楊昌賢 夏勇

摘要：針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)隧道水害產(chǎn)生的原因，結(jié)合牡綏線設(shè)計(jì)，從隧道防水板、中心排水溝、保溫措施和盲溝設(shè)計(jì)等方面出發(fā)，文章對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)防排水設(shè)計(jì)提出一些認(rèn)識(shí)：選用適于低溫且柔韌性、抗壓性能好的防水板材料；隧道全長(zhǎng)或者洞口段一定范圍內(nèi)設(shè)置處于凍結(jié)線以外的中心深埋水溝和環(huán)向盲溝；采用聚氨酯板保溫材料，并設(shè)置保溫出水口和雙側(cè)保溫水溝。

關(guān)鍵詞：嚴(yán)寒地區(qū)；防排水設(shè)計(jì)；中心排水溝；盲溝

中圖分類號(hào)：U453 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）01-0060-03

一、概述

我國(guó)東北地區(qū)由于所處的高緯度寒冷環(huán)境所帶來的一系列凍害使得寒區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)隧道的防排水設(shè)計(jì)和施工面臨許多新的問題，處置不當(dāng)會(huì)給后期的運(yùn)營(yíng)管理帶來困難，甚至在今后造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。如何從設(shè)計(jì)上全面的考慮隧道的防排水設(shè)計(jì)，從根本上解決寒區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)隧道由于水造成隧道的病害問題變得日益迫切。

調(diào)查表明，處于嚴(yán)寒地區(qū)的哈爾濱鐵路局所轄范圍內(nèi)目前運(yùn)營(yíng)的34座鐵路隧道中，其中有20座受滲漏水危害，4座受凍害影響，3座同時(shí)受凍害和滲漏水的影響，給目前運(yùn)營(yíng)和維修造成很大的代價(jià)。表1為其中危害較嚴(yán)重的11座隧道情況簡(jiǎn)介：

二、隧道水害原因分析

嚴(yán)寒地區(qū)隧道漏水會(huì)造成道床翻漿冒泥、掛冰侵限、襯砌開裂腐蝕、軌道及零部件銹蝕、電力設(shè)備損害等病害加劇，影響行車及人身安全。分析其原因很復(fù)雜，但歸根結(jié)底只有兩點(diǎn)：排水不暢通，防水不嚴(yán)密。目前國(guó)內(nèi)隧道的防水設(shè)計(jì)，主要通過圍巖徑向注漿、防水板及二次襯砌結(jié)構(gòu)自防水三個(gè)方面；而排水設(shè)計(jì)主要是通過一系列的管道將襯砌背后積水排出隧道洞口外。而嚴(yán)寒地區(qū)隧道由于水而發(fā)生的一系列病害，正是由于上述防水和排水措施在設(shè)計(jì)和施工時(shí)出現(xiàn)了問題，主要表現(xiàn)在：

（一）防水板損傷

目前國(guó)內(nèi)隧道主要通過新奧法理念進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工，采用復(fù)合式襯砌，即初期支護(hù)+防水層+二次襯砌的“三明治”結(jié)構(gòu)。防水板損傷的原因有以下幾個(gè)：一方面根據(jù)目前的施工工藝，防水層外側(cè)的初期支護(hù)一般為噴射混凝土，相關(guān)技術(shù)規(guī)范中雖有平整度的要求，但表面是粗糙的，加上錨噴支護(hù)中施作錨桿時(shí)外露未處理的端部，容易造成防水板破壞而漏水；另一方面伴隨著隧道運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加，周邊圍巖的進(jìn)一步劣化，造成了局部位置初期支護(hù)與二次襯砌之間壓力變大，從而使得介于兩者之間的防水板承受較大壓力而破損；還有一方面表現(xiàn)在二次襯砌施作以后一段時(shí)間內(nèi)，由于圍巖應(yīng)力的重分布，造成局部位置初期支護(hù)與二次襯砌出現(xiàn)相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，使得防水板破損。此時(shí)通過水壓力的作用，水便通過襯砌的某些薄弱如施工縫等位置進(jìn)入隧道。

（二）環(huán)向、縱向盲溝、排水橫溝以及中心排水溝凍結(jié)或堵塞

隧道環(huán)向、縱向盲溝一般通過排水橫溝將水引到中心排水溝并隨之排出洞外。而嚴(yán)寒地區(qū)由于冬季的極端低溫，容易造成環(huán)向、縱向盲溝、排水橫溝以及中心排水溝中的某些環(huán)節(jié)發(fā)生凍結(jié)進(jìn)而堵塞，隧道襯砌背后大面積積水，排水不通暢，從而造成隧道

漏水。

三、防排水設(shè)計(jì)

本文結(jié)合在建牡丹江至綏芬河擴(kuò)能改造工程（以下簡(jiǎn)稱“牡綏線”）隧道防排水設(shè)計(jì)，對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水提出一些淺薄的看法。牡綏線為時(shí)速200km雙線電氣化鐵路，沿線牡丹江市年最低氣溫為-17.2℃，綏芬河市為-18.1℃，根據(jù)文獻(xiàn)[1]，屬于嚴(yán)寒地區(qū)。

（一）防水設(shè)計(jì)

