張廣乾，仇玉良

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

鐵路隧道新型防排水結構應用探討

張廣乾，仇玉良

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

鐵路隧道防排水設計是隧道設計的重要內容，隧道防排水的可靠性將嚴重地制約隧道運營環(huán)境和使用壽命，文中介紹的新型防排水結構是對原有隧道防排水的極大優(yōu)化。本文詳述了新型防排水材料——排水板的特性，及其與土工布和防水板組成的復合式新型防排水結構在隧道防排水應用中的優(yōu)越性，并闡述了這種新型防排水結構在鐵路隧道中的具體應用及施工技術，為以后鐵路隧道防排水結構的設計和施工提供參考。

鐵路隧道 新型防排水結構 排水板 設計和施工

由于防排水觀念和經(jīng)濟技術水平的原因，在很長一段時間內，我國隧道滲漏水現(xiàn)象十分嚴重，隧道滲漏水現(xiàn)象成為鐵路建設的通?。?-5］。目前，隨著高速鐵路隧道和電氣化鐵路隧道的不斷修建，鐵路隧道對防排水提出了嚴格的要求。如果隧道內滲漏水，將極大地惡化隧道內的運營環(huán)境，弱化隧道的使用性;滲漏水還會對隧道混凝土襯砌形成侵蝕破壞，引起混凝土內鋼筋的銹蝕，導致隧道襯砌材質劣化、剝離;滲漏水會嚴重影響通信、電力設備等的安全，甚至影響隧道結構的穩(wěn)定性。特別是在寒冷地區(qū)隧道襯砌混凝土長時間處于凍融循環(huán)中，混凝土中的滲漏水將在長期的低溫環(huán)境中形成冰，產(chǎn)生的凍脹力可導致洞內線路起伏不平、地板翻漿冒泥、側溝開裂、拱墻變形和襯砌開裂、剝落、酥碎、錯臺等，致使混凝土結構破壞。若滲水量較大，冬天則會在隧道路面結冰，形成冰溜子，影響運營;還會在隧道襯砌與圍巖間形成冰楔，冰凍壓力使襯砌發(fā)生斷裂、破碎等現(xiàn)象。而在隧道襯砌壁面結冰(掛冰)或形成的冰柱，會侵入限界，嚴重威脅行車安全和隧道的正常使用。隧道內滲漏水量大，凍害極嚴重時甚至導致隧道報廢［6］?？梢?，搞好隧道防水和排水，確保隧道不滲不漏，是保證隧道長久適用性和運營安全的重要因素。隧道發(fā)生滲漏水現(xiàn)象除與地下水豐富有關外，主要是隧道設計與施工不當造成的。要使隧道不滲不漏，成功的防排水設計是前提條件，嚴格的施工是重要的保障。因此，須首先從設計上對防排水結構形式予以不斷優(yōu)化。

目前，大多數(shù)隧道防排水均采用在初期支護與二次襯砌之間安設環(huán)向盲管或盲溝，然后鋪設土工無紡布和塑料防水板的防排水形式。主要通過盲管或盲溝將裂隙水引入縱向排水管，防水板用來阻擋滲漏水通過二次襯砌滲入隧道內［7-9］。但是，這種防排水結構在以往工程中的防排水效果也并不盡如人意，特別是在圍巖富水帶、巖溶裂隙發(fā)育地段或有大量裂隙水的隧道中。為克服單靠線狀的盲管來匯集圍巖裂隙水將其引流至縱向盲管或盲溝的局限性，在對相關資料研究的基礎上，汲取了以往防排水經(jīng)驗，并分析隧道滲漏水原因，設計上采用三維排水板代替盲管來排水擋水。通過面狀的排水板來快速地匯集圍巖裂隙水，并將其迅速地引流至縱向盲管或盲溝，這樣能有效地防止襯砌間積水和滲漏水現(xiàn)象的發(fā)生。

1 排水板特性

排水板是采用特殊工藝將聚苯乙烯(HIPS)或高密度聚乙烯塑膠底板經(jīng)過沖壓制成的具有圓錐凸臺(或中空圓柱形多孔)和順暢的排水空間，水可在其間自由流動的防排水功能性材料，結構如圖1所示。施工時圓錐突臺的頂面膠接一層無紡土工布，以阻止泥土、巖石風化顆粒等微粒通過而阻塞排水通道。這樣的結構形成了一個具有匯水、排水和擋水功能的立體式構造，為排水提供了充分的空間，可以有效地解決排水擋水問題。這種新型排水板具有的密度大質量輕、空間剛度高、抗穿刺能力強和不易銹蝕等特點，決定了排水板易于施工、形成的排水擋水結構永久可靠。排水板可根據(jù)工程實際，做成不同寬度和長度(最窄可做成10 cm的帶狀)，以滿足工程需求。且排水板具有較好的柔韌性，能隨隧道拱墻鋪設和拉伸，延伸率大，能有效地根據(jù)混凝土開裂而延伸，有效防水和延長防排水結構的使用壽命，使隧道混凝土拱墻在正常使用條件下不受水的壓力影響而導致滲漏。

