哈大鐵路客運專線隧道防排水設(shè)計

葉少敏，馬志富

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

1 概述

隨著近年來我國鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，隧道設(shè)計、施工技術(shù)日漸成熟，應(yīng)該說已發(fā)展到了較高的水平，但仍有不少隧道出現(xiàn)了一定程度的滲漏，并且隨時間的推移，滲漏量有不斷增加的趨勢，防排水技術(shù)離理想狀態(tài)還存在一定的差距，其設(shè)計理念還有待進一步完善。隧道防排水設(shè)計的合理性與施工質(zhì)量的好壞，是直接影響隧道今后運營安全與使用品質(zhì)的重要原因。貫徹環(huán)保理念，防止隧道工程建設(shè)給周圍生態(tài)環(huán)境造成危害，體現(xiàn)以人為本、進行“人性化”設(shè)計與施工是隧道建設(shè)的重要方面。

目前主要有2種隧道襯砌結(jié)構(gòu)的防排水類型:體現(xiàn)“以防為主，限量排放”的防水型，一般又稱半包式防水;另一種為“以防為主，多道設(shè)防”的防水型，一般又稱全包式防水。在發(fā)達國家考慮到環(huán)境保護和減少運營階段的養(yǎng)護工作量，為降低運營成本而大量采用了將地下水流堵在隧道外的全封閉防水措施。長期以來，為了避免或減弱地下水對隧道結(jié)構(gòu)的作用，保證隧道主體結(jié)構(gòu)安全，降低建設(shè)成本，我國山嶺隧道大多按照“以排為主”的原則建造［1］。

2 哈大鐵路客運專線防排水設(shè)計

結(jié)合本線隧道實際情況綜合考慮后確定設(shè)計原則:對于覆蓋層厚度小于30 m的短隧道，采用“全封閉不排水”的原則;一般深埋隧道采用“防、堵、截、排結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則。

2.1 半包防水隧道

主要隧道有九里莊、小山屯、老虎屯和轉(zhuǎn)山子等4座隧道，隧道最大埋深均超過30 m，長度均超過500 m，其中九里莊隧道全長4 340 m，為全線最長隧道。

(1)防排水設(shè)計原則

遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜、綜合治理”的原則，采取切實可靠的措施，達到防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟合理、不留后患的目的。確立結(jié)構(gòu)自防水為根本，同時加強施工縫、變形縫等細部結(jié)構(gòu)的防水措施。隧道防水等級為一級，主體結(jié)構(gòu)的抗?jié)B等級為S12。

(2)防水隔離層設(shè)計

在山嶺隧道建設(shè)中，隧道防水技術(shù)的核心是防水隔離層，防水隔離層由防水板和無紡布組成。防水板的作用是將地層滲水拒于二次襯砌之外，以免水與二次襯砌接觸并通過二次襯砌的薄弱環(huán)節(jié)滲入隧道。無紡布的作用是保護防水板，使防水板免遭尖銳物的刺傷，同時充當噴射混凝土與二次襯砌的滲水下排通道。

哈大鐵路客運專線半包隧道初期支護與二次襯砌間拱墻部位鋪設(shè)防水隔離層，防水板厚2.0 mm，防水板均與無紡布結(jié)合使用，無紡布不少于400 g/m2。二次襯砌拱部必要時預(yù)留充填注漿孔，待混凝土達到設(shè)計強度后，進行充填注漿。

防水板鋪設(shè)前采用專用熱熔襯墊及射釘將無紡布固定在噴射混凝土表面。專用熱熔襯墊及射釘按梅花形布置，無紡布鋪設(shè)要松緊適度，以能密貼噴射混凝土表面為佳。無紡布鋪設(shè)完成后，再使用施工臺架將防水板預(yù)鋪到固定位置，使用手動電熱焊接器加熱，使防水板焊接在固定無紡布的專用襯墊上。防水板間自動熱熔焊接采用自動雙縫熱熔焊接機，焊接2條焊縫，防水板搭接不小于10 cm。

