既有鐵路隧道滲漏水分析及整治技術

張文達，雷林，周鵬鵬，李德武，穆騰虎

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；2.中國鐵路蘭州局集團有限公司 工務部，甘肅 蘭州 730000；3.蘭州交通大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

我國鐵路隧道數(shù)量日益增多，截至2021年3月，全路運營鐵路隧道約15 554座，長度約18 771.8 km，其中高速鐵路隧道4 728座，長度約8 185.9 km。受設計、施工、養(yǎng)護維修等多方面影響，隧道襯砌滲漏水病害較為突出［1］。徐卓寧、楊文宣［2-3］通過隧道滲漏水病害調查研究，提出了“堵、排、截、引”相結合的綜合整治措施；楊承洞［4］研發(fā)了一種新型水泥基灌漿材料TGRM，并應用于隧道滲漏水整治；葉飛等［5］針對隧道滲漏水問題，提出集中泄水泄壓的整治思路；王星華［6］采用新型黏土漿液工程整治方案治理隧道滲漏水；楊甲奇［7］針對某深埋隧道巖體裂隙發(fā)育問題，通過流固耦合滲流場分析，為深埋隧道漏水病害注漿堵水設計提供參考；萬利、丁銳［8-9］針對隧道襯砌滲漏水常發(fā)生于施工縫、變形縫、伸縮縫等狀況，提出一套施工縫滲漏水整治方案。

隧道開挖建成后，山體中的既有水系重新分布。西北地區(qū)黃土隧道受地質、水文條件影響，圍巖中的氯化鹽、硫酸鹽、碳酸鹽等易溶鹽類遇水后，伴隨滲漏水流入隧道縱、環(huán)向排水盲管內結晶，久而久之造成排水盲溝（管）結晶堵塞，進一步發(fā)展導致既有排水系統(tǒng)失效。另外，隧道滲漏水病害還會導致混凝土結構劣化，引發(fā)道床翻漿冒泥、鋼軌及扣件銹蝕、電力牽引區(qū)段接觸網漏電跳閘等問題。尤其在冬季，寒區(qū)鐵路隧道滲漏水還常演變?yōu)橐r砌掛冰、道床凍結等次生災害，影響既有線列車運營安全和隧道設備設施的健康服役［10-11］。因此，有必要針對既有線隧道滲漏水病害類型、原因及整治措施等開展進一步研究。

1 滲漏水分類

受地下水、不良地質構造等自然條件影響，部分隧道襯砌結構發(fā)生開裂、錯位等病害，致使周邊圍巖中地下水、地表水滲漏至隧道內，不僅影響襯砌結構的正常使用，還會造成混凝土結構耐久性降低。工程中，隧道滲漏水常按以下4種方式分類。

（1）根據(jù)滲漏水程度由輕至重分為：濕漬、滲水、水珠、滴水、線漏等（見表1）。

表1 滲漏水類型及表現(xiàn)形式

（2）根據(jù)滲漏水產生部位分為：拱頂（頂部）、側墻、仰拱（底板）滲漏等（見圖1）。

圖1 不同部位滲漏水

（3）根據(jù)滲漏水在隧道襯砌結構上的差異分為：點、線和面滲漏3種（見圖2）。

圖2 滲漏水點線面差異分類

（4）按水源補給方式分為：地表水補給和地下圍巖裂隙水補給2類。通常，地表補給水引發(fā)的滲漏水流量，隨地表水源補給而滯后變化，但地下圍巖裂隙水補給的滲漏水流量，基本不受季節(jié)變化及降雨影響。部分隧道滲漏水，也可能同時受以上2種水源補給影響。

2 滲漏水成因分析

2.1 設計方面

（1）隧道設計階段勘查不細。隧道穿越含水地層時，地層中的原有地下水通道被截斷。若在隧道防排水設計階段，對穿越的節(jié)理發(fā)育巖層、暗河、溶洞等預判存在偏差，對圍巖級別及水文地質條件評估不夠準確，很可能導致初期支護和二次襯砌的抗?jié)B等級不達標、防排水措施不完善、防腐蝕設計不足［11］。同時，部分設計單位對隧道開挖所處的水文地質環(huán)境缺乏動態(tài)設計，給隧道滲漏水埋下源頭隱患。