由于目前隧道防水的措施主要作用在圍巖、防水板和二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)自防水三個(gè)方面上，隧道防水設(shè)計(jì)主要根據(jù)上述三方面采取措施：為減少凍脹作用對(duì)襯砌造成的破壞，在隧道洞口地層相對(duì)較差的淺埋地段進(jìn)行全斷面徑向注漿，從一定程度上減少水向開挖后的隧道空腔內(nèi)匯入；在二次襯砌中摻加一定數(shù)量具有防凍功能的抗裂防水劑，提高結(jié)構(gòu)的自防水功能；采用適于低溫且柔韌性、抗壓性能好的防水板

材料。

（二）排水設(shè)計(jì)

1．中心排水溝。根據(jù)目前的規(guī)范，在不考慮坡度折減的條件下，線路縱坡為3‰～30‰，而一般設(shè)計(jì)縱向中心排水溝的坡度與線路的縱坡一致。而由于坡度較小，管內(nèi)水流速較慢，在低溫的條件下容易結(jié)冰堵塞；另外由于施工的誤差，橫向排水管與縱向中心排水管之間、縱向中心排水管之間連接不緊密，而造成管內(nèi)泥沙堆積堵塞排水不通暢。

針對(duì)上述問題，綜合考慮到對(duì)于超過一定長(zhǎng)度的隧道（2km以上的），局部段落基本不受凍害影響，故牡綏線根據(jù)隧道長(zhǎng)度通長(zhǎng)（2km以內(nèi)）或者在洞口段一定范圍內(nèi)（其余低洞口端1km）設(shè)置中心深埋水溝（如圖1、圖2），使水溝排水面位于當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)線以下，其余段落施作中心排水溝。

由圖1，中心深埋水溝底部應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求施作混凝土管座，以固定并保證排水通暢；中心深埋水溝與初期支護(hù)之間回填級(jí)配碎石，且由下至上級(jí)配碎石粒徑逐漸減小，粒徑應(yīng)在2.5～5cm之間；級(jí)配碎石施工前應(yīng)清洗干凈，嚴(yán)禁級(jí)配碎石表面存在細(xì)顆粒、泥土等，防止堵塞級(jí)配碎石排水縫隙；級(jí)配碎石應(yīng)夯實(shí)滿足基底承載力要求。圖2為中心深埋水溝現(xiàn)場(chǎng)施

作圖。

2．盲溝。環(huán)向盲溝一般8～12m設(shè)置一道，富水地區(qū)適當(dāng)加密，縱向盲管雙側(cè)通長(zhǎng)設(shè)置。環(huán)向盲溝考慮同中心深埋水溝，根據(jù)隧道長(zhǎng)度通長(zhǎng)（2km以內(nèi)）或者在洞口段一定范圍（低洞口端1km）環(huán)向盲管應(yīng)開槽設(shè)置于凍結(jié)線以外；縱向盲管設(shè)于初期支護(hù)與二次襯砌之間；環(huán)向、縱向盲管均通過排水橫溝與中心深埋水溝連接；對(duì)于長(zhǎng)度大于2km的隧道高洞口1km范圍段，環(huán)、縱向盲管均設(shè)置于初期支護(hù)與二次襯砌之間，環(huán)向盲管與縱向盲管連通，縱向盲管通長(zhǎng)連通，在高洞口1000m處引入保溫側(cè)溝；其余段落環(huán)、縱向盲管均設(shè)于初期支護(hù)與二次襯砌之間，并通過泄水孔與雙側(cè)水溝連通。

3．保溫。

（1）根據(jù)隧道長(zhǎng)度通長(zhǎng)（小于4km）或者洞口段一定范圍內(nèi)（洞口段2km）設(shè)置雙側(cè)保溫水溝。

（2）聚氨酯保溫板。對(duì)于長(zhǎng)度小于2km的隧道或長(zhǎng)度大于2km的隧道低洞口1000m范圍段的縱向盲管和長(zhǎng)度大于2km的隧道高洞口1000m范圍段的環(huán)向、縱向盲管采用聚氨酯保溫板包裹，以防止冬季結(jié)冰堵塞。

（3）保溫出水口。在背風(fēng)、向陽和易于排水的地形低洼處設(shè)置保溫出水口，出水口形式根據(jù)地形而定，陡坡地形采用端墻式出水口，緩坡地形采用圓包式出水口。為增加保溫出水口的效果，出水口表面可用瀝青涂黑，冬季還可用稻草等覆蓋。

四、結(jié)語

隨著我國(guó)鐵路和公路事業(yè)的發(fā)展，以及我國(guó)特殊的地理位置，未來會(huì)在高緯度的寒區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)修建越來越多的隧道。本文結(jié)合牡綏線工程實(shí)例，著重從設(shè)計(jì)的角度對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)隧道的防水和排水設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，力求從根本上減少嚴(yán)寒地區(qū)隧道水害的影響，研究為今后嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)提供了一定

參考。

參考文獻(xiàn)

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[6]鐵建設(shè)[2005]140號(hào)，新建時(shí)速200-250公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S]．北京：中國(guó)鐵道出版社，2005．

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作者簡(jiǎn)介：楊昌賢（1984-），男，浙江松陽人，鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司助理工程師；夏勇（1981-），男，江蘇南通人，鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司工程師。

（責(zé)任編輯：陳 倩）