支義

摘要：本文結合鄭西鐵路客運專線張茅隧道2號斜井的防排水施工，按照客運專線隧道防排水設計思路，并考慮到影響隧道防排水結構設計的因素，形成一套有效的隧道防排水施工工藝，該方法有效地解決了大斷面富水段黃土隧道施工中存在諸多技術難題，確保施工期間洞內排水快捷、安全、流暢。

Abstract： This paper combines the waterproof and drainage construction of No.2 inclined shaft of Zhangmao Tunnel of Zhengzhou-Xi'an Railway Passenger Dedicated Line， according to the design idea of waterproofing and drainage of passenger dedicated tunnel， and taking into account the factors affecting the design of tunnel waterproofing and drainage structure， forms an effective tunnel waterproofing and drainage construction process. The construction process effectively solves many technical problems in the construction of the loess tunnel in the large section water-rich section and ensures that the drainage inside the cave is fast， safe and smooth during construction.

關鍵詞：鐵路；隧道；防排水

Key words： railway；tunnel；waterproof and drainage

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）33-0116-02

1 工程概況

張茅隧道2號斜井位于河南省陜縣境內，是鄭西客運專線重點工程ZXZQ08標段。洞內主要巖性為第四系中更新統(tǒng)（Q2）富水黏質黃土夾圓礫土，垂直節(jié)理發(fā)育，老黃土呈硬塑狀，屬Ⅴ級黃土加強段，正洞最大開挖寬度15.62m，最大開挖高度13.48m，斷面達到163.87m2，施工難度大。

該段為黏質黃土，其物理、力學指標：天然密度（2.0g/cm3）、天然含水量（23%）、天然空隙比（0.67）、空隙率（40.20%）、飽和度（95%）、液限（37%）、塑限（22%）、塑性指數(shù)（15）、液性指數(shù)（0.16）、干密度（1.68g/cm3）、基本承載力（250kPa）、凝聚力（60kPa）、內摩擦角（21？準）、摩擦系數(shù)（0.3）、壓縮系數(shù)（>0.4MPa-1）等參數(shù)。

2號斜井洞身開挖完成后，土體中有水不斷滲出，經實測含水量已超過20%，大約10分鐘左右土體漸漸發(fā)生軟化、剝落、掉塊等不良現(xiàn)象，水流沿巖面滲流至拱腳，使拱腳處黃土變軟，支護體出現(xiàn)不同程度的輕微下沉現(xiàn)象，圍巖自穩(wěn)性很差，施工難度增加并提高了施工安全風險。

集中水量采集：曾于2006.11～2016.12，對2號斜井XK0+153.2位置斜井襯砌的一根排水支管（？準50），經過一周時間早晚定時采集出水量，詳見表1。結論：此管的出水量平均值為1.18L/min，計算出每月出水總量約為51m3。然而，正洞斷面遠大于斜井斷面，推算出正洞每延米的出水量約2.1m3/d。

施工措施：在斜井與正洞交叉口設一處集中積水池（容量約21.86m3），仰拱填充表面每隔205米設一處小型蓄水池（容量約14.8m3），側溝積水和中心水溝積水就近排向蓄水池，利用多臺水泵接力抽水直至洞外。經計算本工點排水量約1250m3/d，最大排水量約1700m3/d。

2 隧道防排水設計原則

①鐵路隧道施工防排水設計：應遵循 “防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理”的原則，切實可靠的采取技術措施，達到了防水可靠、排水通暢、經濟合理、不留后患等目的。使襯砌表面干燥亮澤，保證施工期間洞內設備的正常使用。

②隧道防水應以二次襯砌結構自防水為主，結合變形縫和施工縫防水為重點，輔助防水層和注漿加強防水。

③隧道內排水設置了兩側排水溝和中心排水溝為主體，且防水層背面加橫向？準50PVC排水管，邊墻底設縱橫向？準160PVC排水管為輔助作用，匯集到積水池，集中排出洞外。

3 隧道防排水系統(tǒng)施工要點

3.1 隧道施工防排水工作思路

該隧道處于地下水位以下及黏質黃土的特性，僅靠“防”或“排”的方法不可取，根據(jù)現(xiàn)行鐵路規(guī)范依靠綜合治理的辦法，并結合“防、排、截、堵”的治理原則和指導思想。施工期間，強調“堵”，即開挖后及時施做初噴混凝土封閉開挖面，阻止黃土中的水在開挖后由于靜壓力作用形成通路；而永久設施強調“排”，即在隧道二次襯砌完成后，須將水及時排出降低水壓，體現(xiàn)“無壓排水”的設計精神和施工思路。