（2）防排水系統(tǒng)設計欠合理。鐵路隧道防排水設計通常采用全線一套通用圖，一般采用“排水盲管+防水板+止水帶”的防排水體系，很少針對不同水文地質條件優(yōu)化防排水設計，排水管堵塞、防水板破損、橡膠止水帶扭曲、寒區(qū)鐵路隧道排水盲管凍結失效、排水溝整體結冰等病害時有發(fā)生。尤其在相鄰兩板隧道襯砌的環(huán)向接縫處，橡膠止水條、止水帶松動變位或脫落現(xiàn)象屢見不鮮，密封排水效果大打折扣。既有排水系統(tǒng)復雜且設計不夠合理，造成沉降縫、施工縫（含冷縫）、結構裂縫、襯砌不密實等薄弱部位滲漏水。

2.2 施工方面

（1）超欠挖。隧道施工中的超欠挖，會造成初期支護和圍巖間、二次襯砌和初期支護間存在儲水空間。這部分地下水若處理不當，易在襯砌薄弱部位造成滲漏水。

（2）防水板安裝不規(guī)范。防水板是阻斷地下水進入隧道的關鍵環(huán)節(jié)，但受初期支護表面不平整、防水板安裝機械擦傷、接縫處封閉不牢、熱熔墊片封閉不嚴等因素影響，防水板易發(fā)生擦裂或戳穿。防水板施工質量缺陷是隧道滲漏水產生的主要原因。

（3）二襯缺陷。隧道二襯施工中，混凝土和易性差、振搗不密實、泵壓不足、模板臺車拆模過早、混凝土早期養(yǎng)護不足等，常造成二次襯砌存在質量缺陷，給地下水提供了滲流通道。

（4）止水帶埋設不規(guī)范。目前在環(huán)向和縱向施工縫處采用的橡膠止水帶，易發(fā)生固定不牢，在混凝土澆筑中常出現(xiàn)脫落、變位，造成施工縫處密封不嚴，既有排水系統(tǒng)存在缺陷。

2.3 養(yǎng)護維修方面

部分設備維管單位未嚴格落實養(yǎng)護維修規(guī)定，未對隧道排水系統(tǒng)定期清理、疏通，造成隧道側溝、中心排水溝、盲管出水口等部位結晶、淤積、堵塞。既有排水系統(tǒng)失效，進而導致襯砌背后地下水無法及時排出，在水壓作用下，沉降縫、施工縫（含冷縫）、結構裂縫、襯砌不密實等薄弱處所產生滲漏水。

3 滲漏水整治技術

近年來，針對隧道滲漏水的整治多采用“排堵結合”方案，取得了一定整治效果。但調查回訪發(fā)現(xiàn)，不少隧道滲漏水工程整治完工后，出現(xiàn)病害反復，常見滲漏水病害整治完工后，在附近未發(fā)生過滲漏水的位置出現(xiàn)了不同程度的滲漏水。通過調研踏勘中國鐵路蘭州局集團有限公司（簡稱蘭州局集團公司）管內寶中、蘭渝等鐵路沿線隧道滲漏水工點，結合寶中鐵路某隧道滲漏水病害整治工況，研發(fā)出一種低位疏排引流和降低水位的綜合整治方案，并應用于工程整治，取得了良好效果。

3.1 病害概況

寶中鐵路某單線隧道建于20世紀90年代，全長329 m。2016年9月，工務人員在設備檢查時發(fā)現(xiàn)K152+410處拱頂存在線狀滲漏水，K152+360~480處基底翻漿冒泥嚴重（見圖3），線路幾何尺寸不良，立即報告并現(xiàn)場看護。經現(xiàn)場踏勘、反復比選，研究制定低位疏排引流和降低水位的綜合整治方案。

