談高寒地區隧道防排水施工技術

金鐵軍

1 工程概況

濱綏鐵路牡丹江—綏芬河擴能改造工程Ⅲ標段地處低山丘陵區，屬老爺嶺山系。區內山峰林立，地形起伏較大，山勢險峻，“U”形河谷、“V”形沖溝發育。

標段內轉心湖隧道全長6 676 m。位于黑龍江省牡丹江市磨刀石鎮境內，本隧道主要以云母片巖為主，圍巖較差，地質結構較為復雜。

該區冬季平均氣溫－20℃，最低氣溫－35℃，地面凍結深度在2 m～3 m之間。由于隧道埋深較淺，地下水發育，極易發生凍脹病害。

2 隧道防排水設計原則

該隧道位于東北高寒地區，屬于淺埋隧道。在設計時，為防止凍脹對隧道結構產生危害，隧道防排水采用“以防、排為主，以截、堵為輔，綜合治理”的原則。該隧道防排水系統由環向深埋透水盲溝、縱向保溫盲溝、初期支護表面掛設復合防水板、仰拱底部設置中心深埋水溝、襯砌內側設置雙向保溫側溝、施工縫、沉降縫、溫度變形縫采用中埋式、背貼式止水帶等防排水措施構成。有別于南方地區隧道防排水系統，對于隧道內排水系統均進行了深埋和保溫處理，同時考慮了高洞口與低洞口冬季排水時的區別。

3 防排水施工

3.1 洞外防排水措施

轉心湖隧道洞口圍巖極差，為全風化云母片巖，易滲水、坍塌。在邊仰坡施工前，先完成截水天溝與相連路塹頂邊溝的順接，防止地表水沖刷邊仰坡或滲入構筑物背后產生凍脹，破壞結構。

由于洞內中心深埋水溝位于軌面以下3.5 m處，為確保冬季洞內外排水通暢，在洞口外路基過渡段下設置深埋排水溝，每10 m設置一處檢查井。深埋排水溝出口引排于背風低洼處，對出水端頭采用端墻式或圓包式處理，確保洞內水有出處，排水過程不帶泥，管道暢通。

3.2 中心深埋水溝、檢查井、橫向深埋排水管施工

1)基坑開挖:因深埋水溝開挖較深，應根據圍巖情況分次開挖到位;同時應注意放坡，施工人員在下方施工時，應清除坡頂邊緣的棄碴，起到減壓作用，防止深基坑坍塌;在圍巖較好的地段，盡可能的縮小開挖槽口的寬度，減少對邊墻底腳的擾動，確保拱墻的整體性和穩定性。

2)施作混凝土墊層:按深埋水溝的標高，沿縱向坡度施作混凝土墊層，混凝土墊層的施作質量，決定了水溝的排水坡度與分節接口的平順質量。

3)安設管道:采用鐵絲網、砂漿保護層，對管道接頭進行包裹密封，確保接頭質量，達到封閉效果。

4)回填級配碎石:回填前，首先檢查深埋水管的滲水孔有無淤泥堵塞、深埋水管與橫向排水管連接是否牢固、對位;回填時，應兩側對應分層夯實，如回填不好，易造成仰拱底部出現空洞、不密實，引起仰拱下沉等情況，尤其整體道床的隧道要特別注意。

5)檢查井施工:每30 m施作一處檢查井，井內的上下爬梯與橫縱向排水管的聯接質量是檢查井施作的重點，另在仰拱填充頂面中心設一道坡度為2%的小排水溝，在檢查井大小里程側分別埋管排引至檢查井內。

6)施工注意事項:a.要控制好埋設的坡度;b.對每節管聯接要銜接好;c.對端頭處水管要采用加蓋處理，防止雜物進入堵塞;對露出的管頭部分注意采用級配碎石保護，尤其是管口，有利于下環銜接;d.中心深埋水溝開挖應較開挖的仰拱距離只長出1節管，有助于及時封閉成環仰拱初支，確保穩定;e.施工過程中應在仰拱前方至少不小于2 m處設集水坑，采用水泵抽入最近的集水井中，不允許有積水浸泡，這樣既可以增加剛埋設的水管接頭凝固時間，又可防止水帶淤泥流入管內，堵塞水管。