(3)施工縫及變形縫防水設(shè)計

施工縫采用遇水膨脹止水膠和背貼式橡膠止水帶，環(huán)向按8～12 m一道設(shè)置，縱向按2道設(shè)置;變形縫在地層顯著變化處、明暗分界處設(shè)置，采用背貼式橡膠止水帶加中埋式鋼邊橡膠止水帶，并加設(shè)可維護注漿管，便于進行后續(xù)注漿堵水。

“?”:要證A為CSI-閉,只需證XA為CSI-開即可。首先由A為閉集,XA為開集;其次若F∈CIrr(X),F∩(XA)=?,即F?A,由已知,Fδ?A,于是Fδ∩(XA)=?,故XA為CSI-開。

隧道施工縫、變形縫是滲漏水處理的薄弱點。從抗?jié)B漏理論上講，止水帶與止水條是有效的。但在實際施工中，止水帶與止水條的安裝即使花費大量時間仍很難正確安設(shè)到預(yù)定位置，造成應(yīng)設(shè)防處存在一定程度的“真空”，起不到應(yīng)有的作用。而本線設(shè)計中考慮隧道一旦出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，可以通過可維護注漿管堵水并嵌填防水材料實施最后一道封堵。

(4)隧道排水系統(tǒng)

隧道排水系統(tǒng)一般分為隧道襯砌外排水系統(tǒng)和隧道內(nèi)排水體系兩大部分。隧道襯砌外排水系統(tǒng)(由環(huán)縱向盲管組成)的作用是將圍巖滲水、穿過初期支護被二次襯砌阻擋的滲水疏導(dǎo)、匯集并引排到排水溝;隧道內(nèi)排水系統(tǒng)(兩側(cè)水溝及中心水管)的作用則是將襯砌外排水系統(tǒng)匯集的地下滲水和其他廢水引排到隧道外［2］。

哈大鐵路客運專線半包型隧道在防水層與初期支護間拱墻設(shè)置HDPEφ50打孔波紋管盲管，一般地段10 m一道，富水地段5 m一道;邊墻墻腳縱向設(shè)HDPEφ107/93打孔波紋管盲管，并與環(huán)向盲管連通，連通點設(shè)三通管直接引入側(cè)溝內(nèi)。隧道內(nèi)設(shè)置雙側(cè)排水溝與中心排水管，并間隔30 m通過中心檢查井連通。見圖1。

圖1 哈大鐵路客運專線半包防水隧道防排水斷面示意

2.2 全包防水隧道

21世紀，生態(tài)環(huán)境保護是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主旋律，隧道建設(shè)與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展是廣大建設(shè)者的責任，如何正確地處理隧道建設(shè)與環(huán)境保護的關(guān)系是廣大工程技術(shù)人員需要認真思考和不斷探索的重大課題，應(yīng)該說“以防、堵為主，少排或不排”是今后隧道排水技術(shù)發(fā)展的必然方向。

在德國以地下水位高差80 m為界，劃分全包防水型及全包排水型。全包型在我國鐵路隧道應(yīng)用較少，但隨著我國對環(huán)境問題重視的提高，從保護環(huán)境的長遠考慮，這幾年逐步在部分地下水環(huán)境敏感或地面有重要建筑物不能因隧道長期排水引起沉降的地段進行了應(yīng)用，例如武廣客運專線的瀏陽河隧道、金沙洲隧道等。

哈大鐵路客運專線全包防水隧道主要有鞍山隧道、臺山隧道、筆架山隧道和三十里堡明洞，隧道地下水位差均為30 m以內(nèi)。其中鞍山隧道為“U”形隧道，全長2 440 m(50 m暗挖，其余為明挖)，為穿越城郊隧道，其余3座均為山嶺隧道。

