淺談嚴寒地區隧道防排水設計

楊昌賢 夏勇

摘要：針對嚴寒地區隧道水害產生的原因，結合牡綏線設計，從隧道防水板、中心排水溝、保溫措施和盲溝設計等方面出發，文章對嚴寒地區防排水設計提出一些認識：選用適于低溫且柔韌性、抗壓性能好的防水板材料；隧道全長或者洞口段一定范圍內設置處于凍結線以外的中心深埋水溝和環向盲溝；采用聚氨酯板保溫材料，并設置保溫出水口和雙側保溫水溝。

關鍵詞：嚴寒地區；防排水設計；中心排水溝；盲溝

中圖分類號：U453 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）01-0060-03

一、概述

我國東北地區由于所處的高緯度寒冷環境所帶來的一系列凍害使得寒區、嚴寒地區隧道的防排水設計和施工面臨許多新的問題，處置不當會給后期的運營管理帶來困難，甚至在今后造成很大的經濟損失。如何從設計上全面的考慮隧道的防排水設計，從根本上解決寒區、嚴寒地區隧道由于水造成隧道的病害問題變得日益迫切。

調查表明，處于嚴寒地區的哈爾濱鐵路局所轄范圍內目前運營的34座鐵路隧道中，其中有20座受滲漏水危害，4座受凍害影響，3座同時受凍害和滲漏水的影響，給目前運營和維修造成很大的代價。表1為其中危害較嚴重的11座隧道情況簡介：

二、隧道水害原因分析

嚴寒地區隧道漏水會造成道床翻漿冒泥、掛冰侵限、襯砌開裂腐蝕、軌道及零部件銹蝕、電力設備損害等病害加劇，影響行車及人身安全。分析其原因很復雜，但歸根結底只有兩點：排水不暢通，防水不嚴密。目前國內隧道的防水設計，主要通過圍巖徑向注漿、防水板及二次襯砌結構自防水三個方面；而排水設計主要是通過一系列的管道將襯砌背后積水排出隧道洞口外。而嚴寒地區隧道由于水而發生的一系列病害，正是由于上述防水和排水措施在設計和施工時出現了問題，主要表現在：

（一）防水板損傷

目前國內隧道主要通過新奧法理念進行設計與施工，采用復合式襯砌，即初期支護+防水層+二次襯砌的“三明治”結構。防水板損傷的原因有以下幾個：一方面根據目前的施工工藝，防水層外側的初期支護一般為噴射混凝土，相關技術規范中雖有平整度的要求，但表面是粗糙的，加上錨噴支護中施作錨桿時外露未處理的端部，容易造成防水板破壞而漏水；另一方面伴隨著隧道運營時間的增加，周邊圍巖的進一步劣化，造成了局部位置初期支護與二次襯砌之間壓力變大，從而使得介于兩者之間的防水板承受較大壓力而破損；還有一方面表現在二次襯砌施作以后一段時間內，由于圍巖應力的重分布，造成局部位置初期支護與二次襯砌出現相對錯動，使得防水板破損。此時通過水壓力的作用，水便通過襯砌的某些薄弱如施工縫等位置進入隧道。

（二）環向、縱向盲溝、排水橫溝以及中心排水溝凍結或堵塞

隧道環向、縱向盲溝一般通過排水橫溝將水引到中心排水溝并隨之排出洞外。而嚴寒地區由于冬季的極端低溫，容易造成環向、縱向盲溝、排水橫溝以及中心排水溝中的某些環節發生凍結進而堵塞，隧道襯砌背后大面積積水，排水不通暢，從而造成隧道

漏水。

三、防排水設計

本文結合在建牡丹江至綏芬河擴能改造工程（以下簡稱“牡綏線”）隧道防排水設計，對嚴寒地區隧道防排水提出一些淺薄的看法。牡綏線為時速200km雙線電氣化鐵路，沿線牡丹江市年最低氣溫為-17.2℃，綏芬河市為-18.1℃，根據文獻[1]，屬于嚴寒地區。

（一）防水設計

由于目前隧道防水的措施主要作用在圍巖、防水板和二次襯砌混凝土結構自防水三個方面上，隧道防水設計主要根據上述三方面采取措施：為減少凍脹作用對襯砌造成的破壞，在隧道洞口地層相對較差的淺埋地段進行全斷面徑向注漿，從一定程度上減少水向開挖后的隧道空腔內匯入；在二次襯砌中摻加一定數量具有防凍功能的抗裂防水劑，提高結構的自防水功能；采用適于低溫且柔韌性、抗壓性能好的防水板

