铁路隧道新型防排水结构应用探讨.pdf

2 0 1 5年 第 8期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 67 文 章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 8 - 0 0 6 7 0 3 铁 路隧道新型 防排水 结构应 用探讨 张广乾 ， 仇 玉 良 ( 中交第一公路勘察设计研究 院有 限公 司 ， 陕西 西安7 1 0 0 7 5 ) 摘 要 ： 铁 路 隧道 防排 水设计 是 隧道设 计 的重要 内容 ， 隧道 防排 水 的 可靠性 将严 重地 制 约隧道 运 营环境 和 使 用寿命 ， 文中介绍的新型防排水结构是 对原有隧道防排 水的极大优化 。本文详述 了新型防排 水材 料 排 水板 的特性 ， 及其 与 土工布 和 防水板 组 成的 复合 式 新型 防 排 水 结构 在 隧道 防排 水应 用 中的优 越 性 ， 并 阐述 了这 种新 型 防排 水结构 在铁路 隧道 中的具 体应 用及 施 工技 术 ， 为以后铁 路 隧道 防排 水结 构 的设计和施工提供参考。 关 键词 ： 铁路 隧道 新型 防排 水结构 排 水板设 计和 施 工 中图分 类号 ： U 4 5 5 4 9 文献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 8 2 0 由于防 排水 观念 和 经 济 技术 水 平 的原 因 ， 在 很 长 一 段时间内， 我国隧道渗漏水现象十分严重 ， 隧道渗漏 水现象成 为铁 路建设的通病” 。 目前 ， 随着 高速铁 路隧道和电气化铁路隧道的不断修建 ， 铁路 隧道对防 排水提出了严格的要求 。如果 隧道 内渗漏水 ， 将极大 地恶化隧道内的运营环境 ， 弱化隧道的使用性 ； 渗漏水 还会 对 隧道 混凝 土衬 砌 形 成侵 蚀 破 坏 ， 引起 混 凝 土 内 钢筋 的锈蚀 ， 导致隧道衬砌材质劣化 、 剥离 ； 渗漏水会 严重影响通信 、 电力设备等的安全 ， 甚至影响隧道结构 的稳定性 。特别是在寒冷地区隧道衬砌混凝土长时间 处于冻融循环 中， 混凝土 中的渗漏水将在长期的低温 环境 中形 成 冰 ， 产生 的冻 胀 力 可导 致 洞 内线 路 起 伏 不 平 、 地板 翻浆 冒泥 、 侧 沟开裂 、 拱墙 变形 和衬 砌开 裂 、 剥 落 、 酥碎 、 错 台等 ， 致使 混凝 土 结 构 破 坏 。若 渗 水 量 较 大 ， 冬 天则 会在 隧道 路 面结冰 ， 形成 冰溜 子 ， 影响 运 营 ； 还会在隧道衬砌与围岩间形成冰楔 ， 冰冻压力使衬砌 发生断裂 、 破碎 等现象。而在隧道衬砌壁 面结 冰 ( 挂 冰 ) 或 形成 的 冰柱 ， 会侵 入 限界 ， 严 重威 胁 行 车 安全 和 隧道的正常使用。隧道内渗漏水量大 ， 冻害极严重时 甚 至 导致 隧 道 报 废 。可 见 ， 搞 好 隧 道 防水 和 排 水 ， 确 保 隧道不 渗不 漏 ， 是 保证 隧道 长 久 适 用性 和运 营安 全 的重要因素。隧道发生渗漏水现象除与地下水丰富 有关外 ， 主要是隧道设计与施工不 当造成 的。要使 隧 道 不渗 不漏 ， 成 功的 防排水 设计 是前 提条 件 ， 严 格 的施 工是重要的保障。因此 ， 须首先从设计 上对 防排水结 构 形式 予 以不断 优化 。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 8 0 7 ； 修 回日期 ： 2 0 1 5 0 5 2 0 作者简介 ： 张广乾( 1 9 8 0 一) ， 男 ， 陕西蓝 田人 ， 工 程师， 硕士 。 