圖1 排水板結構

采用排水板、土工布和防水板組成的復合式防排水結構，改變了傳統(tǒng)的以堵為主的防排水方法，防水工程做到排、防、堵、截相結合，將被動防水改為主動防水。做到先排后防，將滲漏水快速排出，減小水壓，保護防水層，隔絕空氣，防止老化。

目前，隧道常用的排水結構為防水板后鋪設塑料盲管，塑料盲管為線狀，可匯水與導流，匯水區(qū)域小，水流通路有限，混凝土振搗易破壞盲管，致使混凝土堵塞管路，排水系統(tǒng)失效?？傊?，排水板與排水盲管相比具有三維立體透水，排水性強，能有效過濾各種細小顆粒，防止堵塞，不易銹蝕，堅固耐用等優(yōu)點。

2 防排水設計

防排水施工中，遇圍巖股狀涌水或局部集中漏水時，需對涌水點或漏水點埋設排水管或排水板(帶)，引流至排水溝。并需對涌水點進行徑向注漿，減少涌水量，然后再施作無紡土工布、排水板和防水板。排水板安設在拱墻初期支護與二次襯砌之間(必要時仰拱下也設置)，環(huán)向設置，需伸入邊墻底部縱向盲溝內。排水板寬1 m，厚度不小于8 mm，縱向間距10 m，當水量較大時，可在水量較大處增設1～2道［10］。若隧道穿越含水層、巖溶裂隙發(fā)育地段和地下水豐富且埋深較淺地段，則應布設沿隧道縱向連續(xù)的排水板引排水，排水板厚度應根據(jù)圍巖滲水量的大小確定。排水板、無紡土工布(質量 ＞360 g/m2)和1.3 mm厚的 EVA防水板構成的復合式防排水結構如圖2所示。邊墻墻角處縱向設φ80 mm透水軟管或盲溝，縱向盲管應設在襯砌邊墻腳處防水層外側，縱向坡度不得小于2‰，一般與線路縱向設計坡度一致。排水板可根據(jù)隧道開挖后圍巖含水量靈活布設，既節(jié)省投資，又能有效地引流，阻擋滲漏水。

圖2 防排水結構示意

3 排水板施工技術

由排水板、土工布和防水板組成的防排水系統(tǒng)中，各部分施工質量都至關重要。但土工布和防水板的鋪設技術已相當成熟，在施工中嚴格按其施工工藝鋪設即可，故此只論述排水板的施工技術。

3.1 工藝原理

排水板施工的核心是懸掛鋪設和焊接。排水板的鋪設要確保凸面與初期支護接觸即朝向有水流一面(如圖3所示)，使得滲漏水有出路。對于連續(xù)鋪設排水板段落，根據(jù)排水板寬度，標出每幅排水板接茬部位，然后利用專用臺車(架)沿隧道環(huán)向鋪設排水板，并固定。焊接是利用熱熔焊機加熱，在高溫下使兩排水板接茬部位局部熔化、擠壓而粘合為一整體。

圖3 排水板鋪設示意

3.2 基面(初期支護表面)處理要點

鋪設防水層以前應對基面(初期支護表面)進行檢查，應滿足以下要求:

1)排水板鋪設區(qū)段初期支護應基本穩(wěn)定，且距掌子面爆破作業(yè)處有一定的安全距離。

2)初期支護若為噴鋼纖維混凝土，則基面應補噴一層水泥砂漿，以免防水層受到損傷。

3)初期支護的噴射混凝土厚度必須滿足設計要求，不足者應予補噴。基面上的凹坑深度h與跨度L (L≤1 m)之比應滿足h/L＜1/10，當不滿足或凹處連續(xù)出現(xiàn)剝落、掉塊時應及時回填找平，然后方可鋪設排水板。