圖3 寶中鐵路某隧道滲漏水現(xiàn)場

3.2 整治技術

（1）低位引流。在滲漏水處所，采用水鉆或風鉆在距隧道邊墻底部約50 cm高處鉆設泄水孔，直徑為100 mm，深度鉆穿防水板。施工時，鉆孔不宜打穿初期支護，以防噴沙涌泥。為便于結晶體的清理疏通，在泄水孔內安裝直徑80 mm、壁厚3 mm PVC管，管口外端用橡膠圈進行填塞固定，以防脫落。在泄水孔下方設置引水槽，將積水引排至側溝。通過在泄水孔內安裝PVC管，將結晶體收集在光滑的PVC管內，減少了結晶體在孔壁的吸附堆積，便于清理疏通（見圖4）。泄水孔長時間結晶淤積后，可將PVC管抽出清理，或更換新的PVC管，很大程度上減少了結晶體的淤積附著。

圖4 滲漏水嚴重地段施做潛孔室引流方案

滲漏水較嚴重處所宜新建潛孔室，或在既有大、小避車洞內擴挖形成潛孔室。在潛孔室內，沿隧道邊墻外側向上呈扇形施做φ70 mm潛孔眼排水（見圖5）。潛孔深度一般控制在10 m左右，并內襯外裹雙層化學纖維滲濾布且設有φ5 mm細孔的PVC管，兼顧防止細顆粒土砂流失及引水功能。

（2）降低水位。在滲漏水區(qū)段長、漏水量大、水壓高地段，長期滲漏水造成隧道襯砌背后或仰拱底部土砂流失嚴重，誘發(fā)隧道結構性病害，在這種地段采用了降低水位措施。施工時，在避車洞或邊墻處設置低位泄水洞。從泄水洞內向隧道頂部鉆設φ80 mm的潛水孔，坡度約7%，長度根據(jù)實際情況10~20 m不等，潛水孔內設高壓聚乙烯引水管，管壁梅花形布置直徑為8 mm的泄水孔，間距約20 cm，引水管外設雙層化學纖維滲濾布或土工布（見圖5）。采用此方案，可降低滲漏水區(qū)段的地下水水位，將滲漏水聚集后集中引排至側溝或洞外，有效整治因滲漏水誘發(fā)的隧道翻漿冒泥、襯砌滲水掛冰等病害。

圖5 降低水位整治方案

3.3 整治效果

低位引流和降低水位整治鐵路隧道滲漏水，可根據(jù)滲漏水程度及發(fā)生部位單獨采用或綜合使用。通過對蘭州局集團公司管內寶中、蘭渝、包蘭線老頭溝、頡河1#隧道等滲漏水工程整治，完工后持續(xù)觀察4年，均未發(fā)現(xiàn)滲漏水反復，取得了良好的整治效果（見圖6）。

圖6 整治完工后的泄水洞及線路狀況

4 結論和建議

隧道滲漏水病害整治是一項系統(tǒng)工程，通過分析鐵路隧道滲漏水病害的類型及成因，提出了一種適合于既有線鐵路隧道的整治技術，主要結論和建議如下：

（1）隧道滲漏水應堅持源頭管控。設計單位要因地制宜，深入調查，合理優(yōu)化防排水設計方案。施工單位應規(guī)范工藝流程，加強施工質量控制，在源頭上保證隧道防排水系統(tǒng)完善暢通。設備維管單位應嚴格落實養(yǎng)修規(guī)定，及時清理、疏通排水設施。

（2）隧道滲漏水整治應采取堵排結合、因地制宜、綜合治理。采用低位疏排引流和降低水位的綜合整治方案，可有效整治隧道滲漏水病害。

（3）建議隧道滲漏水病害整治應“早發(fā)現(xiàn)、早整治”，找到根源，對癥下藥。同時，加強隧道的日常養(yǎng)護管理，對滲漏水部位立卡建檔，責任到人，合理確定檢修周期，避免滲漏水引發(fā)隧道襯砌結構劣化。