張 國 輝

(中鐵十六局集團(tuán)公司，北京 100018)

高速鐵路隧道防排水設(shè)計優(yōu)化措施

張 國 輝

(中鐵十六局集團(tuán)公司，北京 100018)

闡述了導(dǎo)致隧道出現(xiàn)滲漏水的原因，分析了隧道防排水設(shè)計中存在的具體問題，并著重探討了高速鐵路隧道防排水設(shè)計的完善措施，對保證隧道工程的防排水設(shè)計質(zhì)量有重要意義。

高速鐵路，隧道，防排水設(shè)計，完善措施

在鐵路隧道設(shè)計中，防排水設(shè)計是施工設(shè)計的重點。如果隧道出現(xiàn)滲漏水情況不僅會對車輛的行駛安全造成影響，并且還會對隧道照明系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)的工作效率造成影響，降低隧道的使用年限。特別是天氣寒冷的地區(qū)，如果隧道出現(xiàn)滲漏水情況，會出現(xiàn)底鼓、掛冰等情況，對車輛的行駛安全造成了較大的影響。所以，很有必要針對我國當(dāng)前的防排水技術(shù)，深入探討防排水設(shè)計，進(jìn)一步對防排水設(shè)計進(jìn)行完善。

1 隧道出現(xiàn)滲漏水的原因

在高速鐵路隧道施工中，高地溫、高地應(yīng)力、地下水是影響隧道施工的主要因素。其中地下水是導(dǎo)致隧道滲水的主要因素。由于隧道是在地表下修建的，會被各種地下水包圍。在施工過程中，任何可能出現(xiàn)的排水系統(tǒng)缺陷都會導(dǎo)致隧道出現(xiàn)滲水和漏水。當(dāng)前我國雖然在高速鐵路隧道防排水施工方面取得了良好的施工經(jīng)驗，也取得了顯著的成績，但是總體防水效果依然不夠理想，很多已經(jīng)竣工的隧道依然存在襯砌結(jié)構(gòu)滲漏的情況。調(diào)查顯示，我國大約有接近1/3左右隧道有襯砌結(jié)構(gòu)滲漏水的情況。常見的滲漏水病害主要表現(xiàn)為淌水、滲水、拱腳處滲水、滴水、側(cè)墻滲水、局部涌水、道床積水等。冬季時，隧道的頂部會產(chǎn)生冰掛，道床上會產(chǎn)生冰坡和冰堆。

由于水具有流動性，隧道襯砌結(jié)構(gòu)受到的水頭壓力往往比較大。一旦襯砌出現(xiàn)病害和缺陷都會出現(xiàn)滲漏水。同時，滲漏水會加劇其他病害的發(fā)展，對隧道的使用壽命和使用性能造成較大的影響。所以，保證隧道工程的防排水設(shè)計質(zhì)量具有重要意義，隧道工程的防排水質(zhì)量直接影響了隧道建成后結(jié)構(gòu)的耐久性和堅固性。

2 高速鐵路隧道防排水設(shè)計存在的問題

雖然我國在隧道防排水設(shè)計方面取得了顯著的成績，但是仍有一些問題存在。目前，我國已建隧道的防水都是參考國外一些比較成熟的施工經(jīng)驗進(jìn)行施工的，對隧道防水的施工規(guī)范也進(jìn)行了明確，但是依然存在一些不足之處，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)隧道防水等級模糊。很多隧道在施工時，沒有對隧道的防水等級進(jìn)行明確[1]。和國外的隧道防水規(guī)范相比，各類隧道的防水等級和防水要求都不夠明確，很多國標(biāo)都缺乏定量的指標(biāo)，或者指標(biāo)比較簡單、籠統(tǒng)，執(zhí)行過程中的難度比較大。

2)缺乏防水設(shè)計依據(jù)。由于隧道工程的施工環(huán)境復(fù)雜，勘探費用高，想要通過勘探來了解隧道地質(zhì)情況的難度是比較大的。由于地下水的運動缺乏規(guī)律性，在計算時也只是將地下水看作靜水壓力作用，未對地下水的滲透作用進(jìn)行考慮。從宏觀的角度來看，抗?jié)B防水主要是根據(jù)地下層流臺的達(dá)西定律來進(jìn)行計算的，計算的結(jié)果也只能作為地下工程抗?jié)B設(shè)計的參考。當(dāng)前，很多學(xué)者都將應(yīng)力場和滲流場進(jìn)行綜合考慮，并利用有限元的方法對地下水滲流進(jìn)行研究，但是依然缺乏可以參考的研究成果。此外，設(shè)計人員在進(jìn)行地下工程和隧道的設(shè)計時，只考慮建筑和結(jié)構(gòu)上的要求，對防排水的設(shè)計要求不夠重視[2]。在進(jìn)行防水設(shè)計前，沒有全面了解水文地質(zhì)情況和工程地質(zhì)情況；沒有全面勘察襯砌周圍的水量、水源和流向情況。

