嚴寒地區隧道深埋中心排水管施工技術

陳利平

摘 要：在嚴寒地區，隧道結構因為地下水的存在，長期出現凍脹的問題，經過凍融后，隧道結構會產生破壞，這樣會大大影響了結構使用壽命，設置中心排水管是嚴寒地區隧道防凍害的有效措施。

關鍵詞：嚴寒地區；隧道；深埋中心水溝；施工技術

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A

張呼鐵路隧道深埋中心排水溝與施工技術做粗淺的研究，以全新的設計理念為切入點，對防排水施工技術進行探討，創新及研究總結出成套關于嚴寒地區隧道深埋中心排水管施工技術方法。

1.工程概況

張家口至呼和浩特鐵路位于華北北部，呈東西走向。線路東起河北省張家口市張家口南站，經河北省萬全縣、懷安縣、尚義縣后進入內蒙古自治區境內，經烏蘭察布市興和縣、察右前旗、集寧區、卓資縣，西迄于呼和浩特市呼和浩特東站，全線共設隧道42km/30座。該區段年平均氣溫為2.9℃～9.6℃，極端最低溫度-25.4℃～-35.6℃，最冷月平均氣溫-15.9℃，最大凍結深度246cm，按相關文獻，劃分為嚴寒地區。

2.隧道排水系統設計理念

張呼鐵路隧道全部采用深埋中心排水管，排水管位置設置在凍結線以下，保證了主排水溝通暢，避免了主排水溝發生凍脹的可能。隧道內設置貫通仰拱下方的C40鋼筋混凝土埋深中心排水管，管徑700mm，排水管滿足《混凝土和鋼筋混凝土排水管》（GB/T11836-2009）Ⅲ級管的規格要求，并采用軟性企口管型，洞內檢查井間距按30m布設，排水管采用C20細石混凝土鋪底，排水管采用陶粒混凝土回填密實，陶粒混凝土性能應滿足《輕骨料混凝土技術規程》（JGJ51-2002）規定的混凝土強度等級LC5.0的要求。

隧道中心排水管設置于線路中心仰拱底部，管中心距內軌頂面3.25m，距仰拱頂面1.35m。中心排水管采用承插式C40鋼筋混凝土預制管，外徑700mm，壁厚7cm。中心排水管管座采用C20細石混凝土，管身周圍采用LC5.0級陶粒混凝土回填密實至仰拱底面。

張呼鐵路隧道襯砌背后均設環向盲管、縱向盲管、橫向泄水管及雙側保溫側溝、中心深埋排水溝，使洞內外形成一個完整的排水系統。排水期間，環向盲管、縱向盲管通過橫向排水盲管將隧道襯砌背后的地下水匯集到中心檢查井內，再通過貫通仰拱下方的深埋中心排水管排出洞外。

3.隧道深埋中心水溝施工工藝介紹

為提高隧道深埋中心排水管施工質量，使其發揮使用功效，我們在施工現場多次進行工藝試驗，總結施工順序為：施工準備→隧底虛渣清理→測量放樣→水溝基槽開挖→噴射混凝土封閉找平→細石混凝土底座澆筑→中心水管安裝→陶粒混凝土澆筑。

（1）中心水溝基槽開挖

中心深埋水溝施工影響隧道兩側拱腳的整體性和穩定性，當水溝埋深較深，隧道斷面跨度較小時影響更為明顯，為防止仰拱超挖，采用預裂爆破的方式開挖基槽，不同圍巖等級調整單孔裝藥量及炮孔布置，使爆破盡量減小對隧底圍巖擾動，保護圍巖的自承能力，有效控制基槽超挖。爆破后挖開中心水溝，挖掘機開挖時應在設計高程以上保留10cm厚的虛渣，采用人工開挖，避免超挖。對超挖部分采用噴射砼回填、找平；出現局部欠挖情況，采用小藥量補炮或風鎬處理。

每次爆破后檢查爆破效果，分析原因及時修正爆破參數，提高爆破效果，改善技術經濟指標。根據巖石節理裂隙發育、巖性軟硬情況，修正眼距，用藥量，特別是預裂眼。根據爆破后石砟的塊度修正參數。如石砟塊度小，說明主炮眼布置偏密；塊度大說明主炮眼偏疏，用藥量過大。根據開挖面凹凸情況修正鉆眼深度，使炮眼眼底基本在同一斷面上，噴射混凝土封閉找平。

（2）細石混凝土底座澆筑

清理水溝基底虛渣及積水，并及時施作C20細石混凝土底座。細石混凝土底座采用定位弧形模板，壓模弧度、卡槽與承插管外徑一致，通過調節定位弧形模板控制底座縱坡，保證中心管安裝的順直度和穩定性，使中心管排水縱坡與隧道線路縱坡一致。

