寧少武

(長吉城際鐵路有限責(zé)任公司，吉林吉林 132000)

隧道建成后襯砌滲漏水是最為常見的病害，在嚴(yán)寒地區(qū)就會轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N凍害。施工縫或者混凝土裂縫滲漏水并掛冰、滲漏水導(dǎo)致道床結(jié)冰凍害，反復(fù)凍融導(dǎo)致混凝土耐久性喪失、襯砌背后空洞集水凍漲導(dǎo)致混凝土脫落、襯砌背后初支和土質(zhì)圍巖凍脹導(dǎo)致二襯混凝土開裂等是隧道工程凍害最常見表現(xiàn)形式。客運專線的列車運行速度通常在250 km/h以上，如果發(fā)生隧道襯砌滲水掛冰等凍害，對高速運行的列車的安全危害極大，凍害發(fā)生后列車有可能被限速運行，會引起惡劣的社會效應(yīng)。客運專線隧道在設(shè)計階段有針對性地采取技術(shù)措施，建設(shè)期間緊抓關(guān)鍵工序采取管理措施，最大限度地預(yù)防各種凍害產(chǎn)生尤為重要［1-5］。

1 工程概況

1.1 基本概況

新建吉(林)圖(們)琿(春)鐵路線位于吉林省中東部，線路正線長360.602 km，途徑吉林省吉林市和延邊朝鮮族自治州，全線新建單洞雙線隧道84座，總延長155.394 km，隧道占線路總長度的43.093%，沿線路基本連續(xù)分布。

1.2 氣候條件

本區(qū)屬北亞溫帶濕潤半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。夏季短促溫暖，冬季漫長酷寒，春季干旱多風(fēng)，秋季涼爽，四季分明。年平均氣溫4.0～6.8℃，1月平均氣溫-10.3～-23.4℃，7月平均氣溫20.5～23.9℃;極端最高氣溫36.3～37.7℃，極端最低氣溫-29.2～-42.5℃，年平均降水量528～670 mm，主要集中于6～8月;年平均蒸發(fā)量948.9～1 445.6 mm;平均相對濕度64% ～76%，全年平均風(fēng)速約2.2～3.1 m/s，最大風(fēng)速18～20 m/s。冬季寒冷多雪，偏西南、西北風(fēng)，個別山地背風(fēng)背陰處，整個冬季積雪不化，是本線所處地區(qū)典型的天氣條件。極端最低氣溫在-29℃以下，局部地方可達(dá)-42℃。2010年12月中旬沿線平均氣溫為-16.5℃。加上多次高強度降雪的影響，形成較厚的雪冰。

1.3 水文地質(zhì)條件

本線隧道地下水主要為如下幾種:一是松散巖類孔隙水，富水性較差，水量中等至貧乏;二是碎屑巖類裂隙孔隙水，該類型地下水以大氣降水滲入和來自盆地周邊基巖裂隙側(cè)向徑流補給為主，地下水沿盆地或地形低洼處富集，在運移的過程中，常以泉的形式及側(cè)向徑流方式向外排泄;三是基巖裂隙水，構(gòu)造裂隙水和風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水分布地區(qū)，由于地形切割強烈，基巖大部裸露，為大氣降水垂直滲入提供了良好的蓄水空間，地下水多以泉的形式排泄及側(cè)向徑流補給其他類型地下水。

2 隧道防凍害關(guān)鍵技術(shù)措施

初期支護(hù)背后、初期支護(hù)與二襯之間存在流動性的水;初期支護(hù)與二襯之間的防水層在夏季處于正溫度區(qū)，冬季處于負(fù)溫度區(qū)，這是造成隧道各種凍害的外部因素;防水層防水功能失效、止水帶止水功能失效、初期支護(hù)背后和二次襯砌背后的空洞存在、二襯混凝土產(chǎn)生裂縫等也是產(chǎn)生隧道各種凍害的重要因素。水的存在、季節(jié)性凍土以及防排水系統(tǒng)施工工藝的缺陷是造成嚴(yán)寒地區(qū)隧道凍害的重要原因，設(shè)計和施工階段需要針對性地采取技術(shù)措施加以預(yù)防。