4)噴射混凝土表面應無疏松、空鼓、裂縫和大量集中滲水等現(xiàn)象，否則應予處理，鋪設前認真清理初期支護表面上的所有雜物，噴層表面的凸出棱角、巖包及附著的大顆粒石子均應用錘捶平或用砂漿抹平。

5)對穿出噴射混凝土表面的金屬構件，如鋼筋頭、注漿管等，切除后用錘捶平，抹砂漿;對錨桿頭、錨管頭不能切除的金屬構件，必須用砂漿抹成圓弧，其圓弧半徑應＞30 cm，以防刺破排水板。

3.3 鋪設工藝流程

1)施工前對操作人員進行崗前培訓，了解排水板特性，掌握鋪設及焊接要求，并配齊機具設備。

2)鋪設緩沖/濾水層，即利用臺車(架)把無紡土工布鋪設在符合要求的隧道基面上并固定。

3)按隧道基面長度裁取合格的排水板，標出焊接線(連續(xù)鋪設)和拱頂中線，對稱卷起。

4)采用專用臺車從拱部向兩側邊墻懸掛排水板，鋪設松緊應適度并留有余量。

5)采用電熱壓焊器熱熔緩沖層熱塑性墊圈，使排水板與熱塑性墊圈熔化粘結為一體固定于基面上，對于連續(xù)鋪設的排水板采用熱合機或手持焊槍焊接搭接部位，并檢查焊接質量。

6)鋪設并固定EVA防水板。

4 工程應用

4.1 工程概況

由排水板、土工布和防水板組成的新型復合式防排水結構已在張家口至唐山新建重載快速鐵路中實施應用。此工程為典型的山區(qū)鐵路，橋隧比較高，全線隧道洞身段圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，富水段較多，應用該新型復合式防排水結構與縱向排水管形成了安全有效的防排水結構。

4.2 防排水結構應用效果

張?zhí)畦F路隧道采用的排水板、土工布和防水板組成的新型復合式防排水結構能較好地解決隧道襯砌后圍巖裂隙水和網(wǎng)狀出水問題。從實施效果看，該新型復合式防排水結構與原來的防水板加盲管結構相比，施工工藝基本相同，造價相當。新型結構將線狀匯水改變成面狀匯水，并拓寬了過水斷面，極大地優(yōu)化了水流通路，改善了襯砌后水文環(huán)境，避免了隧道滲漏水及凍脹病害的發(fā)生。且該結構安全可靠，耐久性好，較傳統(tǒng)的防排水結構效果明顯，達到了預期效果。確保了隧道結構和設備的安全，降低了隧道病害發(fā)生幾率，為隧道維護和營運提供了良好的環(huán)境。

5 結語

鐵路隧道防排水是通過采用防排水材料和防排水結構實現(xiàn)的，是否先進、合理對防排水效果尤為重要。本文采用的排水板代替盲管后能更為有效地匯集滲漏水并及時排走，與防水板的組合利用能長期保持防排水效果，實現(xiàn)真正意義上的排、防、堵、截相結合，不失為鐵路隧道行之有效的防排水結構，值得推廣應用。

［1］王毅才．隧道工程［M］．北京:人民交通出版社，2006．

［2］陳華．嚴寒地區(qū)公路隧道防排水技術［J］．遼寧交通科技，2005(7):86-88．

［3］賴金星，謝永利，李寧軍．牧護關隧道滲漏水病害治理方案及施工工藝［J］．隧道機械與施工技術，2007(24):47-49．

［4］孫世濤．某鐵路隧道滲漏水的原因分析與治理技術［J］．山西建筑，2008，34(12):329-330．

［5］張民慶．隧道工程結構防排水技術與滲漏水治理［J］．鐵道工程學報，1999，63(3):56-64．

［6］羅彥斌．寒區(qū)隧道凍害等級劃分及防治技術研究［D］．北京:北京交通大學，2010．

［7］龐旭卿．京包鐵路八蘇木隧道防排水技術研究［J］．路基工程，2010(4):242-244．

［8］中華人民共和國鐵道部．TB 10003—2005 鐵路隧道設計規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．

［9］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局．GB 50108—2008 地下工程防水技術規(guī)范［S］．北京:中國計劃出版社，2009．

［10］鐵道第三勘察設計院．張家口至唐山新建鐵路工程兩階段施工圖設計文件［R］．天津:鐵道第三勘察設計院，2011．

(責任審編 趙其文)

U455.49

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．20

2014-08-07;

:2015-05-20

張廣乾(1980— )，男，陜西藍田人，工程師，碩士。

1003-1995(2015)08-0067-03