（3）中心水管安裝

預制管在鋪設前，先將管節的承口內表和插口的外表用鋼絲刷把油污雜物清除干凈，按管徑規格選用相應的橡膠密封圈，并套入插口槽內，要求做到四周均勻、平順、無扭曲，以防滲水。

鋪管時，將管節平穩吊下，平移到排管的接口處，順底座坡度調整管節的標高和軸線，然后用緊管設備將管子的插口慢慢插入承口，在承插管子的過程中，管節仍需懸吊著，以降低緊管時的拉力。管節插入時，應注意橡膠圈不出現扭曲、脫槽等現象。中心水管靠掌子面方向用鋼模封堵，接縫嚴密、固定牢固，安裝完畢后進行中心管位置檢查，對其位置及縱坡進行微調。

（4）陶粒混凝土拌和

①陶粒需預先在專用水池中浸泡，在拌和站設置2座用于浸泡陶粒的可循環水池方可滿足施工需求，一是確保陶粒在飽和含水狀態，二是在拌合施工前過濾掉多余水分，再進行拌合；攪拌時只加入配合比有效用水量，嚴格控制混凝土的配合比。

②攪拌陶粒混凝土時，試驗人員現場需檢測陶粒飽和含水狀態以及嚴格控制拌合時間120s。

③攪拌時，控制最佳放水時間和進料順序，確保混凝土的和易性。

④采用強制式攪拌機攪拌，設置專用陶粒料倉上料。

⑤陶粒混凝土攪拌后的拌合料，實測坍落度很小，但振搗時仍能振搗密實，流動性也和普通混凝土一樣，因此攪拌施工時，避免僅從外觀判斷上的錯覺而隨便調整陶粒混凝土的用水量。

（5）陶粒混凝土澆筑

中心水管周圍采用陶粒混凝土回填密實至仰拱底面標高，對陶粒漂浮現象及時進行處理，振搗時間不宜過長。

4.使用新施工工藝的優、缺點

綜合大尖山1號隧道施工深埋中心水溝的情況來看，深埋中心水溝設計埋深距內軌頂面3.25m，中心水管周邊采用具有保溫效果的陶粒混凝土進行包封，且在檢查井上設置了40cm的保溫井蓋，有效地防止了隧道排水的凍害，適合用于寒冷地區隧道排水。深埋中心水溝按照設計要求施工現場完全可以做好。

（1）新施工工藝的優點

①能夠保證隧底穩定和施工安全

隧道施工的要求是盡早封閉成環，以達到最佳的受力狀態，深埋中心水溝的設置，是在完整的基巖上開了個槽口，采用預裂爆破對隧底基巖產生擾動小，基巖的穩定性和承載力不會降低。且中心深埋水溝施工時間短，增加初支封閉成環和仰拱施工時間，無安全風險。

②能夠有效降低成本

中心水溝開挖爆破采用預裂爆破，預裂爆破能較好控制水溝底部和兩側的超挖情況，但采用預裂爆破，垂直鉆眼難度小，耗用的時間和藥量比普通爆破減小一倍，且鉆孔時風槍鉆頭朝下，風槍中的水不易排出，不會形成卡鉆，同時鉆孔角度容易把握，爆破藥量又容易控制，不會形成超挖，且成型規則。

③提高勞動功率，縮短工序銜接

IV、V級圍巖要求仰拱開挖一次不超過3m。而中心水管每節為2.5m，底座C20細石混凝土和陶粒混凝土澆筑完成后各需要3-4小時的凝固時間，比傳統水溝每循環節約2小時，有效縮短了隧道仰拱施工的時間。

④對施工質量有明顯提高

深埋中心水溝埋設在仰拱和初支底部，埋設較深，先澆筑細石混凝土底座，再安裝中心管道，以及后期澆筑陶粒混凝土，使施工深埋中心質量得到有效保證。

（2）新施工工藝存在缺點

①施工工序煩瑣，深埋中心水管后期維修困難，接頭部位密封不好，就會產生滲水漏水現象，造成質量隱患。

②深埋中心水管太重，安裝時稍有不慎，就會損壞管頭，造成漏滲水。

結語

通過施工工藝的優化，仰拱和中心水溝開挖采用預留爆破，及時調整爆破參數，減少火工品用量，降低了工程成本，同時有效地控制水溝超欠挖現象，同時預留爆破對隧底擾動小、施工方便，確保了施工安全；通過先澆筑底座，后安裝水管，增強了隧道標準化作業，保證施工質量。

參考文獻

[1]盧春房.高速鐵路建設典型工程案例[M].北京：中國鐵道出版社，2013.endprint