铁路隧道防排水设计探讨.pdf

- 隧 道 地 下 工 程 铁路隧道防排水设计探讨 马 志 富 ( 铁道第三勘察设计 院集 团有 限公司 ，天津3 0 0 2 5 1 ) 摘要： 铁路 隧道 防排 水标 准随着建设 标准得 到大 幅提 升 ， 但 新建隧道 仍存在不 同程度的渗漏水情 况， 有必要对 隧道 防排 水 体 系进 行 再 认 识 。 通 过 对 某 客 运 专 线 隧 道 防 排 水 设 计 及 运 营 后的渗 漏水情况进行剖析 ， 提 出了加 强细部 防水设计 、 增加 防 水材料功 能和 防排水施工工序化 等改进措施 ， 提 出了建议 的排 水 思路 旨在 引 出隧 道 防 排 水 设 计 需 改 进 的 方 向 。为 适 应 寒 冷 地区高标 准铁路建设需要 ， 对寒冷地区隧道防排水 系统 的防冻 保 温也 提 出 了建 议 。 关键词 ： 铁路 隧道 ；防排水；设计 改进 ；建议措施 中 图分 类 号 ： U4 5 3 6 文献 标 识 码 ： A 文章 编 号 ： 1 0 0 42 9 5 4 ( 2 0 1 1 ) 0 50 0 7 60 3 1 概述 改革 开放 以来 ， 作 为 交通 基 础设 施 重 要组 成 部 分 的各 种隧道 迅速 发展 ， 隧 道 建设 条件 和 结 构形 式 也 越 来越 复杂 。 自从 中 国第一 座铁路 隧道 台湾狮 球岭 隧道 ( 全 长 2 6 1 m) 1 8 9 0年建 成 通 车 以来 ， 到 2 0 0 9年底 ， 通 车运 营铁路 隧道 总长接 近7 0 0 0 k m。 防排水是铁路 隧道设 计标 准建 设 、 设 计 、 施 工 中的 重点 ， 但衬砌渗漏水 问题仍然 不同程度地 出现在新建 铁 路隧道 中， 隧道渗 漏水 不仅 直接 影 响行车 安全 ， 而且 还 降低隧道通风 、 照明系统的工作效率 ， 诱发运营设施的 锈蚀 ， 影响隧道结 构 的耐久性 ， 在寒 冷地 区隧道 的渗 漏 水还会引发挂冰 、 底鼓等不 良病 害 ， 严重危及行 车安全。 因此 ， 针 对 目前 国内的防排水 技术现 状 ， 有 必要进 行进一 步 的研 讨 ， 对 防排水 技术提 出更新 的改进措 施 ， 进一步指导铁路隧道设计与施工 ， 使隧道工程交付运 营后处 于整 洁状 态 。 2 某客运 专线 隧道 防排 水 设计 及个 别 工点 隧 道 渗漏 水情况 2 1 防排水 设计 隧道 防排水 采 取 “ 防 、 排 、 截 、 堵 结 合 ， 因 地 制 宜 ， 综合治理” 的原则 。 ( 1 ) 隧 道 防水 措施 隧道 二次衬 砌采 用 防水 混 凝 土 ， 抗 渗 等级 不 低 于 P 8 ； 隧 道拱 墙 防水 板 厚度 不小 于 1 2 m m； 环 向施 工 缝 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 0 3 2 0 作者简介： 马志富 ( 1 9 6 9 一 ) ， 男 ， 高级工程师 ， 1 9 9 2年毕业 于西南 交通 大 学 ， 工学 学 士 ， E - ma i l ： ma z h i f u t s d i g c O r ll 。 7 6 内设 中埋式橡胶止水带； 纵 向施工缝涂混凝土界面处 理 剂 。 ( 2 ) 隧道 排水措 施 隧 道 内设 双 侧 水 沟 加 中 心 水 沟 排 水 管 ； 环 向设 4 , 5 0 mm透水 管盲 沟 ； 纵 向设 4, 8 0 m m 透 水 管 ； 隧道 边 墙设泄 水孔 与侧沟 连通 。 2 2个别 隧道渗 漏水情 况 2 2 1 渗漏 水情况 该客运专线 自交付运营后， 部分隧道部分地段存 在渗漏水病害， 渗漏病害主要表现为衬砌及隧底表面 存在水 渍与 涸湿 ， 其 中 甲隧道 有 1 1处 渗漏水 点 ( 底 部 7处 、 边墙 3处 、 拱 腰 1处 ) ， 乙 隧道 底 部 渗漏 点 3处 ， 丙隧道拱 部 2处 ， 丁 隧道边墙 2处 。 