嚴寒地區隧道防排水病害成因分析及施工措施

呂志強

1 引言

大部分隧道工程出現滲水、排水不暢的原因是由于防排水工程的施工質量并不符合要求，隧道滲水就表示防排水措施局部失效，未能有效的進行地引排。隧道滲水不是僅防排水工程施工問題，更是管理上出現了漏洞，因此要想解決隧道的防排水問題，就必須要堅持預防為主、整治為輔的的原則，重視工程的施工工藝和質量控制，就能起到事半功倍的效果，有效的控制隧道防排水病害現象。

2 工程案例分析

都貴德勒隧道為單線鐵路隧道，全長4800m，進口里程DK9+350，出口里程DK14+150。隧道從進口至DK13+950.33位于直線上，其他位于R=1200m的曲線上。隧道從進口至DK13+850位于-4.5‰的下坡，從DK13+850至隧道出口位于-4‰的下坡。隧道區地下水類型主要有孔隙潛水、基巖裂隙水及賦存與不整合接觸帶中的構造裂隙水。孔隙潛水主要分布在隧道進出口端，水位受季節降水影響明顯；基巖裂隙水分布較廣，以淺部為主，含于基巖風化帶、風化裂隙及構造節理裂隙中，水位和水量受季節降雨量影響明顯；構造裂隙水沿不整合接觸帶呈帶狀分布。

3 防排水設計

隧道防排水采取"防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理"的原則。隧道防水等級為一級，混凝土抗滲等級為P10；隧道拱墻初期支護和二次襯砌之間防水采用ECB防水板，防水板厚度不小于1.5mm，無紡布密度為350g/m；防水板和土工布設置到軌面以下80cm，仰拱不設置防水板。

二次襯砌施工縫按8m/1道，縱向施工縫防水采用混凝土界面劑加中埋式橡膠止水帶兩道防水措施，環向施工縫采用中埋式橡膠止水帶加背貼式止水帶防水。變形縫防水采用中埋式鋼邊橡膠止水帶、背貼止水帶和嵌縫膠止水。

隧道進拱墻二次襯砌和初期支護之間環向設置φ50深埋保溫盲溝，每10m設置一道，可根據局部水量調整環向保溫盲溝的間距，邊墻墻腳處縱向設置φ80盲溝，要求環向、縱向盲溝保持連通。隧道進出口段環、縱向盲溝采用5cm厚聚氨酯保溫層覆蓋，保溫層幅寬2m。

4 病害成因分析

根據設計資料顯示，隧址最冷月平均最低氣溫為-19.2℃，土壤最大凍結深度2.12m，設計在出口端800m采用中心深埋水溝，并在洞口500m范圍內采用保溫水溝，理論上應該可以防止凍害的發生。針對隧道發生的水溝及道床內結冰現象，經分析，主要有以下幾方面原因：

4.1 極端氣候條件

由于隧道所處地區溫度較低，加之隧道處于丘陵地帶，遠離城區，氣候更為惡劣，隧址區域溫度應更低。根據當地的實際環境，經常會出現長期大風天氣，且主導風風向與隧道走向夾角較小，洞內外空氣對流頻繁，降溫快、易形成連續低溫，有助于凍害的產生與發展。

雖然該隧道依據最冷月平均最低氣溫與土壤最大凍結深度設計排水系統保溫措施符合設計規范要求，但在持續極端低溫、冬季主導風風向及風速等氣象因素的影響下，凍害的產生仍不可避免。

4.2 地下水的影響

現場調研發現，在進行除冰后水溝內流水正常，但流量較小，并且溝底局部淤泥。據此可以認為，在冬季嚴寒條件下，由于水溝內流量較小，流速較慢，加之泥沙淤堵未及時清理，水流更加緩慢逐漸凍結，由水面至整個斷面全部凍實形成排水阻梗，其后由無壓有序排水變為有壓無序排水，水溝水繼續累積并溢出。在保溫水溝段由于中心水溝的作用，小里程地下水經由中心水溝而未由側溝排出，出口端地下水水量較小，故僅發生局部水溝保溫層及蓋板上部結冰而未至道床。

4.3 深埋中心水溝部分失效

隧道由DK13+350m處至出口設置有深埋中心水溝，在DK13+350m處設置橫過管將兩側水溝內的水流引至中心水溝排出。現場調研發現，中心水溝出口處有水排出，說明中心溝未凍結，仍發揮作用。凍害最嚴重的地段位于DK13+110-360里程位置，恰好位于中心水溝起始端，故分析認為，由于氣候影響，該段仍具備發生凍害的條件，故在泥沙及施工遺留異物的阻塞下形成橫過管阻梗，水流來不及向中心水溝傾斜逐漸凍結，加之小里程方向來水量較大，逐漸溢出水溝進入道床造成大面積冰害。

4.4 保溫措施不足

設計隧道側溝保溫長度為500m，根據每年隧道內凍結現象出現的里程及部位來看，原有保溫長度及措施存在不能滿足隧道內保溫需求的可能性極大，并在在極寒氣溫作用下，側溝內水流流速逐漸變緩、凝結，最終發生凍結，并逐步向保溫側溝以外的側溝擴散，凍結程度越來越嚴重，長度沿側溝越來越長，致使側溝凍脹，水流面逐漸提高，溢出側溝，使整個道床發生凍害。

5 嚴寒地區隧道防排水的病害整治措施

5.1 完善管理制度，強化施工過程

在嚴寒地區隧道防排水施工中，必須要對施工工序進行嚴格的控制，應該利用攝像、拍照等方式進行記錄。同時在工程施工中，要完善施工管理制度，加強施工質量的監督管理工作，對每一道施工工序要進行嚴格的檢驗，之后驗收合格之后才能開展下一個工序的施工，加強整個隧道防排水工程的施工質量，有效的降低隧道滲水現象的發生。同時還要加強監測工作，對隧道洞口處氣象要素進行監測，獲得隧址氣象要素數據；對隧道內溫度進行監測，為運營維護提供依據。

5.2 加強排水管或水溝疏通維護

隧道出口設置800m中心深埋水溝，中心深埋水溝區間段內側溝底部每10m設置一個橫溝，將側溝水流匯入中心水溝內；每30m設置一個深埋水溝檢查井，中心深埋水溝埋設深度按內軌頂面以下3m設計。定期對側溝及中心深埋水溝進行檢查清理，及時清理溝內淤泥及其他雜物，保證排水通道暢通；注意水溝蓋板的密閉性與保溫性，可采用保溫型蓋板。

5.3 解決側溝凍脹結冰

在水溝內加設電加熱板進行輔助加熱，保證水溝內溫度大于0℃，解決水溝結冰問題。在隧道雙側水溝內壁，敷設加熱電板，并通過溫度傳感器和融冰傳感器實現電加熱板的自動啟停控制，當水溝內氣溫低于0℃時，由溫度傳感器傳輸信號到控制箱，啟動加熱板。通過此措施，芒罕圖隧道側溝凍害問題得到解決。

6 結束語

隨著我國交通基礎設施建設投資力度的不斷加大，嚴寒地區隧道工程越來越常見，防排水系統作為該地區隧道工程的質量控制關鍵，無論從設計、施工還是后期維護管理都應不斷提升，確保隧道工程的正常運營，促進我國交通事業快速發展。