目前 ， 大多 数 隧道 防 排水 均 采 用 在 初 期 支 护与 二 次衬砌 之 问安设 环 向盲 管 或 盲 沟 ， 然 后铺 设 土工 无 纺 布和塑料防水板的防排水形式。主要通过盲管或盲沟 将裂隙水引入纵 向排水管 ， 防水板用来阻挡 渗漏水通 过二次衬砌渗入 隧道 内 。但是 ， 这种 防排 水结构 在 以往工程 中的防排水效果也并不尽如人意 ， 特别是 在 围岩富水带 、 岩溶裂隙发育地段或有大量裂 隙水 的 隧道中。为克服单靠线状的盲管来汇集围岩裂隙水将 其引流至纵 向盲管或盲沟的局限性 ， 在对相关资料研 究 的基础上 ， 汲取 了以往防排水经验 ， 并分析隧道渗漏 水 原 因 ， 设计 上采 用 三维排 水板 代替 盲管来 排 水挡水 。 通过面状 的排水板来快速地汇集 围岩裂隙水 ， 并将其 迅速地引流至纵向盲管或盲沟， 这样能有效地 防止衬 砌 问积水 和 渗漏水 现 象 的发 生 。 1 排水板特性 排水板是采用特殊工艺将聚苯 乙烯 ( H I P S ) 或高 密度 聚 乙烯 塑 胶 底 板 经 过 冲 压 制 成 的 具 有 圆锥 凸 台 ( 或 中空 圆柱 形多 孔 ) 和顺 畅 的排 水 空 间 ， 水 可在 其 问 自由流动 的防排水 功能 性 材 料 ， 结 构 如 图 1所 示 。施 工 时圆锥 突 台的顶 面 胶 接一 层 无 纺 土 工 布 ， 以阻止 泥 土 、 岩石 风化颗 粒 等 微 粒通 过 而 阻 塞 排水 通 道 。这样 的结构形成了一个具有汇水 、 排水 和挡水功能的立体 式构造 ， 为排水 提供 了充 分 的空 间 ， 可 以有效 地解 决排 水挡 水 问题 。这种 新 型 排水 板 具 有 的 密 度 大质 量 轻 、 空间刚度高、 抗穿刺能力强和不易锈蚀等特点 ， 决定了 排水板易于施工 、 形成 的排水挡水结构永久可靠。排 水板可 根据 工 程 实 际 ， 做 成 不 同宽 度 和 长 度 ( 最 窄 可 做 成 1 0 c m 的带 状 ) ， 以满 足工 程需 求 。且排 水板具 有 6 8 铁道建筑 图 1 排水板结构 较好的柔韧性 ， 能随隧道拱墙铺设 和拉伸 ， 延伸率大 ， 能有效地根据混凝土开裂而延伸 ， 有效防水和延长 防 排水结构的使用寿命 ， 使隧道混凝 土拱墙在正常使用 条 件下 不受 水 的压力 影 响而导 致渗 漏 。 采用排水板、 土工布和防水板组成 的复合 式防排 水结构 ， 改变了传统的以堵为主的防排水方法 ， 防水工 程做到排 、 防 、 堵 、 截相结合 ， 将被动 防水 改为主动 防 水 。做到先排后防 ， 将渗漏水快速排 出， 减小水压 ， 保 护防水层 ， 隔绝空气 ， 防止老化 。 目前 ， 隧道常用的排水结构为 防水板后铺设塑料 盲管， 塑料盲管为线状， 可汇水与导流， 汇水区域小 ， 水 流 通路 有 限 ， 混凝 土 振捣 易破 坏盲管 ， 致 使混凝 土堵 塞 管路 ， 排 水 系统失 效 。总之 ， 排 水板 与排水 盲 管相 比具 有 三维立 体 透 水 ， 排 水 性 强 ， 能 有 效 过 滤 各 种 细 小 颗 粒 ， 防止 堵塞 ， 不 易锈 蚀 ， 坚 固耐用 等优点 。 2防排水设计 防排 水施 工 中 ， 遇 围 岩股 状 涌 水 或 局部 集 中漏 水 时 ， 需对涌水点或漏水点埋设排水管或排水板 ( 带 ) ， 引 流至排 水 沟 。并需 对 涌 水 点进 行径 向注 浆 ， 减 少 涌 水量 ， 然后再施作无纺土工布、 排水板和防水板 。