3)施工單位、設(shè)計單位之間缺乏溝通。隧道防排水工程是一項比較系統(tǒng)的工程，在進(jìn)行治理的時候，需要以截、堵、排、防相結(jié)合的方法進(jìn)行治理，要注意不要出現(xiàn)排而不堵或排而不防的情況，這兩種情況都會導(dǎo)致襯砌四周的積水不斷增加，破壞隧道結(jié)構(gòu)。

4)隧道防水施工不合理。雖然相關(guān)文件已經(jīng)明確規(guī)定了隧道的施工規(guī)范，但是并沒有從經(jīng)濟性和效率性的角度上系統(tǒng)的研究防水措施。對于不同的工程，也只是根據(jù)自己的想法進(jìn)行防排水設(shè)計，缺乏具體的評價標(biāo)準(zhǔn)，管理方面存在比較大的盲目性。很多隧道防水措施的防水經(jīng)濟性差或者達(dá)不到防水目標(biāo)。此外，一些施工隊伍的人員素質(zhì)不高，導(dǎo)致工程質(zhì)量差，埋下了安全隱患。

3 高速鐵路隧道防排水設(shè)計的完善措施

當(dāng)前，我國的隧道防排水系統(tǒng)設(shè)計主要是對隧道功能進(jìn)行設(shè)計，對防水的維護(hù)性和動態(tài)性的設(shè)計比較少。一旦隧道結(jié)構(gòu)某個部位出現(xiàn)滲漏，處理起來難度會比較大，并且會破壞結(jié)構(gòu)，影響車輛的正常行駛。因此，需要進(jìn)一步對隧道的施工、防排水設(shè)計和運營維修進(jìn)一步完善。

3.1 可維護(hù)性防排水的要求

隧道的防排水系統(tǒng)的可維護(hù)性指的是排水系統(tǒng)具有養(yǎng)護(hù)、維修便利等優(yōu)點。不管是何種類型的防水措施都無法保證工程使用期間功能的良好性，但是如果隧道防排水系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性，就可以及時對隧道進(jìn)行維護(hù)，使隧道工程持續(xù)處于良好的工作狀態(tài)。防排水系統(tǒng)的可維護(hù)性主要體現(xiàn)在以下兩個方面：1)合理的施工設(shè)計。使系統(tǒng)的功能不容易喪失，提高事后維護(hù)的便利度。2)完工后的疏通、維修和更換更加的便利。要保證防水層保護(hù)周密，排水系統(tǒng)通暢。不會被異物和泥沙堵塞。內(nèi)部不容易淤積泥沙。襯砌出現(xiàn)滲漏后容易封堵，可以及時找到滲漏源。變形縫、施工縫等結(jié)合部的構(gòu)造更換容易。

3.2 分區(qū)防水的設(shè)計

在高速鐵路修建中，城區(qū)隧道一般位于地形水位下，隧道四周的地下水無法自然排出。一般多使用防水層包裹住隧道的橫斷面。為了避免從防水層穿過的滲水會順著隧道向縱向方向串流，研發(fā)出了分區(qū)防水技術(shù)。主要是利用止水條帶粘貼在防水層上，然后進(jìn)行混凝土的澆筑。由于混凝土具有良好的剛度和高度，即便襯砌段背后出現(xiàn)了滲水，滲水也無法隨意竄流。此時，如果一個防水分區(qū)的襯砌混凝土有良好的防水效果，就算是防水層出現(xiàn)了損傷，此區(qū)域也不會出現(xiàn)滲漏的情況，有效控制了隧道滲水。

在施工時，使用呈幾何線狀的塑料條帶作為止水條來阻止隧道滲水順著隧道縱向竄流，此條帶的橫斷面為凸楞狀。如圖1所示，在施工時，使用冷粘法和熱合法將其在防水板上進(jìn)行固定，并且保證防水板和止水條之間可以緊密結(jié)合。襯砌混凝土澆筑完成后，止水條也會埋于混凝土中，并在止水帶之間產(chǎn)生一個防水分區(qū)。由于環(huán)向施工縫是隧道出現(xiàn)滲漏的重要位置，因此，“凸楞”的止水條一般會在環(huán)向施工縫量測0.5 m的范圍中進(jìn)行固定。工程中使用止水條的寬度為10 mm，高度為50 mm。

