嚴(yán)寒地區(qū)隧道防滲排水施工技術(shù)研究

蔡釗鈞

（中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300133）

0 引言

在嚴(yán)寒地區(qū)，隧道施工過程中常常會(huì)出現(xiàn)滲漏水病害，并受到季節(jié)性凍脹融沉的影響，這會(huì)直接影響到隧道結(jié)構(gòu)及后期行車的安全。為避免因隧道防滲排水效果不佳而出現(xiàn)重大交通事故，在嚴(yán)寒地區(qū)開展隧道防滲排水施工時(shí)，采取科學(xué)的施工工藝至關(guān)重要。本文就嚴(yán)寒地區(qū)隧道防滲排水施工技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程背景

新建沈陽(yáng)至白河高速鐵路工程SBJL-TJ-4標(biāo)段DK238+794～DK269+108.5，正線長(zhǎng)度30.651km。建平隧道為本標(biāo)段最長(zhǎng)隧道，隧道地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，覆蓋層較薄，易發(fā)塌方冒頂；Ⅳ、Ⅴ級(jí)軟弱圍巖綜合占比約50%；不良地質(zhì)地段多，其中包括巖溶、斷層破碎帶以及危巖落石等地段，因此施工風(fēng)險(xiǎn)較高[1]。該工程位于高緯度嚴(yán)寒地區(qū)，最低氣溫-35.5℃，最冷月平均氣溫可達(dá)-16.3℃，最大凍結(jié)深度1.8m，最大積雪深度達(dá)0.43m。按全線創(chuàng)優(yōu)規(guī)劃要求，本隧道創(chuàng)吉林省優(yōu)質(zhì)工程，且地處嚴(yán)寒地區(qū)，隧道防滲排水防凍保溫措施工藝復(fù)雜，施工組織難度大，質(zhì)量和安全管理風(fēng)險(xiǎn)高，故建平隧道為本標(biāo)段重難點(diǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)隧道[2]。因此，隧道結(jié)構(gòu)的防滲排水技術(shù)是該工程施工技術(shù)重點(diǎn)。

2 隧道防滲排水設(shè)計(jì)方案

2.1 基本設(shè)計(jì)原則

在該工程隧道施工時(shí)，本著“因地制宜、綜合治理”的原則，并與“防、排、截、堵”等方法融合，完善排水系統(tǒng)，改良保溫措施，增強(qiáng)隧道的防水性，使排水系統(tǒng)能持續(xù)工作，避免出現(xiàn)隧道內(nèi)結(jié)冰、道路路面滲水、襯砌滴水以及圍巖凍脹等隱患，保持隧道內(nèi)部干燥通風(fēng)。

2.2 防水層設(shè)計(jì)

（1）土工織物和初期支護(hù)之間不留縫隙，緊密相貼，土工布規(guī)格為350g/m2，搭接寬度至少設(shè)置為10cm。

（2）防水板選用EVA防水板，厚度為1.2mm，搭接寬度至少設(shè)置為10cm，選擇雙縫熱焊的方式。

（3）變形縫設(shè)置背貼式止水帶+中埋式止水帶，施工縫為背貼式可排水止水帶+帶注漿管膨脹止水帶。

2.3 排水管設(shè)計(jì)

（1）隧道側(cè)壁縱向排水管采用DN160HDPE打孔波紋管，眼孔直徑為6～8mm，橫向排水管選擇使用無孔雙壁波紋管（型號(hào)為DN100HDPE），縱向間距設(shè)為20m。順沿隧道左右側(cè)壁的縱向排水管全部貫通。

（2）將彈簧排水管（型號(hào)為DN100Ω）設(shè)置于隧道的拱背處，并使其與縱向排水管相接，排水管V級(jí)圍巖依照每5～6m設(shè)置一道，集中滲水處可適度加密。

3 嚴(yán)寒地區(qū)鐵路隧道防滲排水施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 隧道外部的防滲排水施工

在隧道進(jìn)洞施工時(shí)，先完成對(duì)隧道外部防水、排水設(shè)施的建設(shè)，為防止地表水沖刷隧道邊仰坡或滲入隧道洞門背部造成凍脹，需及時(shí)將截水天溝同路塹邊溝接通，以保證洞頂?shù)乇硭軌蝽槙撑懦觥槭顾淼涝诙疽材軌蝽槙撑潘谒淼雷鳂I(yè)過程中，可運(yùn)用集水箱在洞外加熱并利用水泵將其向自然溝抽排去；貫通之后，可使路基水溝同深埋于洞內(nèi)的水溝連通，進(jìn)而確保排水線路體系全面、完整，出水口應(yīng)選用保溫型出水口，并將其設(shè)于背風(fēng)向陽(yáng)處[3]。

3.2 中心深埋水溝

本線路施工中，隧道內(nèi)部地下水較為豐富，施工條件較差，又由于受氣候條件的影響，較易出現(xiàn)塌陷及流砂的情況，需合理設(shè)計(jì)開挖長(zhǎng)度，并采取合適的開挖方式。中心深埋水溝施工工藝流程如圖1所示，具體施工過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

圖1 中心深埋水溝施工工藝流程圖

（1）該水溝選用的是預(yù)制混凝土管，其長(zhǎng)度、直徑分別為2m、80cm，管體設(shè)置了梅花形的滲水孔，在鋪設(shè)管線時(shí)要求對(duì)標(biāo)高、坡度嚴(yán)加控制，以防發(fā)生隆起現(xiàn)象；

（2）選用分層回填法回填水溝，以保證水溝能正常使用；

（3）在開挖時(shí)，需保護(hù)拱墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，按設(shè)計(jì)好的坡度對(duì)中心水溝進(jìn)行開挖，水溝不能有明顯破損，且禁止出現(xiàn)露筋、空洞的現(xiàn)象。