2 2 2渗漏 水特征 ( 1 ) 按 渗漏水 位 置分 拱 墙渗漏 水 ： 以点 、 线 或面渗 漏 的方 式从 隧道 拱 墙 部位渗 漏 ； 底 板 渗漏 水 ： 底 板存 在 水 渍 、 或 明显 水 流现象 ； 设备 洞室渗 漏水 。 ( 2 ) 按 结构部 位分 施工 缝 、 变形 缝部 位渗漏 水 ； 其 他部位 渗漏水 。 ( 3 ) 按 渗漏表 现形式 分 点 渗漏 ( 图 1 ) ： 不连 续 、 无 规 律 的渗 漏 现象 ， 表 现为蜂窝 、 点状渗 漏 水 ； 线 渗漏 ( 图 2 ) ： 连续 的或 有 一 定 规律 的 ， 以线 漏 为 主 的渗 漏现 象 。渗 漏线 可 分 为 变形缝和非变形缝两种 ， 主要包括伸缩缝 、 沉降缝 、 施 工缝 和裂缝 等； 面渗漏 ( 图 3 ) ： 衬砌表 面 潮湿或 渗 水 。 图 1 点渗漏 3渗漏水 原 因分 析 3 1 隧道 防水板破 坏 防水 板 防水 是隧 道 防 渗漏 的第 一 道 重要 防线 ， 工 铁道 标准设 计R AI L W AY S T A N D A R D DE S I G N 2 0 1 1 ( 5 ) 马志富一铁路 隧道 防排水设计探讨 图 2线 渗 漏 图 3面 渗 漏 程 中出现失 效问题 主要 有 以下几 个 方 面 的 原 因 ： 初期 支护表 面不 平整 ， 初期 支 护 凸 起 部 分 在模 筑 混 凝 土压 力 下刺 破 防水 板 ； 浇筑 二衬 混凝 土时 ， 防水板 在 混凝 土 下落 的牵扯 下 ， 造 成 断裂 或 撕 裂 破 坏 ； 因 固 定需 要 ， 防 水 板热熔 后产 生 薄弱点 ， 易 发生损 坏 ； 焊接钢 筋 时导致 防水板 受损 ； 充填 注浆管 刺破 防水 板 ； 防水板 搭接 处理 欠 佳 。 3 2混凝 土结构 自防水失 效 ( 1 ) 混 凝 土因漏 振 、 跑 模 、 漏 浆 等 因 素都 有 可 能导 致 自防水 失效 。 ( 2 ) 衬 砌 出现开 裂 ， 产 生 裂 缝 的原 因 ， 主要 有几 个 方 面 ： 干缩 裂缝 ， 温度 裂缝 ， 变 形裂 缝 。 3 3施 工缝 、 变形 缝 防水 失效 施 工缝 、 变 形缝 是防 水 的薄弱 部位 ， 虽然 施工缝 增 加 了止水带 ， 但 仍 出现渗 漏 ， 原 因分 析如 下 。 ( 1 ) 止 水 带 与 混 凝 土 结 合 不 密 实 。混 凝 土 浇 筑 时 ， 混 合料 与止水 带 紧 密接 触 ， 但 硬 化 过 程 中 ， 止 水 带 与 昆凝 土易 出现 间 隙。 ( 2 ) 止水 带 的选型 不 合理 。 中埋 止 水 带 凸高 对 地 下水渗 透起 阻隔 作用 ， 但 因凸高 选择 不合 理 ， 阻隔作 用 降低 。 ( 3 ) 端头模板漏浆。端头模板在止水带两侧不够 严 密 ， 混凝土 浇筑 时容 易漏 浆 ， 使 止水 带周 围混 凝土 不 密 实 。 ( 4 ) 中埋止 水带 错位 。 由于模 筑 混 凝 土 的牵扯 以 及止水带 固结不稳 固， 易出现弯 曲、 偏 移设计位置 等 现 象 。 ( 5 ) 止水带 接 头不严 。环 向施 工 缝 中 的止 水 带 不 完 整 ， 容 易形 成 防水 的薄 弱 环节 。 铁道 标 准 设 计RA儿 WAY ST ANDARD DES I GN 2 0 1 ( 5) 隧 道地 下 工 程 ( 6 ) 渗水下 排不 畅 。透 过 防水 板 的 渗水 常 向环 向 施工 缝汇 聚 ， 但 由于施工 中止 水带 常存 在弯 曲现象 ， 没 有下 泄通 道 。 ( 7 ) 仰 拱及仰 拱 填充 一 次 施 工 。部 分仰 拱 及仰 拱 填充 一次性 浇 筑 ， 导 致 仰 拱 形 成 的贯 通 性 的 环 向施 工 缝 ， 易造成 底部 渗水 。 ( 8 ) 水 沟侧壁 施 工缝 防 水 不严 。 目前 设 计 中并 未 针对水 沟施 工缝 采取 相应 防水 措施 ， 易反 渗 ， 导致 隧底 面形成 水渍 、 流 水等 。 