郭揚(yáng)
(中鐵隧道集團(tuán)有限公司,河南 洛陽 471000)
鐵路隧道是修建在地下或水下供車輛通行的建筑物。根據(jù)其所在位置可分為三大類:為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越的稱為山嶺隧道;為穿越河流或海峽而從河下或海底通過的稱為水下隧道;為適應(yīng)鐵路通過城市內(nèi)而在城市地下修建的稱為城市隧道。
滲漏水是鐵路隧道運(yùn)營期間的常見病害。地下水的存在不僅可能造成施工困難,還會(huì)不同程度地降低圍巖強(qiáng)度,留下安全隱患。而地下水的侵入和滲出造成的隧道滲漏,已經(jīng)成為隧道運(yùn)營期問的主要病害。下面主要針對山嶺隧道進(jìn)行討論。
地下水廣泛存在于地下巖土體中,與人類工程活動(dòng)(尤其是隧道與地下工程)關(guān)系密切。地下水與巖土體的相互作用會(huì)使巖土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低,產(chǎn)生各種不良自然地質(zhì)現(xiàn)象和工程地質(zhì)現(xiàn)象,如滑坡、涌水、突泥、侵蝕、地基沉陷、翻漿等,給隧道工程的建筑和正常使用造成嚴(yán)重的危害。
此外,在地下水的大量化學(xué)成分,侵蝕性的存在,可能對混凝土、鋼筋產(chǎn)生不同程度的腐蝕作用。腐蝕性地下水在隧道內(nèi)的滲出。不僅對隧道襯砌和路面造成影響,還將影響到隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)施的運(yùn)營安全和運(yùn)營效率。
首先,在隧道進(jìn)洞前應(yīng)對隧道軸線范圍內(nèi)的地表水進(jìn)行了解,分析地表水的補(bǔ)給方式、來源情況,做好地表防排水工作。如用分層夯實(shí)的土回填勘探用的坑洼、探坑;對通過隧道洞頂且底部巖層裂縫較多的溝谷,建議用漿砌片石鋪砌溝底,用水泥砂漿抹面勾縫;開溝疏導(dǎo)隧道附近封閉的積水洼地;在地表有泉眼的地方,涌水處埋設(shè)導(dǎo)管進(jìn)行泉水引排;在隧道洞口上方設(shè)置天溝,并用漿砌片石砌筑。將地表水排到隧道穿過的地表外側(cè),防止地表水的下滲和對洞口仰坡沖刷,并與路基邊溝順接成排水系統(tǒng);洞頂開挖的仰坡、邊坡坡面可用噴射混凝土將其封閉,并對洞口上方及兩側(cè)掛網(wǎng)噴漿;若在洞頂設(shè)置高壓水池時(shí),應(yīng)做好防滲防溢設(shè)施,且水池宜設(shè)在遠(yuǎn)離隧道軸線處。
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展,和對科學(xué)技術(shù)的高度重視,我國隧道的防排水技術(shù)也有了長足的進(jìn)步。一般鐵路隧道的防排水體系具有圈層構(gòu)造,可用“一堵兩排兩防”來概括:即一圈圍巖注漿堵水,噴射混凝土與防水層間、防水層與襯砌間兩圈排水,專用防水層和襯砌混凝土兩層防水。
圍巖注漿堵水即在隧道圍巖的富水區(qū)段向地層灌注漿液,封堵地層中的滲水裂隙,減少圍巖流向隧道的滲水。圍巖注漿堵水既可在隧道開挖前從地表鉆孔實(shí)施,也可在隧道開挖后通過徑向注漿或超前預(yù)注漿來完成。一般開挖過程中采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿,即拱部和邊墻在開挖完成后打設(shè)超前小導(dǎo)管并注漿至設(shè)計(jì)要求后,掛網(wǎng)噴混凝土后進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的開挖;徑向注漿一般應(yīng)用在襯砌施工之前,垂直于隧道輪廓線打設(shè)一圈注漿錨桿并注漿至設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行二次襯砌的工作。
從圍巖中出來的滲水,受到防水層的阻擋,不能沿徑向滲向隧道,而只能在重力的作用下沿著噴射混凝土與防水層間的間隙下滲。如果隧道圍巖的滲水量不大,則此間隙足以將其下排。如果隧道圍巖的滲水量較大,在噴射混凝土與防水層的間隙應(yīng)每隔數(shù)米設(shè)置環(huán)向排水盲管,用以增加滲水的下排能力,水量較大的區(qū)域加密盲管,使水流可以沿著盲管滲漏下去,減小噴射混凝土與防水層間隙內(nèi)的水壓,進(jìn)而減小滲水穿越防水層的可能。