3.2 隧道防水施工的幾個要點

3.2.1 初噴混凝土封閉開挖巖面

初始噴射混凝土是初期支護的一個重要環(huán)節(jié)，厚度宜為4～6cm。濕陷性黃土的水分由于開挖后水壓力的靜作用而演變成通路，土體表面濕潤、滴水、剝落、掉塊，減弱了圍巖強度。施工中采取短進尺、快封閉，掌子面每循環(huán)開挖深度為80cm（仰拱一次性開挖長度為3～4m），初噴混凝土及時封閉開挖面，初步起到防水作用。在涌水量過大地段，通過初噴對整個掌子面及作業(yè)面全部密封，作業(yè)面形成硬質殼體結構，初支表面的水流順殼體的凹面流到下導側溝內，從而引水至洞外。實踐證明這種方法是非常有效可行的。

3.2.2 復合式防水層（防水板+無防布）

復合式防水層設于初期支護和二次模筑之間，表面光滑，即可減少混凝土與二次模筑混凝土之間約束應力和防止二次襯砌混凝土產生裂縫，也能阻止從噴混凝土表面滲出的水分，滲透到襯砌混凝土。施工方法為：初噴混凝土表面平整牢靠，無尖銳凸出物存在，不然則從根部割除，在割除部位及周邊按照規(guī)范要求用水泥沙漿覆蓋處理。初噴混凝土整理完表面，將無防布用塑料圓墊片貼上，而后用水泥鋼釘錨固塑料墊片。防水板采用熱熔法手工焊接在塑料圓墊上，焊接應牢固可靠。防水板搭接采用雙焊縫熱熔焊接（寬度不得小于150mm），焊縫間空腔采用充氣法進行檢查。

3.3 隧道排水施工要點

3.3.1 洞內排水要求

縱向設置了兩根？準160排水管、兩側邊溝和中心水溝，五條排水設施。側溝起到沉淀兼顧部分排水作用（下導至仰拱段：同樣設側溝在距下導拱腳1.5m處，防止下導拱腳長期浸泡，軟化地基，同時在兩側可以放置電焊機、小型空壓機等設備），中心水溝采用明溝形式，施工期間把中心水溝回填透水性材料，共同確保洞內排水快捷、安全、流暢。

3.3.2 施工期間排水流程圖（圖1）

3.3.3 施工縫少量滲水處理

襯砌混凝土及仰拱填充混凝土完成后，在施工縫接縫處出現(xiàn)少量的滲水現(xiàn)象。這些滲水量盡管很小，然而對以后運營中路面混凝土的危害可能較大。因此，在滲水嚴重地段進行打孔埋管，強調“以排為主”的指導思想，把這部分滲水通過導管引到中心排水溝，可以有效防止水的侵滲對路面造成破壞。

3.3.4 仰拱開挖面冒水處理

仰拱開挖過程中，在隧道中線靠近掌子面一側設小型積水池，便于仰拱抽水。經過多次循環(huán)開挖仰拱，總結出小型積水池最佳尺寸，長：1.6m、寬：1.2m、高：50cm。

仰拱開挖完，能看到基底有大面積浸水、部分表面出現(xiàn)了像泉眼一樣不停地冒水，及時采用仰拱初噴，厚度在15～20cm。

仰拱初噴作用：及時封閉開挖面，防止地基軟化、水流形成通路，同時大大提高地基承載力；形成硬質殼體結構作業(yè)面，有利于快速閉合初支鋼拱架的施工。

3.3.5 仰拱填充表面積水處理

針對仰拱底部積水排出洞外，選用鐵皮積水箱作為中轉抽水設備（長：2m、寬：1.2m、高：1.2m），用于仰拱底部小型積水池。

施工期間若在中心水溝填滿黃土，則造成中心水溝局部冒水，致使仰拱填充表面積水橫流。因此在中心水溝選擇透水性材料（如石碴），在積水池旁的中心水溝內（約一米長）填成具有堵水的材料，讓水流順12‰的隧道縱坡流到積水池，從而有效地解決了仰拱表面積水的難題。

4 影響防排水結構設計的因素

4.1 地層巖性與地質構造

此段隧道為黏質黃土、夾少量姜結石，遇水有軟化作用，具有輕微的膨脹性。因此采取了較為全面的防排水設施。

4.2 隧道涌水量與涌水類型

隧道涌水量與涌水類型是隧道防排水設計的主要依據(jù)。張茅隧道中2號斜井涌水量最大，并局部有股水流出，適當加強了防排水設施。

4.3 施工方法與襯砌結構

施工方法與襯砌結構都取決于圍巖類別，在隧道結構穩(wěn)定的前提下，考慮隧道防排水設施是隧道防排水之必須。富水黃土隧道采用“網、錨、噴”聯(lián)合支護的復合結構；二次襯砌采用復合式加強襯砌結構。

5 結語

鄭西客運專線張茅隧道2號斜井的防排水施工，必須遵循“防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理”的原則，結合影響隧道防排水結構設計的因素，形成一套有效的隧道防排水施工工藝，該方法切實、可靠，有效地解決了大斷面富水段黃土隧道施工中存在諸多技術難題，達到排水快捷、安全、暢通、不留后患的目的。

參考文獻：

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