3 4隧道 排水 不 畅 发 生堵 塞 的部位 集 中在 如 下部 位 ： 盲 管或 泄 水 孔 堵 塞 ； 双侧 水 沟 及 中心 排 水 管 堵 塞 ； 泄 水 孔 泄 水 能 力 不 足 。 4改进 防排水 系统 的建 议措 施 4 1 防水 层 ( 1 ) 提高 防水 板抗 穿刺 、 抗撕 裂性 能 目前 设 计 中 大 多 采 用 厚 度 1 5 m m 范 围 的 防 水 板 ， 为增加防水层的抗穿刺 、 抗撕裂性能， 建议采用厚 度 2 I I 1 H 1 以上 的防水 板 ， 也可考 虑使 用双 层 防水板 。 ( 2 ) 试 用喷 涂 防水层 喷涂 防水 层能 克 服 被穿 刺 、 被 撕 裂 和 防水 板 焊 接 密封 不 良等疵 漏 ， 但 对初 期支 护表 面 的平 整度 、 密 实度 要求 提高 ， 且需 在无 渗 漏 水 情 况 下施 工 。因此 在 施 工 周期 无 明显 渗 水 的隧道 且 不 设 排 水 盲 沟 的隧 道 中 ， 可 尝试使 用 喷涂 防水层 。 4 2施 工缝 、 变形 缝 ( 1 ) 加 强施 工缝 、 变形 缝堵水 设计 富水 地 段 ， 隧 道 施 工 缝 、 变 形 缝 易 出 现 渗 漏 水 现 象 ， 为了便于运营期问对渗漏水的治理， 富水地段施工 缝 变形 缝 间可加 设可 维 护 注 浆 管 ， 当 运 营期 间 施 工缝 变形缝发生渗漏水病害时 ， 可通过预留注浆管注浆封 堵 来实 现病 害整 治 。 ( 2 ) 建议 止水 带增加 排水 功能 ( 图 4 ) 。 图 4司 排 水 止 水 带 ( 3 ) 增 加沟 槽部 位 防水设 计 目前设计 中对水 沟电缆槽施工缝防水基本都没有 进行细部设计 ， 导致水沟内水从部分施工缝渗出 ， 底板 与 沟槽接缝 也 是 防水 薄 弱点 ， 建议 防水设 计 中 ， 应 考虑 细部 防水 ( 图 5 ) 。 ( 4 ) 规范与发展其他施工缝止水材料 传统 的止 水条 与 止 水带 相 同 ， 存 在 定 位 困难 的 问 77 隧 道地 下 工程 马志富一铁路隧道防排水设计探讨 图 5 沟 槽部 位 施 工 缝 构 造 防 水 题 ， 设 计过程 中应 进一 步 研究 方 便施 工 止 水有 效 的新 材料 。 4 3现行 排水 系统 改善 ( 1 ) 盲管 尽量考虑采用可维护型盲管， 确保盲管堵塞后可 疏通 ， 确保隧道排水舒 畅。设计 中明确盲管施工及保 护要求 ， 如盲 沟使用 过滤 层等 ， 避 免人 为造成施 工模 筑 混凝 土时堵塞 盲管 。 ( 2 ) 侧沟 盖 板实 现工 厂化 生 产 ， 统一 管 理 施工 。运 营 前对 侧沟进 行彻底 清理 。 ( 3 ) 中心排水 管 减 小检查 井 间距 ， 方便 中心排 水管疏 通 、 维修 。设 计 中应 根据具 体地 质情 况 、 地 下水 情 况选 择 合 适 的 中 心排水 方式 。 4 4增 强纵 向排水 盲沟 功能 增 强纵 向盲沟排 水 功 能 ， 保 持 外 部 排水 有 效 是解 决 隧道结 构渗漏 水 的重 要方 法 ， 某 国外 隧道 也 采用 了 直径为 2 0 0 mm的纵 向盲管 ( 图 6 ) ， 根据 隧道渗水情 况 ， 每 隔一定距 离将水 汇人 中心排水 沟 。 圈 6 某 国 外 隧 道 使 用直 径 的 2 0 0 mm 纵 向 盲 管 目前设 计采 用 的纵 向盲 沟直 径一 般在 1 0 0 m m 以 下 ， 建 议加大 为 2 0 0 mm 以上 ， 纵 向盲 沟直 接 与 中心 沟 连通 ， 取消 与电缆 槽并行 的侧沟， 设 置侧 向管沟 ( 图 7 ) ， 严寒 地 区中心水管 可置 于仰拱 下方 。 7 8 图 7增 强 纵 向 盲 沟 后 的 隧道 排 水 系统 4 5设备 洞 室 ( 1 ) 采用 全包 防水 ， 确保 设备 洞室 内防水效果 。 ( 2 ) 设备 洞 室底 部 周 圈设 置 盲 管 ， 将 衬 砌 背后 地 下水 引至正 洞排水 沟 内。 ( 3 ) 重视正洞与设备洞室相交处防水板衔接。 ( 4 ) 设备 洞室 底 板 面 向正洞 侧 应 设置 不 小 于 1 的下坡 ， 可确保 洞 室 内水 引至正洞 侧沟 内。 4 6注浆 防水 为了保证注浆效果 ， 建议针对富水带特别是寒冷 地区富水带注浆堵水技术执行规范化管理 。 4 7采用全 包防水 全 包防水 隧道结 构 对 高水 头 环境 适 应 能力 差 ， 可 能 因结 构庞 大 ， 结 构 施 工 工 艺 复 杂 ， 而 导 致 结 构 因振 捣、 水化热等问题带来结构本体防水瑕疵 ， 且开挖断面 巨大 ， 施 工安全 风险较 大 ， 一般 仅在有 严格 地下水 环境 ( 地下水流失可能引起居 民饮用水困难 、 地表沉降等) 要 求 的工 程 中采 用 。 4 8推 行 防排 水施 工工序标 准化 将 防排 水作 为一 道 关 键 施 工 工 序进 行 标 准 化作 业 ， 由专业 队伍 担负施工 ， 在 隧道施工 组织设计 中充 分 考 虑合理 的施工周 期 。 5对严 寒地 区隧道 防排水技 术 的建议 我 国北 方严寒 地 区的铁路 隧道发生 冻 害的情况经 常发 生 ， 隧道 防排 水 特别 是 防 冻保 温 十分 关 键 。通过 收集 哈局 、 沈局 寒 冷及 严 寒 地 区 2 8 0座 既有 隧 道 防排 水技术 资料 ， 现场 调查哈局 范 围内的 4 0余 座隧道 的冻 害整 治情况 ， 经研究 分析认 为 ， 严 寒地 区隧道 防排水应 采用 隧道结构 外排 水 的方 法 。通 过 工 程实 践 经验 ， 形 成了严寒地区保温排水方式建议( 表 1 ) 。 表 1 建 议 的 严 寒 地 区保 温 排 水 方 式 6 结 语 随着铁路隧道的设计标准不断提高， 铁路隧道防排 水设计应进一步加强其系统性 ， 排水与防水应紧密结 合， 尤其应注重隧道排水系统对防水的基础性作用 ， 根 据具体的工程条件有针对性进行防排水设计， 做到防排 水精细化设计 ， 做好 材料 使 用控 制 ， 并将 防排 水 施工作 为一道关键施工工序 ， 从而保证防排水系统稳定可靠。 在严 寒地区 ， 以隧道结构外排水为 防冻的主要措施。 铁道标准设计R AI L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 j ( 5 ) 隧 道 地 下 工 程 杭州地铁彭埠站基坑计算与监测结果分析 雷 崇 ( 中铁第 四勘察设 计院集团有限公司 ，武汉4 3 0 0 6 3 ) 摘 要 ： 介 绍 了杭 州地铁 1号线 彭埠站基坑设 计计算及现 场监 测 实例。通过对地下连 续墙 的侧 向位移 、 钢 支撑 轴力 、 地表 沉 降、 坑 外水位 、 坑底隆起 等监测结果与设计计 算结果 的对比 ， 分 析计算值与 实测值的差异 ， 从 中得 到一些有 价值 的结论 。探 讨 基 坑 的 变 形机 理 ， 并 对 基 坑 开 挖 期 间 的 时 空 效 应 做 了具 体 的 研 究 。 关键 词 ： 地 铁 ；基 坑 监 测 ；地 下 连 续 墙 ；增 量 法 ； 时 空效 应 中 图分 类 号 ： TU 4 7 3 文 献 标 识 码 ： A 文章 编 号 ： 1 0 0 42 9 5 4( 2 O l 1 ) 0 50 0 7 90 5 1 工程概 况 1 。 1 工程简 介 彭埠 站位 于规 划 的彭 埠 路 与钱 潮 路 十 字路 口， 沿 彭 埠路东 西方 向置 于道 路 下方 ； 车站 总 长 4 4 3 9 m， 标 准段 宽 4 4 5 m； 整个 地铁 车站 由地 下车 站主 体 、 8个 出 人 口( 包括 4个 资源 开发 出入 口) 和风亭 三部 分组 成 。 车站 主体 基 坑 围护 结构 采 用 8 0 0 mm厚 地 下 连续 墙加 钢支 撑 形 式 。标 准 段 基 坑 深 l 61 7 1 T I ， 端 头 井 1 71 8 m， 地 连 墙 插 人 比 0 91 0 。 