張文達(dá)，雷林，周鵬鵬，李德武，穆騰虎

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；2.中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 工務(wù)部，甘肅 蘭州 730000；3.蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

我國(guó)鐵路隧道數(shù)量日益增多，截至2021年3月，全路運(yùn)營(yíng)鐵路隧道約15 554座，長(zhǎng)度約18 771.8 km，其中高速鐵路隧道4 728座，長(zhǎng)度約8 185.9 km。受設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)維修等多方面影響，隧道襯砌滲漏水病害較為突出［1］。徐卓寧、楊文宣［2-3］通過(guò)隧道滲漏水病害調(diào)查研究，提出了“堵、排、截、引”相結(jié)合的綜合整治措施；楊承洞［4］研發(fā)了一種新型水泥基灌漿材料TGRM，并應(yīng)用于隧道滲漏水整治；葉飛等［5］針對(duì)隧道滲漏水問(wèn)題，提出集中泄水泄壓的整治思路；王星華［6］采用新型黏土漿液工程整治方案治理隧道滲漏水；楊甲奇［7］針對(duì)某深埋隧道巖體裂隙發(fā)育問(wèn)題，通過(guò)流固耦合滲流場(chǎng)分析，為深埋隧道漏水病害注漿堵水設(shè)計(jì)提供參考；萬(wàn)利、丁銳［8-9］針對(duì)隧道襯砌滲漏水常發(fā)生于施工縫、變形縫、伸縮縫等狀況，提出一套施工縫滲漏水整治方案。

隧道開(kāi)挖建成后，山體中的既有水系重新分布。西北地區(qū)黃土隧道受地質(zhì)、水文條件影響，圍巖中的氯化鹽、硫酸鹽、碳酸鹽等易溶鹽類遇水后，伴隨滲漏水流入隧道縱、環(huán)向排水盲管內(nèi)結(jié)晶，久而久之造成排水盲溝（管）結(jié)晶堵塞，進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致既有排水系統(tǒng)失效。另外，隧道滲漏水病害還會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)劣化，引發(fā)道床翻漿冒泥、鋼軌及扣件銹蝕、電力牽引區(qū)段接觸網(wǎng)漏電跳閘等問(wèn)題。尤其在冬季，寒區(qū)鐵路隧道滲漏水還常演變?yōu)橐r砌掛冰、道床凍結(jié)等次生災(zāi)害，影響既有線列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全和隧道設(shè)備設(shè)施的健康服役［10-11］。因此，有必要針對(duì)既有線隧道滲漏水病害類型、原因及整治措施等開(kāi)展進(jìn)一步研究。

1 滲漏水分類

受地下水、不良地質(zhì)構(gòu)造等自然條件影響，部分隧道襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生開(kāi)裂、錯(cuò)位等病害，致使周邊圍巖中地下水、地表水滲漏至隧道內(nèi)，不僅影響襯砌結(jié)構(gòu)的正常使用，還會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性降低。工程中，隧道滲漏水常按以下4種方式分類。

（1）根據(jù)滲漏水程度由輕至重分為：濕漬、滲水、水珠、滴水、線漏等（見(jiàn)表1）。

表1 滲漏水類型及表現(xiàn)形式

（2）根據(jù)滲漏水產(chǎn)生部位分為：拱頂（頂部）、側(cè)墻、仰拱（底板）滲漏等（見(jiàn)圖1）。

圖1 不同部位滲漏水

（3）根據(jù)滲漏水在隧道襯砌結(jié)構(gòu)上的差異分為：點(diǎn)、線和面滲漏3種（見(jiàn)圖2）。

圖2 滲漏水點(diǎn)線面差異分類

（4）按水源補(bǔ)給方式分為：地表水補(bǔ)給和地下圍巖裂隙水補(bǔ)給2類。通常，地表補(bǔ)給水引發(fā)的滲漏水流量，隨地表水源補(bǔ)給而滯后變化，但地下圍巖裂隙水補(bǔ)給的滲漏水流量，基本不受季節(jié)變化及降雨影響。部分隧道滲漏水，也可能同時(shí)受以上2種水源補(bǔ)給影響。

2 滲漏水成因分析

2.1 設(shè)計(jì)方面

（1）隧道設(shè)計(jì)階段勘查不細(xì)。隧道穿越含水地層時(shí)，地層中的原有地下水通道被截?cái)唷Ｈ粼谒淼婪琅潘O(shè)計(jì)階段，對(duì)穿越的節(jié)理發(fā)育巖層、暗河、溶洞等預(yù)判存在偏差，對(duì)圍巖級(jí)別及水文地質(zhì)條件評(píng)估不夠準(zhǔn)確，很可能導(dǎo)致初期支護(hù)和二次襯砌的抗?jié)B等級(jí)不達(dá)標(biāo)、防排水措施不完善、防腐蝕設(shè)計(jì)不足［11］。同時(shí)，部分設(shè)計(jì)單位對(duì)隧道開(kāi)挖所處的水文地質(zhì)環(huán)境缺乏動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，給隧道滲漏水埋下源頭隱患。

