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        既有鐵路隧道滲漏水分析及整治技術(shù)

        2022-07-20 08:23:46張文達(dá)雷林周鵬鵬李德武穆騰虎
        中國(guó)鐵路 2022年5期
        關(guān)鍵詞:施工

        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。

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