高速铁路隧道防排水设计优化措施

张 国 辉

(中铁十六局集团公司，北京 100018)

高速铁路隧道防排水设计优化措施

张 国 辉

(中铁十六局集团公司，北京 100018)

阐述了导致隧道出现渗漏水的原因，分析了隧道防排水设计中存在的具体问题，并着重探讨了高速铁路隧道防排水设计的完善措施，对保证隧道工程的防排水设计质量有重要意义。

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在铁路隧道设计中，防排水设计是施工设计的重点。如果隧道出现渗漏水情况不仅会对车辆的行驶安全造成影响，并且还会对隧道照明系统和通风系统的工作效率造成影响，降低隧道的使用年限。特别是天气寒冷的地区，如果隧道出现渗漏水情况，会出现底鼓、挂冰等情况，对车辆的行驶安全造成了较大的影响。所以，很有必要针对我国当前的防排水技术，深入探讨防排水设计，进一步对防排水设计进行完善。

1 隧道出现渗漏水的原因

在高速铁路隧道施工中，高地温、高地应力、地下水是影响隧道施工的主要因素。其中地下水是导致隧道渗水的主要因素。由于隧道是在地表下修建的，会被各种地下水包围。在施工过程中，任何可能出现的排水系统缺陷都会导致隧道出现渗水和漏水。当前我国虽然在高速铁路隧道防排水施工方面取得了良好的施工经验，也取得了显著的成绩，但是总体防水效果依然不够理想，很多已经竣工的隧道依然存在衬砌结构渗漏的情况。调查显示，我国大约有接近1/3左右隧道有衬砌结构渗漏水的情况。常见的渗漏水病害主要表现为淌水、渗水、拱脚处渗水、滴水、侧墙渗水、局部涌水、道床积水等。冬季时，隧道的顶部会产生冰挂，道床上会产生冰坡和冰堆。

由于水具有流动性，隧道衬砌结构受到的水头压力往往比较大。一旦衬砌出现病害和缺陷都会出现渗漏水。同时，渗漏水会加剧其他病害的发展，对隧道的使用寿命和使用性能造成较大的影响。所以，保证隧道工程的防排水设计质量具有重要意义，隧道工程的防排水质量直接影响了隧道建成后结构的耐久性和坚固性。

2 高速铁路隧道防排水设计存在的问题

虽然我国在隧道防排水设计方面取得了显著的成绩，但是仍有一些问题存在。目前，我国已建隧道的防水都是参考国外一些比较成熟的施工经验进行施工的，对隧道防水的施工规范也进行了明确，但是依然存在一些不足之处，主要体现在以下几个方面：

1)隧道防水等级模糊。很多隧道在施工时，没有对隧道的防水等级进行明确[1]。和国外的隧道防水规范相比，各类隧道的防水等级和防水要求都不够明确，很多国标都缺乏定量的指标，或者指标比较简单、笼统，执行过程中的难度比较大。

2)缺乏防水设计依据。由于隧道工程的施工环境复杂，勘探费用高，想要通过勘探来了解隧道地质情况的难度是比较大的。由于地下水的运动缺乏规律性，在计算时也只是将地下水看作静水压力作用，未对地下水的渗透作用进行考虑。从宏观的角度来看，抗渗防水主要是根据地下层流台的达西定律来进行计算的，计算的结果也只能作为地下工程抗渗设计的参考。当前，很多学者都将应力场和渗流场进行综合考虑，并利用有限元的方法对地下水渗流进行研究，但是依然缺乏可以参考的研究成果。此外，设计人员在进行地下工程和隧道的设计时，只考虑建筑和结构上的要求，对防排水的设计要求不够重视[2]。在进行防水设计前，没有全面了解水文地质情况和工程地质情况；没有全面勘察衬砌周围的水量、水源和流向情况。

3)施工单位、设计单位之间缺乏沟通。隧道防排水工程是一项比较系统的工程，在进行治理的时候，需要以截、堵、排、防相结合的方法进行治理，要注意不要出现排而不堵或排而不防的情况，这两种情况都会导致衬砌四周的积水不断增加，破坏隧道结构。

4)隧道防水施工不合理。虽然相关文件已经明确规定了隧道的施工规范，但是并没有从经济性和效率性的角度上系统的研究防水措施。对于不同的工程，也只是根据自己的想法进行防排水设计，缺乏具体的评价标准，管理方面存在比较大的盲目性。很多隧道防水措施的防水经济性差或者达不到防水目标。此外，一些施工队伍的人员素质不高，导致工程质量差，埋下了安全隐患。

3 高速铁路隧道防排水设计的完善措施

当前，我国的隧道防排水系统设计主要是对隧道功能进行设计，对防水的维护性和动态性的设计比较少。一旦隧道结构某个部位出现渗漏，处理起来难度会比较大，并且会破坏结构，影响车辆的正常行驶。因此，需要进一步对隧道的施工、防排水设计和运营维修进一步完善。