在鐵路隧道建設(shè)中,隧道防水技術(shù)的核心是在復(fù)合式襯砌中設(shè)置防水層。防水層由防水板和無紡?fù)凉げ冀M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中的薄弱環(huán)節(jié)滲入隧道。土工布的主要作用是保護(hù)防水板,使防水板免遭尖銳物的刺傷而破損失去效用,同時(shí)充當(dāng)噴射混凝土與二次襯砌間的滲水下排通道。近年來,我國的隧道防水材料發(fā)展很快,種類繁多,其中有聚氯乙烯(PVC)、乙烯/乙酸乙烯共聚物(EVA)和高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)等應(yīng)用廣泛,具有優(yōu)良的柔韌性、防滲性、延伸性、耐磨性、耐老化、環(huán)保無污染等優(yōu)點(diǎn)。防水層的鋪設(shè)工藝也在不斷改進(jìn),其中以雙縫焊接和免釘穿防水板鋪設(shè)工藝最具代表性。
由于防水層在隧道施工期間和運(yùn)營期間均有可能受到損傷,一旦防水層出現(xiàn)缺陷,防水層外的有壓水就會(huì)穿過防水層滲流到二次襯砌中。由于二次襯砌與防水層之間空隙極小,又缺乏土工織物充當(dāng)排水通道,二次襯砌與防水層之間的滲水下排到縱向盲管的阻力很大。這種情況下,滲水就容易沿隧道縱向擴(kuò)散,通過襯砌的缺陷部位,尤其是襯砌施工縫,向隧道內(nèi)滲漏。因此,防水層與二次襯砌間的排水也很重要,而目前在隧道防排水體系設(shè)計(jì)中一般不考慮采取防水層與混凝土襯砌間的排水措施,這是一個(gè)普遍存在的問題。
二次襯砌是隧道防水的最后一道防線。目前在襯砌設(shè)計(jì)中一般均采用抗?jié)B等級大于等于P6的混凝土。施工過程中混凝土配合比得當(dāng),澆筑時(shí)振搗充分,不出現(xiàn)漏漿和走模等意外情況,澆筑完后保養(yǎng)到位,在水壓較小的情況下,地下水是不易滲透至隧道內(nèi)的。然而,事實(shí)上目前的許多隧道在建成后,襯砌的一些部位仍出現(xiàn)了滲漏水現(xiàn)象,特別是在襯砌施工縫處更是容易發(fā)生滲漏。這表明目前二次襯砌在設(shè)計(jì)和施工方面仍有待改進(jìn)的地方。應(yīng)通過合理設(shè)計(jì)、精心施工,使混凝土密實(shí)不裂,施工縫的防排水構(gòu)造合理,保證整個(gè)襯砌防水可靠。
隧道整治原則是“以排為主,排堵結(jié)合”。目前對于初支完成后治水采用比較廣泛的是壁后徑向注漿,針對隧道圍巖淋水部位,利用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī),地質(zhì)鉆鉆孔。注漿材料主要采用超細(xì)水泥、普通水泥單液漿、超細(xì)水泥-水玻璃雙液漿、普通水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿堵水施工。采用徑向布孔,將水?dāng)D排至水溝,使隧道淋水圍巖形成一道隔水層,防止?jié)B流水進(jìn)入隧道內(nèi)。
注漿孔口管一般采用Φ42普通鋼管加工,前端加工封閉成錐形,從管前端在管壁每隔30cm梅花型布置Φ4~6毫米溢漿孔。垂直于隧道輪廓打設(shè)一圈,環(huán)向間距一般2.5米。注漿壓力達(dá)到終壓,并穩(wěn)定15~20分鐘,涌水量滿足設(shè)計(jì)要求方可停止注漿。
對于初支背后空洞較大的地段一般采用回填壓漿,對空隙較大的后背壓入砂漿,初壓完成后再重新打孔,壓入水灰比0.6~0.7的水泥漿進(jìn)行檢查壓漿。壓漿后仍有滲水的地段采取高濃度的雙液壓漿。對襯砌后背填料較滿的隧道直接壓入0.6~0.7水泥漿,檢查壓漿時(shí)最好摻入5%UEA膨脹劑等材料。
雙液壓漿:把水泥漿和水玻璃按比例混合后壓漿。它的特點(diǎn)是速凝,對涌水量較大的地段堵水效果較好。
漿液濃度要因地制宜,對滲水量較大的地段加大濃度,保證3~5min初凝最好。施工前對各個(gè)材料的指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn),采用最優(yōu)方法。
隧道洞內(nèi)、洞外防排水系統(tǒng)是有機(jī)聯(lián)系的,防排水的各項(xiàng)要求也是有聯(lián)系、相互影響的,任何工序上的失誤都將對隧道的安全質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。我們在實(shí)際施工中應(yīng)該將這兩者結(jié)合起來,因地制宜,對癥下藥,建設(shè)出令人滿意的百年工程。
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