哈大鐵路客運(yùn)專線隧道防排水設(shè)計(jì)

葉少敏，馬志富

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

隨著近年來(lái)我國(guó)鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，隧道設(shè)計(jì)、施工技術(shù)日漸成熟，應(yīng)該說(shuō)已發(fā)展到了較高的水平，但仍有不少隧道出現(xiàn)了一定程度的滲漏，并且隨時(shí)間的推移，滲漏量有不斷增加的趨勢(shì)，防排水技術(shù)離理想狀態(tài)還存在一定的差距，其設(shè)計(jì)理念還有待進(jìn)一步完善。隧道防排水設(shè)計(jì)的合理性與施工質(zhì)量的好壞，是直接影響隧道今后運(yùn)營(yíng)安全與使用品質(zhì)的重要原因。貫徹環(huán)保理念，防止隧道工程建設(shè)給周?chē)鷳B(tài)環(huán)境造成危害，體現(xiàn)以人為本、進(jìn)行“人性化”設(shè)計(jì)與施工是隧道建設(shè)的重要方面。

目前主要有2種隧道襯砌結(jié)構(gòu)的防排水類型:體現(xiàn)“以防為主，限量排放”的防水型，一般又稱半包式防水;另一種為“以防為主，多道設(shè)防”的防水型，一般又稱全包式防水。在發(fā)達(dá)國(guó)家考慮到環(huán)境保護(hù)和減少運(yùn)營(yíng)階段的養(yǎng)護(hù)工作量，為降低運(yùn)營(yíng)成本而大量采用了將地下水流堵在隧道外的全封閉防水措施。長(zhǎng)期以來(lái)，為了避免或減弱地下水對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的作用，保證隧道主體結(jié)構(gòu)安全，降低建設(shè)成本，我國(guó)山嶺隧道大多按照“以排為主”的原則建造［1］。

2 哈大鐵路客運(yùn)專線防排水設(shè)計(jì)

結(jié)合本線隧道實(shí)際情況綜合考慮后確定設(shè)計(jì)原則:對(duì)于覆蓋層厚度小于30 m的短隧道，采用“全封閉不排水”的原則;一般深埋隧道采用“防、堵、截、排結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則。

2.1 半包防水隧道

主要隧道有九里莊、小山屯、老虎屯和轉(zhuǎn)山子等4座隧道，隧道最大埋深均超過(guò)30 m，長(zhǎng)度均超過(guò)500 m，其中九里莊隧道全長(zhǎng)4 340 m，為全線最長(zhǎng)隧道。

(1)防排水設(shè)計(jì)原則

遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜、綜合治理”的原則，采取切實(shí)可靠的措施，達(dá)到防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟(jì)合理、不留后患的目的。確立結(jié)構(gòu)自防水為根本，同時(shí)加強(qiáng)施工縫、變形縫等細(xì)部結(jié)構(gòu)的防水措施。隧道防水等級(jí)為一級(jí)，主體結(jié)構(gòu)的抗?jié)B等級(jí)為S12。

(2)防水隔離層設(shè)計(jì)

在山嶺隧道建設(shè)中，隧道防水技術(shù)的核心是防水隔離層，防水隔離層由防水板和無(wú)紡布組成。防水板的作用是將地層滲水拒于二次襯砌之外，以免水與二次襯砌接觸并通過(guò)二次襯砌的薄弱環(huán)節(jié)滲入隧道。無(wú)紡布的作用是保護(hù)防水板，使防水板免遭尖銳物的刺傷，同時(shí)充當(dāng)噴射混凝土與二次襯砌的滲水下排通道。

哈大鐵路客運(yùn)專線半包隧道初期支護(hù)與二次襯砌間拱墻部位鋪設(shè)防水隔離層，防水板厚2.0 mm，防水板均與無(wú)紡布結(jié)合使用，無(wú)紡布不少于400 g/m2。二次襯砌拱部必要時(shí)預(yù)留充填注漿孔，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行充填注漿。

防水板鋪設(shè)前采用專用熱熔襯墊及射釘將無(wú)紡布固定在噴射混凝土表面。專用熱熔襯墊及射釘按梅花形布置，無(wú)紡布鋪設(shè)要松緊適度，以能密貼噴射混凝土表面為佳。無(wú)紡布鋪設(shè)完成后，再使用施工臺(tái)架將防水板預(yù)鋪到固定位置，使用手動(dòng)電熱焊接器加熱，使防水板焊接在固定無(wú)紡布的專用襯墊上。防水板間自動(dòng)熱熔焊接采用自動(dòng)雙縫熱熔焊接機(jī)，焊接2條焊縫，防水板搭接不小于10 cm。