3.3 環向深埋盲溝、縱向保溫盲溝施工

由于圍巖含水量不均勻，地下水出露條件不一，且受東北地區凍結深度條件影響，隧道內環向盲溝必須設置于初期支護背后1.5 m～2.0 m之外，縱向盲管設置于初支表面，采用聚氨酯保溫板進行保溫處理，使隧道初支內外形成通暢的排水系統，才能有效地防止隧道凍害。

1)環向深埋盲溝:環向盲溝設置于洞內初期支護背后，每8 m～12 m一道。為防止凍脹，采用深埋處理，在Ⅴ級圍巖地段，采用風鎬人工開挖，在Ⅲ，Ⅳ級圍巖段，采用控制爆破分兩步開挖。環向盲溝開槽寬度1.5 m，深度1.5 m～2.0 m，在地質條件較差地段，易引起坍塌掉塊，開槽時要對其兩側初期支護作加強處理，可采用格柵噴錨加固，也可采用小導管徑向注漿等措施。環向盲溝安設于開槽底部，平順通暢，外置瀝青木板箱形結構，內填透水材料，箱形結構外采用輕質混凝土進行保溫。瀝青木板箱形結構可在洞外分段預制，在洞內安裝，輕質混凝土采用掛板法施工。環向盲溝施工完后，通過仰拱底深埋排水管直接與中心深埋水溝連接。

2)縱向保溫盲溝:為確保初期支護剩余滲水的引排，在初支表面施作縱向盲溝，安設縱向新型保溫板(Ω形)，注意保溫板標高控制，中間突起部分根據盲管高度來安設，罩住縱向透水盲管。安設時，寬40 cm端位于下方，寬60 cm端位于上方。縱向盲溝通過仰拱底深埋排水管直接與中心深埋水溝連接。

3.4 無紡布、防水板施工

1)初支表面處理:首先保證防水板背后初支的平順，并且割去外露的鋼筋頭、錨桿頭等，避免刺破防水板。

2)環縱向盲溝設置:掛設無紡布前應先設置好環向深埋透水盲溝和縱向保溫透水盲溝。盲溝接頭采用三通聯接，且縱向透水盲管要預留向襯砌外引排的PVC管(高洞口處)，低洞口處環、縱向均與中心深埋水溝通過橫向深埋排水管聯接，聯接良好后方能掛設土工布。

3)橫向預留無紡布、防水板掛設:東北地區隧道防水要求防水板下端必須深入襯砌縱向施工縫之內，即深入仰拱內。在仰拱施工前需橫向掛設一塊防水板預埋，橫向掛設無紡布時，掛釘呈梅花形布置。為很好地固定防水板，在橫向防水板高度向下30 cm處，等距(1.0 m)縱向布置橡膠熱熔墊圈，該行標高隨縱向坡度齊平。防水板掛設高度以埋入仰拱填充頂標高下30 cm為準，幅寬2.0 m，即外露1.7 m，采用熱熔墊圈熱熔聯接，不得在防水板邊緣處采用鋼釘固定，防水板掛設頂端高度要與坡度盡量一致、平順，以便于與環向拱墻襯砌防水板焊接。

4)環向無紡布、防水板掛設:環向無紡布掛釘間距，拱部50 cm～80 cm，邊墻80 cm～100 cm，梅花形布置，掛點要盡量規則，以便于下步防水板掛設。環向防水板要自拱部向邊墻順序，依次與熱熔墊圈熱合。

5)無紡布、防水板掛設注意事項:無論是環向還是縱向防水板，其搭接寬度均不得小于15 cm。采用調溫、調速熱楔自動爬行式熱合機熱熔焊接，焊縫采用雙條焊縫，焊好后進行充氣試驗。防水板掛設松弛度控制在10∶1為宜。防水板在掛設過程中不得有任何刺破，如不小心刺穿防水板時，要采用熱風槍補焊，補焊片直徑不小于30 cm。另特別注意環向防水板與縱向預埋防水板焊接時的質量，要求環向防水板位于縱向防水板背后，即靠近圍巖一側。防水板的掛設，尤其是縱向預埋防水板掛設要從細節控制抓起，形成固定流程。