材料。

（二）排水設計

1．中心排水溝。根據目前的規范，在不考慮坡度折減的條件下，線路縱坡為3‰～30‰，而一般設計縱向中心排水溝的坡度與線路的縱坡一致。而由于坡度較小，管內水流速較慢，在低溫的條件下容易結冰堵塞；另外由于施工的誤差，橫向排水管與縱向中心排水管之間、縱向中心排水管之間連接不緊密，而造成管內泥沙堆積堵塞排水不通暢。

針對上述問題，綜合考慮到對于超過一定長度的隧道（2km以上的），局部段落基本不受凍害影響，故牡綏線根據隧道長度通長（2km以內）或者在洞口段一定范圍內（其余低洞口端1km）設置中心深埋水溝（如圖1、圖2），使水溝排水面位于當地凍結線以下，其余段落施作中心排水溝。

由圖1，中心深埋水溝底部應按照設計要求施作混凝土管座，以固定并保證排水通暢；中心深埋水溝與初期支護之間回填級配碎石，且由下至上級配碎石粒徑逐漸減小，粒徑應在2.5～5cm之間；級配碎石施工前應清洗干凈，嚴禁級配碎石表面存在細顆粒、泥土等，防止堵塞級配碎石排水縫隙；級配碎石應夯實滿足基底承載力要求。圖2為中心深埋水溝現場施

作圖。

2．盲溝。環向盲溝一般8～12m設置一道，富水地區適當加密，縱向盲管雙側通長設置。環向盲溝考慮同中心深埋水溝，根據隧道長度通長（2km以內）或者在洞口段一定范圍（低洞口端1km）環向盲管應開槽設置于凍結線以外；縱向盲管設于初期支護與二次襯砌之間；環向、縱向盲管均通過排水橫溝與中心深埋水溝連接；對于長度大于2km的隧道高洞口1km范圍段，環、縱向盲管均設置于初期支護與二次襯砌之間，環向盲管與縱向盲管連通，縱向盲管通長連通，在高洞口1000m處引入保溫側溝；其余段落環、縱向盲管均設于初期支護與二次襯砌之間，并通過泄水孔與雙側水溝連通。

3．保溫。

（1）根據隧道長度通長（小于4km）或者洞口段一定范圍內（洞口段2km）設置雙側保溫水溝。

（2）聚氨酯保溫板。對于長度小于2km的隧道或長度大于2km的隧道低洞口1000m范圍段的縱向盲管和長度大于2km的隧道高洞口1000m范圍段的環向、縱向盲管采用聚氨酯保溫板包裹，以防止冬季結冰堵塞。

（3）保溫出水口。在背風、向陽和易于排水的地形低洼處設置保溫出水口，出水口形式根據地形而定，陡坡地形采用端墻式出水口，緩坡地形采用圓包式出水口。為增加保溫出水口的效果，出水口表面可用瀝青涂黑，冬季還可用稻草等覆蓋。

四、結語

隨著我國鐵路和公路事業的發展，以及我國特殊的地理位置，未來會在高緯度的寒區、嚴寒地區修建越來越多的隧道。本文結合牡綏線工程實例，著重從設計的角度對嚴寒地區隧道的防水和排水設計進行研究，力求從根本上減少嚴寒地區隧道水害的影響，研究為今后嚴寒地區隧道防排水設計提供了一定

參考。

參考文獻

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[2]殷濤．嚴寒地區鐵路隧道的病害成因與根治措施[J]．鐵道建筑技術，2005，（6）.

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[4]呂康成，崔凌秋．季凍區隧道滲漏與凍害防止研究[J]．公路，2005，（6）.

[5]鐵路隧道設計規范（TB10003-2005）[S].北京：中國鐵道出版社，2009．

[6]鐵建設[2005]140號，新建時速200-250公里客運專線鐵路設計暫行規定[S]．北京：中國鐵道出版社，2005．

[7]高速鐵路設計規范（TB10621-2009）[S].北京：中國鐵道出版社，2009．

作者簡介：楊昌賢（1984-），男，浙江松陽人，鐵道第三勘察設計院集團有限公司助理工程師；夏勇（1981-），男，江蘇南通人，鐵道第三勘察設計院集團有限公司工程師。

（責任編輯：陳 倩）