(3)施工縫及變形縫防水設(shè)計(jì)

施工縫采用遇水膨脹止水膠和背貼式橡膠止水帶，環(huán)向按8～12 m一道設(shè)置，縱向按2道設(shè)置;變形縫在地層顯著變化處、明暗分界處設(shè)置，采用背貼式橡膠止水帶加中埋式鋼邊橡膠止水帶，并加設(shè)可維護(hù)注漿管，便于進(jìn)行后續(xù)注漿堵水。

“?”:要證A為CSI-閉,只需證XA為CSI-開(kāi)即可。首先由A為閉集,XA為開(kāi)集;其次若F∈CIrr(X),F∩(XA)=?,即F?A,由已知,Fδ?A,于是Fδ∩(XA)=?,故XA為CSI-開(kāi)。

隧道施工縫、變形縫是滲漏水處理的薄弱點(diǎn)。從抗?jié)B漏理論上講，止水帶與止水條是有效的。但在實(shí)際施工中，止水帶與止水條的安裝即使花費(fèi)大量時(shí)間仍很難正確安設(shè)到預(yù)定位置，造成應(yīng)設(shè)防處存在一定程度的“真空”，起不到應(yīng)有的作用。而本線設(shè)計(jì)中考慮隧道一旦出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，可以通過(guò)可維護(hù)注漿管堵水并嵌填防水材料實(shí)施最后一道封堵。

(4)隧道排水系統(tǒng)

隧道排水系統(tǒng)一般分為隧道襯砌外排水系統(tǒng)和隧道內(nèi)排水體系兩大部分。隧道襯砌外排水系統(tǒng)(由環(huán)縱向盲管組成)的作用是將圍巖滲水、穿過(guò)初期支護(hù)被二次襯砌阻擋的滲水疏導(dǎo)、匯集并引排到排水溝;隧道內(nèi)排水系統(tǒng)(兩側(cè)水溝及中心水管)的作用則是將襯砌外排水系統(tǒng)匯集的地下滲水和其他廢水引排到隧道外［2］。

哈大鐵路客運(yùn)專線半包型隧道在防水層與初期支護(hù)間拱墻設(shè)置HDPEφ50打孔波紋管盲管，一般地段10 m一道，富水地段5 m一道;邊墻墻腳縱向設(shè)HDPEφ107/93打孔波紋管盲管，并與環(huán)向盲管連通，連通點(diǎn)設(shè)三通管直接引入側(cè)溝內(nèi)。隧道內(nèi)設(shè)置雙側(cè)排水溝與中心排水管，并間隔30 m通過(guò)中心檢查井連通。見(jiàn)圖1。

圖1 哈大鐵路客運(yùn)專線半包防水隧道防排水?dāng)嗝媸疽?/p>

2.2 全包防水隧道

21世紀(jì)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主旋律，隧道建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展是廣大建設(shè)者的責(zé)任，如何正確地處理隧道建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系是廣大工程技術(shù)人員需要認(rèn)真思考和不斷探索的重大課題，應(yīng)該說(shuō)“以防、堵為主，少排或不排”是今后隧道排水技術(shù)發(fā)展的必然方向。

在德國(guó)以地下水位高差80 m為界，劃分全包防水型及全包排水型。全包型在我國(guó)鐵路隧道應(yīng)用較少，但隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境問(wèn)題重視的提高，從保護(hù)環(huán)境的長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，這幾年逐步在部分地下水環(huán)境敏感或地面有重要建筑物不能因隧道長(zhǎng)期排水引起沉降的地段進(jìn)行了應(yīng)用，例如武廣客運(yùn)專線的瀏陽(yáng)河隧道、金沙洲隧道等。

哈大鐵路客運(yùn)專線全包防水隧道主要有鞍山隧道、臺(tái)山隧道、筆架山隧道和三十里堡明洞，隧道地下水位差均為30 m以內(nèi)。其中鞍山隧道為“U”形隧道，全長(zhǎng)2 440 m(50 m暗挖，其余為明挖)，為穿越城郊隧道，其余3座均為山嶺隧道。

(1)防排水設(shè)計(jì)原則

(2)防水隔離層設(shè)計(jì)