（2）防排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠合理。鐵路隧道防排水設(shè)計(jì)通常采用全線一套通用圖，一般采用“排水盲管+防水板+止水帶”的防排水體系，很少針對(duì)不同水文地質(zhì)條件優(yōu)化防排水設(shè)計(jì)，排水管堵塞、防水板破損、橡膠止水帶扭曲、寒區(qū)鐵路隧道排水盲管凍結(jié)失效、排水溝整體結(jié)冰等病害時(shí)有發(fā)生。尤其在相鄰兩板隧道襯砌的環(huán)向接縫處，橡膠止水條、止水帶松動(dòng)變位或脫落現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，密封排水效果大打折扣。既有排水系統(tǒng)復(fù)雜且設(shè)計(jì)不夠合理，造成沉降縫、施工縫（含冷縫）、結(jié)構(gòu)裂縫、襯砌不密實(shí)等薄弱部位滲漏水。

2.2 施工方面

（1）超欠挖。隧道施工中的超欠挖，會(huì)造成初期支護(hù)和圍巖間、二次襯砌和初期支護(hù)間存在儲(chǔ)水空間。這部分地下水若處理不當(dāng)，易在襯砌薄弱部位造成滲漏水。

（2）防水板安裝不規(guī)范。防水板是阻斷地下水進(jìn)入隧道的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但受初期支護(hù)表面不平整、防水板安裝機(jī)械擦傷、接縫處封閉不牢、熱熔墊片封閉不嚴(yán)等因素影響，防水板易發(fā)生擦裂或戳穿。防水板施工質(zhì)量缺陷是隧道滲漏水產(chǎn)生的主要原因。

（3）二襯缺陷。隧道二襯施工中，混凝土和易性差、振搗不密實(shí)、泵壓不足、模板臺(tái)車(chē)拆模過(guò)早、混凝土早期養(yǎng)護(hù)不足等，常造成二次襯砌存在質(zhì)量缺陷，給地下水提供了滲流通道。

（4）止水帶埋設(shè)不規(guī)范。目前在環(huán)向和縱向施工縫處采用的橡膠止水帶，易發(fā)生固定不牢，在混凝土澆筑中常出現(xiàn)脫落、變位，造成施工縫處密封不嚴(yán)，既有排水系統(tǒng)存在缺陷。

2.3 養(yǎng)護(hù)維修方面

部分設(shè)備維管單位未嚴(yán)格落實(shí)養(yǎng)護(hù)維修規(guī)定，未對(duì)隧道排水系統(tǒng)定期清理、疏通，造成隧道側(cè)溝、中心排水溝、盲管出水口等部位結(jié)晶、淤積、堵塞。既有排水系統(tǒng)失效，進(jìn)而導(dǎo)致襯砌背后地下水無(wú)法及時(shí)排出，在水壓作用下，沉降縫、施工縫（含冷縫）、結(jié)構(gòu)裂縫、襯砌不密實(shí)等薄弱處所產(chǎn)生滲漏水。

3 滲漏水整治技術(shù)

近年來(lái)，針對(duì)隧道滲漏水的整治多采用“排堵結(jié)合”方案，取得了一定整治效果。但調(diào)查回訪發(fā)現(xiàn)，不少隧道滲漏水工程整治完工后，出現(xiàn)病害反復(fù)，常見(jiàn)滲漏水病害整治完工后，在附近未發(fā)生過(guò)滲漏水的位置出現(xiàn)了不同程度的滲漏水。通過(guò)調(diào)研踏勘中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱蘭州局集團(tuán)公司）管內(nèi)寶中、蘭渝等鐵路沿線隧道滲漏水工點(diǎn)，結(jié)合寶中鐵路某隧道滲漏水病害整治工況，研發(fā)出一種低位疏排引流和降低水位的綜合整治方案，并應(yīng)用于工程整治，取得了良好效果。

3.1 病害概況

寶中鐵路某單線隧道建于20世紀(jì)90年代，全長(zhǎng)329 m。2016年9月，工務(wù)人員在設(shè)備檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)K152+410處拱頂存在線狀滲漏水，K152+360~480處基底翻漿冒泥嚴(yán)重（見(jiàn)圖3），線路幾何尺寸不良，立即報(bào)告并現(xiàn)場(chǎng)看護(hù)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、反復(fù)比選，研究制定低位疏排引流和降低水位的綜合整治方案。

圖3 寶中鐵路某隧道滲漏水現(xiàn)場(chǎng)