2.1 初支表面進(jìn)行徑向注漿堵水

隧道開挖過程中拱頂若遇股狀涌漏水，則在洞頂附近采用注漿堵水，在隧道洞頂圍巖中形成一個不易透水的密實體，將地層涌流引開洞頂，使洞頂滲漏水在環(huán)向坡度較大處與襯砌外防水板接觸，并向下流動，經(jīng)隧道排水系統(tǒng)排出洞外，從而起到注漿堵水的目的。吉林至琿春鐵路隧道設(shè)計要求對洞口段500 m范圍圍巖根據(jù)不同地層和地下水發(fā)育情況進(jìn)行徑向注漿堵水，參數(shù)如下:注漿孔按梅花形布置，孔口環(huán)向間距約180 cm，縱向間距260 cm;孔口管采用φ50 mm，壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管，孔口管應(yīng)埋設(shè)牢固，并有良好的止?jié){措施;注漿材料采用水灰比為1∶1的水泥漿，施工時可根據(jù)地質(zhì)條件需要適當(dāng)調(diào)整;注漿壓力:0.5～2.0 MPa，注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗，根據(jù)實際情況調(diào)整注漿參數(shù)。

2.2 設(shè)置中心深埋排水溝取代側(cè)溝排水

實踐證明，在嚴(yán)寒地區(qū)隧道排水通過保溫側(cè)溝排水效果并不理想，防水板背后的涌水通過深埋中心水溝引排至洞外是行之有效的手段。中心深埋水溝采用φ600 mm鋼筋混凝土預(yù)制管，壁厚12 cm，并于水管上方設(shè)2 m寬10 cm厚的保溫層，埋深于凍結(jié)線以下，并根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件設(shè)置一定的長度，確保排水效果。中心深埋水溝示意如圖1所示。中心深埋水溝設(shè)置段落長度劃分見表1。

圖1 中心深埋水溝示意(單位:mm)

表1 中心深埋水溝設(shè)置段落長度劃分

2.3 加強襯砌配筋防止“凍脹”破壞二襯混凝土

2.3.1 洞口500 m設(shè)置保溫層地段

設(shè)置保溫層的隧道洞口500 m防寒段按D2環(huán)境設(shè)計，二次襯砌混凝土采用C40鋼筋混凝土，設(shè)置保溫層洞口防寒段二次襯砌混凝土等級及配筋見表2。

表2 洞口防寒段鋼筋配置(設(shè)保溫層)

2.3.2 洞口500 m未設(shè)置保溫層地段

對于洞口500 m未設(shè)置保溫層地段，除按D2環(huán)境設(shè)計，二砌混凝土采用C40鋼筋混凝土外，還考慮了一定的凍脹力作用，所以對環(huán)向受力主筋進(jìn)行了加強。另外考慮東北地區(qū)冬夏季溫差較大，會對襯砌產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，為防止襯砌受拉開裂而產(chǎn)生病害，對隧道洞口500 m范圍內(nèi)襯砌縱向分布鋼筋進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。未設(shè)置保溫層洞口防寒段二次襯砌混凝土等級及配筋見表3。

表3 洞口防寒段鋼筋配置(未設(shè)保溫層)

圖2 保溫出水口結(jié)構(gòu)(單位:cm)

2.4 進(jìn)一步優(yōu)化保溫出水溝結(jié)構(gòu)確保排水暢通

根據(jù)對吉林至琿春高速公路保溫出水口的調(diào)研結(jié)果和對寒冷地區(qū)出水口的凍結(jié)機(jī)理分析將保溫出水口優(yōu)化為如圖2所示。

2.5 部分隧道初期支護(hù)和二襯之間設(shè)置隔熱層

(1)拉法山、香水隧道洞口500 m范圍內(nèi)設(shè)置保溫層，設(shè)置于初期支護(hù)與二次襯砌之間，由一層5 cm厚硬質(zhì)聚氨酯保溫板加內(nèi)外2層防水板構(gòu)成，拱墻設(shè)置。

(2)石門隧道于洞口500 m范圍內(nèi)設(shè)置保溫層，保溫層設(shè)置于初期支護(hù)與二次襯砌之間，采用10 cm厚?；⒅楸厣皾{，拱墻設(shè)置。

(3)其余隧道洞口段土質(zhì)地層、極破碎地層地段及膨脹巖地層地段于初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)置保溫層，保溫層設(shè)置于初期支護(hù)與二次襯砌之間，由1層5 cm厚硬質(zhì)聚氨酯保溫板加內(nèi)外兩層防水板構(gòu)成，拱墻設(shè)置。

2.6 二次襯砌背后進(jìn)行注漿回填防止水囊產(chǎn)生

為保證初支與二襯密貼，不形成水囊，對隧道二次襯砌背后進(jìn)行回填注漿。預(yù)貼注漿花管采用φ20 mm的PVC管，并應(yīng)在管身布設(shè)梅花形溢漿孔，排氣管不布孔，回填注漿采用微膨脹性水泥砂漿。