隧道襯砌均采用全包式防水。其中暗挖施工的隧道初期支護(hù)與二次襯砌間全斷面鋪設(shè)防水隔離層，防水板厚2.0 mm，防水板均與無(wú)紡布結(jié)合使用，無(wú)紡布不少于400 g/m2。明洞段襯砌外全斷面鋪設(shè)自粘式防水板。自粘式防水板的自粘膠料與基層水泥水化產(chǎn)物形成互穿界面網(wǎng)絡(luò)，具有一定滲透深度，同時(shí)可以提高基體面層的強(qiáng)度與自防水能力，當(dāng)防水層由于局部破壞而導(dǎo)致發(fā)生滲漏時(shí)，只在該點(diǎn)處發(fā)生滲漏，而不會(huì)在防水層與基面之間形成竄水，滲漏點(diǎn)明確，便于查找滲漏源進(jìn)行修補(bǔ)，同時(shí)自粘式具有一定自愈能力，在發(fā)生意外的微小穿刺時(shí)，可以在擠壓應(yīng)力作用下，自動(dòng)對(duì)防水層的破損處進(jìn)行封堵［3］。

(3)施工縫及變形縫防水

模筑襯砌施工縫環(huán)向按8～12 m一道設(shè)計(jì)，縱向按2～4道設(shè)計(jì)，施工縫采用遇水膨脹止水膠加背貼式橡膠止水帶防水;結(jié)構(gòu)明顯變化和明暗分界處設(shè)置變形縫，變形縫采用中埋鋼邊橡膠止水帶加背貼式橡膠止水帶防水。為保證接縫防水效果，中埋止水帶內(nèi)側(cè)設(shè)注漿管，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行注漿防水。見(jiàn)圖2。

圖2 哈大鐵路客運(yùn)專線全包防水隧道防排水?dāng)嗝媸疽?/p>

3 結(jié)語(yǔ)

山嶺隧道埋深和地下水位高度有別于地鐵、過(guò)街地道、人防工程等市政地下工程。對(duì)于市政工程，由于埋深較小、水位不高，有條件通過(guò)襯砌結(jié)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)地下水采用“全堵”方案，來(lái)避免地下水流失對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響;而山嶺隧道地下水位一般都較高，如果采用“全堵”方案，如地下水壓過(guò)高，產(chǎn)生的荷載會(huì)超過(guò)襯砌結(jié)構(gòu)承載力，不僅僅需要增加工程造價(jià)，有時(shí)甚至無(wú)法實(shí)施?，F(xiàn)行大多數(shù)排水型半包隧道涌排水使地下水逐漸疏干，惡化水文地質(zhì)條件，使地下水位不斷下降，地下水疏干漏斗不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致洞頂?shù)乇砗雍越?，水環(huán)境失去平衡進(jìn)而引發(fā)生態(tài)環(huán)境破壞和巖溶地面塌陷等災(zāi)害，嚴(yán)重影響人民的生產(chǎn)和生活，隧道部門(mén)也苦于補(bǔ)救和巨額賠償因而隧道防排水以堵為主的呼聲日益高漲［4］?？紤]到350 km/h客運(yùn)專線大跨結(jié)構(gòu)的特殊性，哈大鐵路客運(yùn)專線隧道設(shè)計(jì)按水頭差30 m劃分半包與全包隧道，對(duì)“全封閉不排水”設(shè)計(jì)進(jìn)行了有益的探索。至于是否可以按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)80 m水頭差劃分或如國(guó)內(nèi)有學(xué)者提出在隧道洞壁上安裝限壓閥，一旦水壓大于設(shè)計(jì)值，閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，排水卸壓等等還需要進(jìn)一步研究。

［1］錢(qián)文斐.新奧法隧道防排水設(shè)計(jì)現(xiàn)狀［J］.地下工程與隧道，2007(S):25-27.

［2］王夢(mèng)恕，等.中國(guó)隧道及地下工程修建技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［3］蔣雅君，等.自粘防水卷材在隧道防水中的適應(yīng)性探討［J］.新型建筑材料，2007(2):69-72.

［4］齊海鋒.全封閉的隧道防排水設(shè)計(jì)理念［J］.山西建筑，2010(9):342-343.

［5］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.哈大鐵路客運(yùn)專線隧道專業(yè)設(shè)計(jì)文件［Z］.天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2007.