3.2 整治技術(shù)

（1）低位引流。在滲漏水處所，采用水鉆或風(fēng)鉆在距隧道邊墻底部約50 cm高處鉆設(shè)泄水孔，直徑為100 mm，深度鉆穿防水板。施工時(shí)，鉆孔不宜打穿初期支護(hù)，以防噴沙涌泥。為便于結(jié)晶體的清理疏通，在泄水孔內(nèi)安裝直徑80 mm、壁厚3 mm PVC管，管口外端用橡膠圈進(jìn)行填塞固定，以防脫落。在泄水孔下方設(shè)置引水槽，將積水引排至側(cè)溝。通過(guò)在泄水孔內(nèi)安裝PVC管，將結(jié)晶體收集在光滑的PVC管內(nèi)，減少了結(jié)晶體在孔壁的吸附堆積，便于清理疏通（見(jiàn)圖4）。泄水孔長(zhǎng)時(shí)間結(jié)晶淤積后，可將PVC管抽出清理，或更換新的PVC管，很大程度上減少了結(jié)晶體的淤積附著。

圖4 滲漏水嚴(yán)重地段施做潛孔室引流方案

滲漏水較嚴(yán)重處所宜新建潛孔室，或在既有大、小避車(chē)洞內(nèi)擴(kuò)挖形成潛孔室。在潛孔室內(nèi)，沿隧道邊墻外側(cè)向上呈扇形施做φ70 mm潛孔眼排水（見(jiàn)圖5）。潛孔深度一般控制在10 m左右，并內(nèi)襯外裹雙層化學(xué)纖維滲濾布且設(shè)有φ5 mm細(xì)孔的PVC管，兼顧防止細(xì)顆粒土砂流失及引水功能。

（2）降低水位。在滲漏水區(qū)段長(zhǎng)、漏水量大、水壓高地段，長(zhǎng)期滲漏水造成隧道襯砌背后或仰拱底部土砂流失嚴(yán)重，誘發(fā)隧道結(jié)構(gòu)性病害，在這種地段采用了降低水位措施。施工時(shí)，在避車(chē)洞或邊墻處設(shè)置低位泄水洞。從泄水洞內(nèi)向隧道頂部鉆設(shè)φ80 mm的潛水孔，坡度約7%，長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況10~20 m不等，潛水孔內(nèi)設(shè)高壓聚乙烯引水管，管壁梅花形布置直徑為8 mm的泄水孔，間距約20 cm，引水管外設(shè)雙層化學(xué)纖維滲濾布或土工布（見(jiàn)圖5）。采用此方案，可降低滲漏水區(qū)段的地下水水位，將滲漏水聚集后集中引排至側(cè)溝或洞外，有效整治因滲漏水誘發(fā)的隧道翻漿冒泥、襯砌滲水掛冰等病害。

圖5 降低水位整治方案

3.3 整治效果

低位引流和降低水位整治鐵路隧道滲漏水，可根據(jù)滲漏水程度及發(fā)生部位單獨(dú)采用或綜合使用。通過(guò)對(duì)蘭州局集團(tuán)公司管內(nèi)寶中、蘭渝、包蘭線老頭溝、頡河1#隧道等滲漏水工程整治，完工后持續(xù)觀察4年，均未發(fā)現(xiàn)滲漏水反復(fù)，取得了良好的整治效果（見(jiàn)圖6）。

圖6 整治完工后的泄水洞及線路狀況

4 結(jié)論和建議

隧道滲漏水病害整治是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，通過(guò)分析鐵路隧道滲漏水病害的類型及成因，提出了一種適合于既有線鐵路隧道的整治技術(shù)，主要結(jié)論和建議如下：

（1）隧道滲漏水應(yīng)堅(jiān)持源頭管控。設(shè)計(jì)單位要因地制宜，深入調(diào)查，合理優(yōu)化防排水設(shè)計(jì)方案。施工單位應(yīng)規(guī)范工藝流程，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，在源頭上保證隧道防排水系統(tǒng)完善暢通。設(shè)備維管單位應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)養(yǎng)修規(guī)定，及時(shí)清理、疏通排水設(shè)施。

（2）隧道滲漏水整治應(yīng)采取堵排結(jié)合、因地制宜、綜合治理。采用低位疏排引流和降低水位的綜合整治方案，可有效整治隧道滲漏水病害。

（3）建議隧道滲漏水病害整治應(yīng)“早發(fā)現(xiàn)、早整治”，找到根源，對(duì)癥下藥。同時(shí)，加強(qiáng)隧道的日常養(yǎng)護(hù)管理，對(duì)滲漏水部位立卡建檔，責(zé)任到人，合理確定檢修周期，避免滲漏水引發(fā)隧道襯砌結(jié)構(gòu)劣化。