（4）保證水溝盡量平整，不允許溝底坡度出現(xiàn)反坡現(xiàn)象，禁止水溝存有泥土、砂漿等雜物；

（5）水溝埋置深度、構(gòu)造樣式必須與項(xiàng)目設(shè)計(jì)相符，排水保溫策略應(yīng)符合《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9604—2015）。

3.3 初期支護(hù)地表排水作業(yè)

在掛設(shè)土工布、防水板之前，需先清理襯砌表面，對(duì)于外包土工布，依照8～10m的間距安裝塑纖排水濾管（F60*40環(huán)向可維護(hù)型），若是地下水處于發(fā)育階段，則應(yīng)加大安裝密度。另外，需將外包土工布的塑纖排水濾管（Φ80mm的可維護(hù)型）設(shè)置于隧道兩側(cè)邊墻墻角的外側(cè)，在深埋于隧道中段的水溝處引入豎向、環(huán)向排水管（型號(hào)為Φ100mm的隧底PVC橫向倒水管），借助三通使三管實(shí)現(xiàn)連接。環(huán)向透水管與橫向倒水管間距相同，并將橫向倒水管放于20cm×20cm碎石盲溝內(nèi)。

3.4 防水板施工

3.4.1 單層防水

土工布采用防水板自動(dòng)鋪設(shè)臺(tái)車從一側(cè)邊墻開始鋪設(shè)，沿開挖輪廓自行滾動(dòng)展開，鋪設(shè)同時(shí)同步固定，通過帶金屬絲的墊圈將土工布釘在噴射混凝土面上，如圖2所示。

圖2 防水板固定示意圖

為準(zhǔn)確定位墊圈位置使用紅外線激光設(shè)備，防止墊片距離太大而導(dǎo)致局部松脫，水泥釘?shù)拈L(zhǎng)度應(yīng)在50mm及以上，拱頂平均每平方米3～4個(gè)，邊墻平均每平方米2～3個(gè)。鋪設(shè)防水板的工序與土工布鋪設(shè)相同，開始于單側(cè)邊墻處（利用自動(dòng)提升軌行小車），在鋪設(shè)過程中，運(yùn)用超聲波焊機(jī)使墊片、防水板牢固焊接在一起，其粘結(jié)剝離強(qiáng)度必須大于等于防水板抗拉強(qiáng)度。防水板鋪設(shè)時(shí)要注意與土工布密貼，并不得緊繃，應(yīng)要預(yù)留松弛量[4]。

板材采用雙縫熱熔自動(dòng)焊接機(jī)焊接，如圖3所示。

圖3 防水板焊接示意圖

3.4.2 雙層保溫防水層

（1）將透水盲管（管徑80mm）設(shè)置于防水板背后環(huán)向，每板二次襯砌設(shè)計(jì)1道，若遇地下水發(fā)育，則加大密度至4～6m每道。將透水盲管（管徑100mm）設(shè)置于隧道水溝底30cm以上的縱向處（兩側(cè)邊墻的墻腳外側(cè)），且其排水坡度與路線直線相同，并且坡率應(yīng)在3%及以上。

（2）抗凍設(shè)防段靠洞口900m范圍內(nèi)的V級(jí)圍巖暗挖段拱墻范圍設(shè)置保溫層，抗凍設(shè)防段的其余范圍僅對(duì)環(huán)向盲管設(shè)置保溫層。

在拱墻的二次襯砌、初期支護(hù)中間，應(yīng)設(shè)置保溫層，由間夾聚氨酯保溫板（厚度為5cm）的雙層防水板構(gòu)成，運(yùn)用浸塑法處理保溫板，以使其具有更好的防潮作用。具體如圖4所示。

圖4 雙層保溫板結(jié)構(gòu)示意圖

保溫層設(shè)置于縱向襯砌側(cè)（盲管外側(cè)），保溫板由雙層防水板構(gòu)成。聚氨酯保溫板預(yù)制成內(nèi)徑R=6cm的圓弧狀單元塊，弧度為60°，縱向長(zhǎng)度與拱墻保溫板長(zhǎng)度保持一致[5]。

運(yùn)用鋪掛臺(tái)車鋪設(shè)保溫層、防水板。利用熱合拼幅法焊接防水板之間的搭接。鋪設(shè)時(shí)，平行放置兩幅卷材，壓茬寬10cm，接著再利用熱合焊縫機(jī)將其邊緣壓合至一處。作為雙縫焊接的拼幅接縫正中留有空腔，目的是方便充氣查驗(yàn)，焊縫寬應(yīng)在10mm及以內(nèi)，并且持續(xù)均衡，無焊穿、假焊等缺陷，確保焊接密實(shí)，搭接長(zhǎng)度、寬度符合要求，具體如圖5所示。

圖5 防水板和保溫層鋪掛示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際工程中，嚴(yán)寒地區(qū)隧道項(xiàng)目極易受到地下水的影響，會(huì)直接影響到整個(gè)隧道的安全，因此，防滲排水施工至關(guān)重要。本文依托新建沈陽(yáng)至白河高速鐵路工程SBJL-TJ-4標(biāo)段建平隧道，對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)隧道施工防滲排水方案進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，包括防水層設(shè)計(jì)和排水管設(shè)計(jì)，改良了保溫措施，增強(qiáng)了隧道的防水性，施工中嚴(yán)格執(zhí)行嚴(yán)寒地區(qū)鐵路隧道防滲排水施工技術(shù)要點(diǎn)，有效地確保了施工安全，并加快了施工效率，提高了工程質(zhì)量，保障了嚴(yán)寒地區(qū)隧道工程的質(zhì)量。