3.1 可维护性防排水的要求

隧道的防排水系统的可维护性指的是排水系统具有养护、维修便利等优点。不管是何种类型的防水措施都无法保证工程使用期间功能的良好性，但是如果隧道防排水系统具有良好的可维护性，就可以及时对隧道进行维护，使隧道工程持续处于良好的工作状态。防排水系统的可维护性主要体现在以下两个方面：1)合理的施工设计。使系统的功能不容易丧失，提高事后维护的便利度。2)完工后的疏通、维修和更换更加的便利。要保证防水层保护周密，排水系统通畅。不会被异物和泥沙堵塞。内部不容易淤积泥沙。衬砌出现渗漏后容易封堵，可以及时找到渗漏源。变形缝、施工缝等结合部的构造更换容易。

3.2 分区防水的设计

在高速铁路修建中，城区隧道一般位于地形水位下，隧道四周的地下水无法自然排出。一般多使用防水层包裹住隧道的横断面。为了避免从防水层穿过的渗水会顺着隧道向纵向方向串流，研发出了分区防水技术。主要是利用止水条带粘贴在防水层上，然后进行混凝土的浇筑。由于混凝土具有良好的刚度和高度，即便衬砌段背后出现了渗水，渗水也无法随意窜流。此时，如果一个防水分区的衬砌混凝土有良好的防水效果，就算是防水层出现了损伤，此区域也不会出现渗漏的情况，有效控制了隧道渗水。

在施工时，使用呈几何线状的塑料条带作为止水条来阻止隧道渗水顺着隧道纵向窜流，此条带的横断面为凸楞状。如图1所示，在施工时，使用冷粘法和热合法将其在防水板上进行固定，并且保证防水板和止水条之间可以紧密结合。衬砌混凝土浇筑完成后，止水条也会埋于混凝土中，并在止水带之间产生一个防水分区。由于环向施工缝是隧道出现渗漏的重要位置，因此，“凸楞”的止水条一般会在环向施工缝量测0.5 m的范围中进行固定。工程中使用止水条的宽度为10 mm，高度为50 mm。

虽然分区防水可以有效控制衬砌混凝土和防水板之间的纵向窜流，降低隧道渗水、漏水的情况，但是还需要做如下完善：

1)设置渗水下排通道。根据当前的设计，加入分区中的渗水从防水板穿过，这些渗水下部如果没有排水管道，渗水会不断在衬砌和防水板之间聚集，导致水压增加。长此以往会导致衬砌段出现渗漏。所以，很有必要在衬砌段设置一个向下的排水管。

2)对止水条和带安装工艺进行完善。当前，分区防水的带安装和止水条主要是在已经铺设的防水板上进行施工。考虑到隧道中的施工条件不好，不管是使用冷粘法还是热合法，都不能取得较好的施工效果。所以，有必要考虑一下止水带、止水条的工厂化安装。此外，要进行精细化施工管理，准确确定止水带的位置，提高施工质量。

3.3 注浆防水的完善措施

当前，隧道二次衬砌使用整体式衬砌台车和泵送混凝土结合的方法进行施工。这种方法虽然在公路、铁路和水工隧道施工中应用比较普遍，但是仍然有一些缺陷：

1)在泵送混凝土的时候，通常会将坍落度控制在11 cm～18 cm，以保证混凝土的流动性。由于混凝土的坍落度比大，会增加混凝土的收缩量，致使隧道拱顶出现一个纵向的灌不满区。

2)衬砌结构水平施工缝容易变成渗漏水的通道。在台车模板就位之前虽然处理了水平施工缝，但是由于施工空间小，泵送混凝土的灌注速度比较快，无法达到设计要求，并且施工缝上部骨料下沉的密集度差，不能保证混凝土的均匀性。

3)两模板衬砌的接缝位置也是防水的重点，由于衬砌台车一般会和已有的衬砌相互连接，另一侧会使用堵头模板进行封堵。当衬砌台车顶压不够均匀、衬砌变形时，会导致连接端出现漏浆的情况。在堵头模板的一端，由于初期支护面平整度差，一般使用木模进行施工，模板上的接缝比较多，在泵送混凝土压力的影响下，会出现漏浆、跑浆的情况，并且该处混凝土的密实性也无法保证。

为了提高结构的防水能力，降低负面因素对工程质量的影响，在完成衬砌后，有必要对这些地方进行注浆，将渗漏通道堵塞住，进而提高混凝土的密实性。

在埋深注浆管时，首先要保证可以增强衬砌薄弱部位。考虑到衬砌结构空隙区主要在拱顶部分出现，为了保证分区的效果，在拱顶安装注浆管来进行衬砌背后的回填注浆。在隧道二衬和背贴式止水带的接触位置也要设置注浆管。二衬完成后，对注浆管进行注浆，以便可以进一步缝补好施工缝的渗透通道。进行回填注浆时，要在衬砌混凝土的设计强度达到70%后进行，将衬砌内注浆和回填注浆的压力控制在0.5 MPa。回填注浆工艺流程如图2所示。要按照从低到高的顺序从轴线处开始施工。在多水地区，要先进行两头的施工，再进行中间位置的施工。

4 结语

隧道防排水工程施工是一项综合性比较强的施工，除了要完善施工技术以外，还需要做好防水工程。提高施工人员的工作责任心，选择质量合格的防水材料，组织专业化的施工队伍进行施工，保证工程的施工质量。

[1] TZ 311—2009,铁路隧道防排水施工技术指南[S].

[2] 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,2010(1):139-141.

[3] GB 50108—2008，地下工程防水技术规范[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

张国辉(1972- )，男，高级工程师

U453.6

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