排水 板安 设在 拱墙 初期 支 护 与 二 次衬 砌 之 间 ( 必要 时仰 拱 下也 设置 ) ， 环 向设 置 ， 需 伸 入 边 墙 底 部 纵 向 盲 沟 内。 排水 板 宽 1 m， 厚度 不小 于 8 mm， 纵 向间距 1 0 m， 当水 量较 大 时 ， 可在 水 量 较 大 处 增设 1 2道 。若 隧 道 穿越含水层 、 岩溶裂隙发育地段和地下水丰富且埋深 较浅 地段 ， 则 应布设 沿 隧道 纵 向连续 的排 水板 引排 水 ， 排水板厚度应根据围岩渗水量 的大小确定。排水板 、 无纺 土 工 布 ( 质 量 3 6 0 g m ) 和 1 3 mm 厚 的 E V A 防水板构成的复合式防排水结构如图 2所示。边墙墙 角处 纵 向设 + 8 0 m m 透 水 软 管 或 盲 沟 ， 纵 向盲 管 应 设 在衬 砌边 墙脚 处 防水层 外 侧 ， 纵 向坡 度 不 得小 于 2 o ， 一 般 与线 路纵 向设 计坡 度一 致 。排水 板可 根据 隧道 开 挖后 围岩含水量灵活布设 ， 既节省投资， 又能有效地引 流 ， 阻挡渗 漏水 。 图 2防排水结构示意 3排水板施工技术 由排 水板 、 土工 布和 防水板 组成 的防排水 系统 中 ， 各部 分施 工质 量都 至关重 要 。但土 工 布和 防水板 的铺 设 技术 已相 当成 熟 ， 在 施 工 中严 格 按 其施 工工 艺 铺 设 即可 ， 故此只论述排水板的施工技术 。 3 1 工艺原 理 排水 板施 工 的核心是 悬挂 铺设 和焊 接 。排水 板 的 铺设要确保凸面与初期支护接触 即朝 向有水 流一面 ( 如图 3所示) ， 使得渗漏水有出路 。对于连续铺设排 水板段落 ， 根据排水板宽度 ， 标出每幅排水板 接茬部 位， 然后利用专用台车 ( 架 ) 沿隧道环向铺 设排水板 ， 并 固定 。焊接是 利用 热 熔 焊 机 加 热 ， 在 高 温下 使 两 排 水板接茬部位局部熔化 、 挤压而粘合为一整体 。 初 期支护 ( 厚度 不小于8 0 l n m ) 图 3 排水板铺设示 意 3 2基 面 ( 初 期支 护表 面 ) 处理 要点 铺 设 防水层 以前 应 对 基 面 ( 初 期 支 护 表 面 ) 进 行 检 查 ， 应 满 足 以下 要求 ： 1 ) 排水板铺设 区段初期支护应基本稳定 ， 且距掌 子 面爆 破作业 处 有一定 的安全距 离 。 2 ) 初期 支护若 为喷 钢纤 维 混 凝 土 ， 则 基 面应 补 喷 一 层水 泥砂 浆 ， 以免 防水层 受 到损伤 。 2 0 1 5年第 8期 张广乾等 ： 铁路 隧道新 型防排水结构应用探讨 6 9 3 ) 初期支 护的喷射混凝土厚度必须满 足设计要 求 ， 不足者应予补 喷。基面上的凹坑 深度 h与跨度 ( 1 I T t ) 之 比应 满足 h L 3 0 c m， 以防刺破 排水 板 。 3 3铺 设 工艺流 程 1 ) 施工前对操作人员进行 岗前培训 ， 了解排水板 特性 ， 掌握铺设及焊接要求 ， 并配齐机具设备 。 2 ) 铺 设 缓 冲 滤 水层 ， 即利 用 台 车 ( 架 ) 把 无 纺 土 工 布铺 设在 符合 要求 的隧道基 面上 并 固定 。 3 ) 按隧道基面长度裁取合格 的排水板 ， 标 出焊接 线 ( 连续铺设 ) 和拱顶中线 ， 对称卷起 。 4 ) 采用 专用 台车从 拱 部 向两 侧 边 墙悬 挂 排 水 板 ， 铺设松紧应适度并留有余量。 5 ) 采用电热压焊器热熔缓 冲层热塑性垫 圈， 使排 水板与热塑性垫圈熔化粘结为一体固定 于基面上 ， 对 于连续铺设 的排水板采用热合机或手持焊枪焊接搭接 部位 ， 并检查焊接质量。 