(1)防排水設(shè)計原則

(2)防水隔離層設(shè)計

隧道襯砌均采用全包式防水。其中暗挖施工的隧道初期支護與二次襯砌間全斷面鋪設(shè)防水隔離層，防水板厚2.0 mm，防水板均與無紡布結(jié)合使用，無紡布不少于400 g/m2。明洞段襯砌外全斷面鋪設(shè)自粘式防水板。自粘式防水板的自粘膠料與基層水泥水化產(chǎn)物形成互穿界面網(wǎng)絡(luò)，具有一定滲透深度，同時可以提高基體面層的強度與自防水能力，當防水層由于局部破壞而導(dǎo)致發(fā)生滲漏時，只在該點處發(fā)生滲漏，而不會在防水層與基面之間形成竄水，滲漏點明確，便于查找滲漏源進行修補，同時自粘式具有一定自愈能力，在發(fā)生意外的微小穿刺時，可以在擠壓應(yīng)力作用下，自動對防水層的破損處進行封堵［3］。

(3)施工縫及變形縫防水

模筑襯砌施工縫環(huán)向按8～12 m一道設(shè)計，縱向按2～4道設(shè)計，施工縫采用遇水膨脹止水膠加背貼式橡膠止水帶防水;結(jié)構(gòu)明顯變化和明暗分界處設(shè)置變形縫，變形縫采用中埋鋼邊橡膠止水帶加背貼式橡膠止水帶防水。為保證接縫防水效果，中埋止水帶內(nèi)側(cè)設(shè)注漿管，待混凝土達到強度后進行注漿防水。見圖2。

圖2 哈大鐵路客運專線全包防水隧道防排水斷面示意

3 結(jié)語

山嶺隧道埋深和地下水位高度有別于地鐵、過街地道、人防工程等市政地下工程。對于市政工程，由于埋深較小、水位不高，有條件通過襯砌結(jié)構(gòu)加強對地下水采用“全堵”方案，來避免地下水流失對城市環(huán)境產(chǎn)生負面影響;而山嶺隧道地下水位一般都較高，如果采用“全堵”方案，如地下水壓過高，產(chǎn)生的荷載會超過襯砌結(jié)構(gòu)承載力，不僅僅需要增加工程造價，有時甚至無法實施。現(xiàn)行大多數(shù)排水型半包隧道涌排水使地下水逐漸疏干，惡化水文地質(zhì)條件，使地下水位不斷下降，地下水疏干漏斗不斷擴大，導(dǎo)致洞頂?shù)乇砗雍越撸h(huán)境失去平衡進而引發(fā)生態(tài)環(huán)境破壞和巖溶地面塌陷等災(zāi)害，嚴重影響人民的生產(chǎn)和生活，隧道部門也苦于補救和巨額賠償因而隧道防排水以堵為主的呼聲日益高漲［4］。考慮到350 km/h客運專線大跨結(jié)構(gòu)的特殊性，哈大鐵路客運專線隧道設(shè)計按水頭差30 m劃分半包與全包隧道，對“全封閉不排水”設(shè)計進行了有益的探索。至于是否可以按德國標準80 m水頭差劃分或如國內(nèi)有學者提出在隧道洞壁上安裝限壓閥，一旦水壓大于設(shè)計值，閥門自動打開，排水卸壓等等還需要進一步研究。

［1］錢文斐.新奧法隧道防排水設(shè)計現(xiàn)狀［J］.地下工程與隧道，2007(S):25-27.

［2］王夢恕，等.中國隧道及地下工程修建技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［3］蔣雅君，等.自粘防水卷材在隧道防水中的適應(yīng)性探討［J］.新型建筑材料，2007(2):69-72.

［4］齊海鋒.全封閉的隧道防排水設(shè)計理念［J］.山西建筑，2010(9):342-343.

［5］鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司.哈大鐵路客運專線隧道專業(yè)設(shè)計文件［Z］.天津:鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，2007.