3.5 止水帶的安設

1)中埋式止水帶:所有中埋止水帶必須埋入一半外露一半，縱向止水帶要平直，環向止水帶要圓順，且必須置于施工混凝土的中部。安設前要做到先計算好止水帶的長度或采用直觀的纏繞于臺車上的方法來計算出長度后再割去多余部分，堅決杜絕止水帶不夠長、未伸到底腳處，盡量減少止水帶接頭數量。

中埋式止水帶埋設方法很多，其中采用鋼筋卡具固定效果較好，其安裝示意圖如圖1所示。

圖1 鋼筋卡具安裝止水帶示意圖

采用這種方法，不論是襯砌環向還是仰拱縱向均解決了埋設困難的問題，在安設過程中，嚴禁鐵絲穿透止水帶，每50 cm布設一個卡具為宜。

2)背貼式止水帶:背貼式止水帶的安設易出現與防水板不密貼、單邊翹起、混凝土進入止水帶與防水板間、到襯砌底部不夠長、未深入仰拱等現象，施工中應嚴格控制背貼式止水帶的長度，在兩側施工縫處要深入仰拱，必要時可鑿除至少10 cm深，整體灌注;另外要確保背貼止水帶與防水板的密貼，采用膠粘或熱熔;為達到較好的密貼效果，可以提前測量出襯砌端頭的位置，在掛防水板前重點補噴平整處理，為下步背貼止水帶安設提供條件，堵頭板安設時，要卡緊中間位置，防止混凝土施工時橫向移動。

3)止水帶安設注意事項:接頭聯接，采用熱熔擠壓或專用防水膠粘結，確保粘結質量;為很好的固定其位置，確保接頭粘結牢固，粘結完成后，再采用三個鋼筋卡夾緊;接頭搭接長度不小于25 cm;襯砌環向止水帶避免在拱部及拱腰部位搭接;仰拱預埋環縱向止水帶的兩頭，必須保證搭接的長度不小于30 cm，且必須保證埋入本環仰拱混凝土一半，外漏一半，確保在施工縫處分中處理;現場易出現在混凝土施工時全部擠入本環仰拱內的情況，失去埋設意義。

另外縱向中埋止水帶盡量減少接頭，不需每環都斷開，可以整盤埋設，多余部分盤緊后放置于已施工完的仰拱填充頂面上，以便下環繼續打開延續，但應注意，下環仰拱施工時對中埋止水帶的保護，靠近處應人工小心清理仰拱端頭。

4 結語

1)地下水滲漏是隧道在運營中主要病害之一，尤其是在東北高寒區，極易發生凍害。因此在施工中應采取防、排、截、堵相結合的原則，嚴把工序質量關，加強過程控制，避免對隧道以后的運營帶來較大安全隱患。

2)東北地區隧道防排水施工效果，重點體現在防排水系統深埋處理與保溫措施的落實程度。防排水各項措施結合互補，缺一不可，施工過程中應逐項精細施作到位，否則襯砌后出現滲漏，補救困難。

3)中心深埋水溝由于施工難度大，一般只適用于高寒區隧道，但在地下水豐富的隧道施工中，中心深埋水溝對于降低地下水位，減少二襯背后水壓力，防止滲漏效果明顯。深埋水溝其技術控制指標非常重要，比如管口的銜接、縱向坡度的平順、管內定期清淤等。

4)深埋水溝具有利弊雙面性，優點較明顯，但也有如易堵管、相鄰管口錯臺較大造成排水截面減小等缺點，施作不好，易對后續工程造成嚴重影響，對日后運營及維修造成極大困難。

[1]劉利英.淺析隧道斷層破碎帶初支防排水措施[J］.山西建筑，2011，37(5):153-154.