雖然分區(qū)防水可以有效控制襯砌混凝土和防水板之間的縱向竄流，降低隧道滲水、漏水的情況，但是還需要做如下完善：

1)設(shè)置滲水下排通道。根據(jù)當(dāng)前的設(shè)計，加入分區(qū)中的滲水從防水板穿過，這些滲水下部如果沒有排水管道，滲水會不斷在襯砌和防水板之間聚集，導(dǎo)致水壓增加。長此以往會導(dǎo)致襯砌段出現(xiàn)滲漏。所以，很有必要在襯砌段設(shè)置一個向下的排水管。

2)對止水條和帶安裝工藝進(jìn)行完善。當(dāng)前，分區(qū)防水的帶安裝和止水條主要是在已經(jīng)鋪設(shè)的防水板上進(jìn)行施工?？紤]到隧道中的施工條件不好，不管是使用冷粘法還是熱合法，都不能取得較好的施工效果。所以，有必要考慮一下止水帶、止水條的工廠化安裝。此外，要進(jìn)行精細(xì)化施工管理，準(zhǔn)確確定止水帶的位置，提高施工質(zhì)量。

3.3 注漿防水的完善措施

當(dāng)前，隧道二次襯砌使用整體式襯砌臺車和泵送混凝土結(jié)合的方法進(jìn)行施工。這種方法雖然在公路、鐵路和水工隧道施工中應(yīng)用比較普遍，但是仍然有一些缺陷：

1)在泵送混凝土的時候，通常會將坍落度控制在11 cm～18 cm，以保證混凝土的流動性。由于混凝土的坍落度比大，會增加混凝土的收縮量，致使隧道拱頂出現(xiàn)一個縱向的灌不滿區(qū)。

2)襯砌結(jié)構(gòu)水平施工縫容易變成滲漏水的通道。在臺車模板就位之前雖然處理了水平施工縫，但是由于施工空間小，泵送混凝土的灌注速度比較快，無法達(dá)到設(shè)計要求，并且施工縫上部骨料下沉的密集度差，不能保證混凝土的均勻性。

3)兩模板襯砌的接縫位置也是防水的重點，由于襯砌臺車一般會和已有的襯砌相互連接，另一側(cè)會使用堵頭模板進(jìn)行封堵。當(dāng)襯砌臺車頂壓不夠均勻、襯砌變形時，會導(dǎo)致連接端出現(xiàn)漏漿的情況。在堵頭模板的一端，由于初期支護(hù)面平整度差，一般使用木模進(jìn)行施工，模板上的接縫比較多，在泵送混凝土壓力的影響下，會出現(xiàn)漏漿、跑漿的情況，并且該處混凝土的密實性也無法保證。

為了提高結(jié)構(gòu)的防水能力，降低負(fù)面因素對工程質(zhì)量的影響，在完成襯砌后，有必要對這些地方進(jìn)行注漿，將滲漏通道堵塞住，進(jìn)而提高混凝土的密實性。

在埋深注漿管時，首先要保證可以增強襯砌薄弱部位?？紤]到襯砌結(jié)構(gòu)空隙區(qū)主要在拱頂部分出現(xiàn)，為了保證分區(qū)的效果，在拱頂安裝注漿管來進(jìn)行襯砌背后的回填注漿。在隧道二襯和背貼式止水帶的接觸位置也要設(shè)置注漿管。二襯完成后，對注漿管進(jìn)行注漿，以便可以進(jìn)一步縫補好施工縫的滲透通道。進(jìn)行回填注漿時，要在襯砌混凝土的設(shè)計強度達(dá)到70%后進(jìn)行，將襯砌內(nèi)注漿和回填注漿的壓力控制在0.5 MPa?；靥钭{工藝流程如圖2所示。要按照從低到高的順序從軸線處開始施工。在多水地區(qū)，要先進(jìn)行兩頭的施工，再進(jìn)行中間位置的施工。

4 結(jié)語

隧道防排水工程施工是一項綜合性比較強的施工，除了要完善施工技術(shù)以外，還需要做好防水工程。提高施工人員的工作責(zé)任心，選擇質(zhì)量合格的防水材料，組織專業(yè)化的施工隊伍進(jìn)行施工，保證工程的施工質(zhì)量。

[1] TZ 311—2009,鐵路隧道防排水施工技術(shù)指南[S].

[2] 張慧玲.高速鐵路客運專線隧道防排水設(shè)計[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2010(1):139-141.

[3] GB 50108—2008，地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].

Drainage design optimizing measures of express railway tunnel

Zhang Guohui

(ChinaRailway16thBureauGroup,Beijing100018,China)

The paper describes tunnel leakage causes, analyzes specific problems existing in tunnel drainage design, and explores measures of improving express railway tunnel drainage design, which has significant meaning for guaranteeing tunnel engineering drainage design quality.

express railway, tunnel, drainage design, improving measures

1009-6825(2015)07-0161-03

2014-12-23

張國輝(1972- )，男，高級工程師

U453.6

A