车 站 形 状 不 规 则 ， 且 为长 条 形 基 坑 ， 设 计 时将 车 站 沿 长 度 方 向分 为 A、 B 、 C 3个 区 ， 依 次分 别开 挖施 工 。 1 2 工程 地质 及水 文地 质条 件 本 场地 浅层 地下 水 属 潜 水 类 型 ， 主要 赋存 于 上 部 填 土层 及粉 土 、 砂 土层 中 ， 补给来 源 主要 为大气 降水 及 地表水 ， 并 随 季节 而 变化 ， 其 静 止水 位 埋 深一 般 在 0 53 4 m； 第 二 层 为 承 压 水 ， 主 要 分 布 于 深 部 的 ( 1 2 ) 4 、 ( 1 4 ) 2圆砾 层 中 。本 场 地 各 土 层 的分 层 描 述 及 土层 物理力 学参 数见 表 1 。 2 基 坑计 算模型 及 监测方 案 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 0 31 7 作者简介： 雷崇 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 工程 师 ， 2 0 0 1年毕 业 中南大学 建筑 工 程 专 业 。 2 1 基坑 计算 原则 及模 型 基 坑 围护结 构按 平 面 问题进 行 分 析 ， 取 “ 荷 载 一 结 构 ” 模式 ， 采 用 “ 增 量 法 ” 原 理 ， 进 行开 挖 与 回筑 阶段 各 工 况结 构计算 。围护 结构 按 “ m” 法进行 内力 和 位移 的 计 算 ： 在施 工 阶段 ， 按 施 工 过 程 进 行受 力 计 算 ， 开 挖 期 间围护结构作为支挡结构 ， 承受全部的水土压力及地 面荷载 。其受 力 分析 模 拟 了施 工 过 程 ， 遵 循 “ 先 变位 ， 后 支撑 ” 的原则 ， 在 计 算 中计 入 结 构 的 先 期 位 移值 及 支撑 变形 。连 续墙 按 弹 性 地 基 梁计 算 ， 在 开 挖 面 以 下 的土体 以弹 簧模 拟 ， 钢 支 撑 作 为 弹性 压 缩 的 杆件 。基 坑采 用 明挖顺 作 法施 工 ， 各 施 工 阶段 结 构 荷 载 工 况模 型示 意如 图 1所示 。 表 1 土 层 物 理 力学 参 数 考 土 层 名 称 在建 筑深 基坑 的 支 护设 计 中 ， 往 往 需 要 多 道 支撑 方能 保证 围护 结构 的 合 理受 力 和 稳 定 ， 而 支 撑 的设 置 I h I I I I I I II II I Ii , 参考 文献 ： 1 中华人民共和 国住 房和城 乡建设 部 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 8 2 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 3 铁道部经 济规划 研究 院 T Z 3 1 1 2 0 0 9 铁路 隧道 防排水 施工 技 术指南 S 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 9 铁道标准设计R A I L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 1 ( 5) 4 张慧玲 高速铁路客运 专线隧道防排 水设计 J 铁道标准设 计 ， 2 O1 0( 1)： 1 3 91 41 5 铁道部工程设计鉴定 中心 高速铁路隧道 M 北京 ： 中国铁道 出 版社 ， 2 0 0 6 6 赵勇 ， 唐国荣 ， 倪 光斌 ， 武 赞 中国高 速铁路 主要 技术标准 和 关键技术 C 2 0 0 6中国高速铁 路隧道 国际技术交流会论文 集 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 6 7 9 岩 别 围 级 雌 蟋 数 载 特 值 承 力 征 基 聚 凝 摩 角 内 擦 然 度 天 密