3 隧道防凍害管理措施

3.1 反復(fù)組織專家論證隧道防寒方案的可行性

吉圖琿鐵路項目施工圖設(shè)計階段和施工階段組織了多次專家會議對隧道防寒措施進(jìn)行評審，專家層次涵蓋了鐵路、公路以及市政等方面設(shè)計、施工方面。通過數(shù)次專家評審，匯集了國內(nèi)外、路內(nèi)外條件類似隧道防寒措施，根據(jù)專家意見對設(shè)計采取的措施進(jìn)行了修正，使得隧道防寒措施在技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理。

3.2 借助科研平臺進(jìn)一步驗證方案的可靠性

根據(jù)上級單位組織安排，依托吉圖琿鐵路項目進(jìn)行隧道防寒措施綜合深入研究。一方面在于弄清楚隧道防寒凍結(jié)機(jī)理和規(guī)律，以便于為今后類似工程的設(shè)計積累經(jīng)驗;另一方面通過現(xiàn)場試驗檢測驗證隧道防寒措施的可靠性，進(jìn)而通過進(jìn)一步修正防寒設(shè)計參數(shù)達(dá)到防寒措施可靠的目的。

3.3 組織設(shè)計單位對有關(guān)單位進(jìn)行專項技術(shù)交底

吉圖琿項目建設(shè)管理過程中，將隧道防寒和防排水列為重點工序進(jìn)行管理，組織設(shè)計單位對建設(shè)管理人員、監(jiān)理人員、各級施工管理人員進(jìn)行專項技術(shù)交底，使所有吉圖琿鐵路參建人員都清楚本線隧道防寒和防排水設(shè)計意圖、設(shè)計特點和每一項技術(shù)措施，使設(shè)計意圖在施工過程中得到真正的貫徹。

3.4 組織相關(guān)單位將隧道防排水進(jìn)行動態(tài)管理

施工圖設(shè)計中針對隧道防寒的專項措施是在工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上制定的通用措施，隧道工程的工程地質(zhì)和水文質(zhì)條件在施工過程中是千變?nèi)f化的。隧道開挖后水文地質(zhì)條件若發(fā)生重大變化，比如發(fā)生較大涌水、地質(zhì)條件與設(shè)計不符，對隧道防寒措施產(chǎn)生重大影響時，由建設(shè)管理單位組織相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場勘查，針對性制定專項措施，重點解決，并建立全線隧道重要段落的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件臺帳，為日后隧道防寒效果評價提供基本資料。

3.5 明確界定各級管理單位隧道防寒措施的質(zhì)量管理責(zé)任

在組織設(shè)計單位進(jìn)行全面技術(shù)交底的同時，要求各有關(guān)參建單位將隧道防寒措施和防排水過程控制列為隧道施工過程控制重點工序進(jìn)行管理，建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位和施工單位分別明確隧道措施各級的質(zhì)量管理責(zé)任，并要求每項質(zhì)量管理責(zé)任落實到單位、落實到責(zé)任人，并制定獎罰措施。

3.6 組織施工單位編制專項作業(yè)指導(dǎo)書并落實工序質(zhì)量責(zé)任

根據(jù)隧道設(shè)計中防寒技術(shù)要求，針對凍害發(fā)生的機(jī)理，主要從施工工藝標(biāo)準(zhǔn)、人為因素、材料質(zhì)量控制等方面要求施工單位編制專項作業(yè)指導(dǎo)書，內(nèi)容涵蓋與隧道防寒相關(guān)工序作業(yè)。作業(yè)指導(dǎo)書需經(jīng)相關(guān)單位進(jìn)行逐級報批后，對基層作業(yè)人員和質(zhì)量管控人員進(jìn)行培訓(xùn)，使所有參加施工人員和監(jiān)理人員都做到心中有數(shù)，逐級落實工序質(zhì)量責(zé)任。

4 結(jié)語

吉圖琿鐵路自2011年年初開工至今，已有數(shù)座隧道貫通，并經(jīng)過一個冬季的考驗，通過采取各種技術(shù)和管理措施，沒有發(fā)現(xiàn)凍害發(fā)生。但已采取的技術(shù)措施和管理措施在運營期間是否有效還有待于今后在實踐中檢驗。

［1］王峰.高速鐵路建設(shè)管理實踐和探索［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2011(6).

［2］王志堅.武廣鐵路客運專線建設(shè)管理［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(1).

［3］錢桂楓.滬杭高速鐵路建設(shè)管理體會［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2011(6).

［4］申志軍.武康增建二線隧道建設(shè)管理與施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007(S1).

［5］李貴祥.大西鐵路客運專線標(biāo)準(zhǔn)化管理思考與實踐［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2011(S1).