期間施工縫變形縫發生滲漏水病害時,可通過預留注漿管注漿封堵來實現病害整治。

(2)建議止水帶增加排水功能(圖4)。

圖4 可排水止水帶

(3)增加溝槽部位防水設計

目前設計中對水溝電纜槽施工縫防水基本都沒有進行細部設計,導致水溝內水從部分施工縫滲出,底板與溝槽接縫也是防水薄弱點,建議防水設計中,應考慮細部防水(圖5)。

圖5 溝槽部位施工縫構造防水

(4)規范與發展其他施工縫止水材料

傳統的止水條與止水帶相同,存在定位困難的問題,設計過程中應進一步研究方便施工止水有效的新材料。

4.3 現行排水系統改善

(1)盲管

盡量考慮采用可維護型盲管,確保盲管堵塞后可疏通,確保隧道排水舒暢。設計中明確盲管施工及保護要求,如盲溝使用過濾層等,避免人為造成施工模筑混凝土時堵塞盲管。

(2)側溝

蓋板實現工廠化生產,統一管理施工。運營前對側溝進行徹底清理。

(3)中心排水管

減小檢查井間距,方便中心排水管疏通、維修。設計中應根據具體地質情況、地下水情況選擇合適的中心排水方式。

4.4 增強縱向排水盲溝功能

增強縱向盲溝排水功能,保持外部排水有效是解決隧道結構滲漏水的重要方法,某國外隧道也采用了直徑為200 mm的縱向盲管(圖6),根據隧道滲水情況,每隔一定距離將水匯入中心排水溝。

圖6 某國外隧道使用直徑的200 mm縱向盲管

目前設計采用的縱向盲溝直徑一般在100 mm以下,建議加大為200 mm以上,縱向盲溝直接與中心溝連通,取消與電纜槽并行的側溝,設置側向管溝(圖7),嚴寒地區中心水管可置于仰拱下方。

圖7 增強縱向盲溝后的隧道排水系統

4.5 設備洞室

(1)采用全包防水,確保設備洞室內防水效果。

(2)設備洞室底部周圈設置盲管,將襯砌背后地下水引至正洞排水溝內。

(3)重視正洞與設備洞室相交處防水板銜接。

(4)設備洞室底板面向正洞側應設置不小于1%的下坡,可確保洞室內水引至正洞側溝內。

4.6 注漿防水

為了保證注漿效果,建議針對富水帶特別是寒冷地區富水帶注漿堵水技術執行規范化管理。

4.7 采用全包防水

全包防水隧道結構對高水頭環境適應能力差,可能因結構龐大,結構施工工藝復雜,而導致結構因振搗、水化熱等問題帶來結構本體防水瑕疵,且開挖斷面巨大,施工安全風險較大，一般僅在有嚴格地下水環境(地下水流失可能引起居民飲用水困難、地表沉降等)要求的工程中采用。

4.8 推行防排水施工工序標準化

將防排水作為一道關鍵施工工序進行標準化作業,由專業隊伍擔負施工,在隧道施工組織設計中充分考慮合理的施工周期。

5 對嚴寒地區隧道防排水技術的建議

我國北方嚴寒地區的鐵路隧道發生凍害的情況經常發生,隧道防排水特別是防凍保溫十分關鍵。通過收集哈局、沈局寒冷及嚴寒地區280座既有隧道防排水技術資料,現場調查哈局范圍內的40余座隧道的凍害整治情況,經研究分析認為,嚴寒地區隧道防排水應采用隧道結構外排水的方法。通過工程實踐經驗,形成了嚴寒地區保溫排水方式建議(表1)。

表1 建議的嚴寒地區保溫排水方式

6 結語

隨著鐵路隧道的設計標準不斷提高,鐵路隧道防排水設計應進一步加強其系統性,排水與防水應緊密結合,尤其應注重隧道排水系統對防水的基礎性作用,根據具體的工程條件有針對性進行防排水設計,做到防排水精細化設計,做好材料使用控制,并將防排水施工作為一道關鍵施工工序,從而保證防排水系統穩定可靠。在嚴寒地區,以隧道結構外排水為防凍的主要措施。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50108—2008 地下工程防水技術規范[S].北京：中國計劃出版社,2008.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10003—2005 鐵路隧道設計規范[S].北京：中國鐵道出版社,2005.

[3] 鐵道部經濟規劃研究院.TZ311—2009 鐵路隧道防排水施工技術指南[S].北京：中國鐵道出版社,2009.

[4] 張慧玲.高速鐵路客運專線隧道防排水設計[J].鐵道標準設計，2010(1)：139-141.

[5] 鐵道部工程設計鑒定中心.高速鐵路隧道[M].北京：中國鐵道出版社,2006.

[6] 趙 勇,唐國榮,倪光斌,武 贊.中國高速鐵路主要技術標準和關鍵技術[C]∥2006中國高速鐵路隧道國際技術交流會論文集.北京：中國鐵道出版社，2006.