6 ) 铺设 并 固定 E V A防水 板 。 4工 程 应 用 4 1工程概 况 由排水板 、 土工布和防水板组成 的新型复合式 防 排水结构已在张家 口至唐 山新建重载快速铁路中实施 应用。此工程为典型 的山区铁路 ， 桥隧 比较高， 全线隧 道洞身段围岩节理裂 隙发育 ， 富水段较多 ， 应用该新型 复合式防排水结构与纵向排水管形成了安全有效 的防 排 水结 构 。 4 2防排水 结构 应 用效果 张唐铁 路 隧道采 用 的排 水 板 、 土 工 布 和 防 水 板组 成的新型复合式防排水结构能较好地解决隧道衬砌后 围岩裂 隙水 和 网状 出水 问题 。从 实施 效 果 看 ， 该 新 型 复合式防排水结构与原来 的防水板加盲管结构相 比， 施工工艺基本相 同， 造价相当。新型结构将线状汇水 改 变成 面状 汇水 ， 并拓 宽 了过水 断面 ， 极 大地优 化 了水 流通路 ， 改善 了衬砌后水文环境 ， 避免 了隧道渗漏水及 冻胀病害的发生。且该结构安全可靠 ， 耐久性好 ， 较传 统的防排水结构效果明显 ， 达到了预期效果。确保了 隧道结构和设备的安全， 降低了隧道病害发生几率 ， 为 隧道 维护 和 营运提 供 了 良好 的环 境 。 5 结 语 铁路隧道防排水是通过采用防排水材料和防排水 结构 实现 的 ， 是 否 先进 、 合 理对 防排 水 效 果 尤 为重 要 。 本文 采用 的排 水板 代替 盲管 后能 更为 有效地 汇 集渗漏 水并 及时 排走 ， 与 防水 板 的组 合 利 用能 长 期 保 持 防排 水效 果 ， 实现 真正 意 义 上 的排 、 防 、 堵 、 截 相 结合 ， 不失 为铁路隧道行之有效的防排水结构 ， 值得推广应用。 参 考 文 献 1 王毅才 隧道工程 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 6 2 陈华 严寒地 区公路隧 道防排水 技术 J 辽宁交 通科 技 ， 2 0 0 5( 7 )： 8 6 8 8 3 赖金 星 ， 谢永利 ， 李宁军 牧护关隧道渗漏水病害治理 方案 及施工 工艺 J 隧道机械 与施 工技 术 ， 2 0 0 7 ( 2 4 ) ： 4 7 4 9 4 孙世涛 某铁路 隧道渗漏水 的原因分析 与治 理技 术 J 山 西 建筑 ， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 1 2 ) ： 3 2 9 3 3 0 5 张民庆 隧道工程结构 防排水 技术 与渗漏 水治理 j 铁道 工 程学报 ， 1 9 9 9 ， 6 3 ( 3 ) ： 5 6 6 4 6 罗彦斌 寒 区隧道 冻害等级 划分 及 防治技术 研究 D 北 京 ： 北京交通大学 ， 2 O l O 7 庞旭卿 京包铁路八苏木 隧道 防排 水技 术研 究 J 路基工 程 ， 2 O l 0 ( 4)： 2 4 2 2 4 4 8 中华 人民共 和国铁道部 T B 1 0 0 0 3 -2 0 0 5 铁路 隧道 设计 规 范 s 北 京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 5 9 中华 人 民共和国住房和城乡建设部 ， 中华 人民共 和国国家 质量监督 检验检疫总局 G B 5 0 1 0 8 -2 0 0 8 地下工程 防水 技 术规范 s 北京 ： 中国计划 出版社 ， 2 0 0 9 1 O 铁道第 三勘 察设 计院 张家 口至唐 山新建铁路工程 两阶段 施 工图设计 文件 R 天津 ： 铁道 第三勘察 设计 院 ， 2 0 1 1 ( 责任 审编赵其文)