山嶺鐵路隧道滲漏水防治思路及策略

陳立保

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063）

1 引言

山嶺鐵路隧道多采用復合式襯砌，初期支護采用噴錨支護，二次襯砌采用模筑混凝土，初期支護和二次襯砌之間設置防水板。二次襯砌作為防水主體，防水板后設置環向排水盲管或者排水板，在隧道拱腳設置縱向排水盲管，盲管與隧道內排水溝直接連接［1-3］。

滲漏水是隧道運營期間常見病害，多發生在施工縫、變形縫位置。滲漏水發生的原因是多方面的，與施工質量水平、防排水設計都有一定關系。因此有必要結合工程實踐，梳理目前防排水存在的問題，查找原因，提出有針對性的防治措施。

2 水壓力處理

只要排水盲管暢通，理論上二次襯砌不承擔水壓力。但在一些隧道病害整治的過程中，發現隧道仰拱部位呈現噴射狀水柱，在隧道的拱部施工縫位置出現股狀有壓出水，說明隧道二次襯砌承擔水壓。

二次襯砌作為防水主體，其外設置有防水層，因此水壓力由二次襯砌承擔。但在設置排水盲管的情況下，隧道考慮水壓力的大小目前設計規范沒有規定［4-5］。

鐵路隧道環向盲管縱向間距8～10 m且直接與側墻水溝直接連通，邊墻的縱向盲管也直接與側向水溝連通。側墻水溝被堵或者環向盲管排水不暢，可沿隧道縱向外溢至相鄰排水盲管，但在被堵的部位形成局部水壓。局部水頭的大小與局部出水順暢程度有關，水頭大小參照公路設計規范可按5～10 m考慮［6-7］。

按照目前高速鐵路內凈空100 m2進行檢算，襯砌Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用35 cm厚素混凝土、Ⅳ級圍巖采用40 cm厚素混凝土、Ⅴ級圍巖采用40 cm厚鋼筋混凝土，按墻腳部位是否承擔10 m水壓力，反算承受圍巖壓力的能力，計算結果見表1。

表1 二次襯砌承載能力

可以看出，一定的水壓力對于提高二次襯砌的承載能力是有利的，這是因為水壓力是徑向壓力，提高了隧道軸向壓力從而二次襯砌的承載能力也得以提高，這也解釋了隧道內出現有壓噴水病害但隧道結構安全的現象。

雖然一定的水壓力不會導致二次襯砌承載能力降低，但排水不暢易導致仰拱翻漿冒泥、變形縫滲漏水等病害，應從設計源頭思考應對策略。

3 排水系統及優化

隧道二次襯砌存在局部水壓，根源在于排水不暢，首先核查隧道排水系統設計。

3.1 排水系統設計意圖

目前鐵路雙線隧道排水系統采用雙側溝＋中心排水溝布置形式。襯砌背后積水通過環向排水管（板）和縱向排水管匯集后引入側溝，富水斷層地段加密環向排水盲管間距。通過橫向排水管將側溝水引入中心水溝，由中心水溝排出洞外。側溝主要用于匯集地下水，同時起沉淀作用，中心水溝起主要排水作用。

環向盲管一般采用φ50 mm盲管，縱向間距8～10 m，地下水發育地段加密；縱向盲管一般采用φ110 mm透水盲管，直接與側溝相連。橫向排水管直接連通側溝與中心水溝，局部存在彎頭。

從排水布局來看，兩側水溝和中心水溝都可以排水，以中心水溝排水為主，兩側水溝只有水量大于橫向排水盲管排水能力時排水。這樣運營期間兩側水溝基本處于無水狀態，從而避免了兩側水溝因為過水面高于軌道層從而使兩側水溝的水從溝槽縫隙流出導致道床泡水。

3.2 目前排水系統存在的問題

（1）橫向排水管因存在多處彎頭難以疏通，且在彎頭處易產生泥沙堆積，疏通不暢易導致兩側水溝積水，不能發揮設計意圖。

（2）環、縱向盲管易出現噴射混凝土或者地下水鈣化堵塞，從而導致二次襯砌局部承壓。

（3）側溝只有30 cm寬，而環、縱向盲管出水口深約40 cm，疏通空間小，難以采用大型疏通設備。

3.3 縱向盲管尺寸合理性分析

縱向盲管的暢通是襯砌是否承擔水壓的關鍵，只要縱向盲管暢通，即使環向盲管堵塞，隧道外也無法形成積水。一般來說，增加盲管尺寸，可以提高盲管的疏通便利程度，但隧道斷面限制了縱向盲管尺寸，若增大尺寸就需要增加隧道斷面從而擴大成本，因此有必要分析目前縱向盲管尺寸的合理性。

目前一般采用φ110直徑的盲管，按照滿管無壓流、隧道內最小縱坡3‰來測算，單根盲管獨頭過水能力為11～12 m3/h。一般隧道縱向盲管按照模板臺車長度分段，模板臺車長度10 m左右，對于正常噴錨完成之后的初期支護，一般只允許點滴狀出水。參照《工程巖體分級標準》［8］（GB/T 50218-2014），點滴狀出水標準為 25 L/min/10 m，即 10 m范圍內出水量僅1.5 m3/h，遠小于設計管徑允許的過水能力。因此對于隧道側墻排水來說，目前的盲管尺寸是合理的，關鍵是排水系統的可維護性。

3.4 降壓井設置的必要性

由于盲管堵塞，部分高鐵項目在驗收或者運營期間在隧道仰拱部位設置降壓井（孔）以避免發生仰拱上浮現象的發生。由于降壓井的存在，確實在一定程度上避免了無砟軌道仰拱填充上浮現象的發生，但是從施工完成后的情況來看，大部分降壓井都沒有出水或者出水很少。隨著時間推移，降壓井也出現淤積無法清理的現象，而個別的降壓井出水量較大，存在泥沙攜帶外出的問題。

降水井（孔）管徑小且只能排出基巖裂隙水，除了臨時泄壓發揮作用，長時間運營淤積后無法發揮作用，因此對于大部分地段沒有設置的必要性。正常情況下，只要縱橫向盲管系統不堵塞，仰拱填充就不會承擔水壓力。出于無砟軌道安全考慮，可以對于富水區域局部設置，這是因為一般地下水具有時節性，少數時間存在地下水下滲不及而引起局部水壓，仰拱部位泄壓井可以增加安全儲備，從源頭上減少無砟軌道上浮的風險。

總體上說，對于富水地段，可以設置泄壓井，但泄壓井應具有可維護性。

3.5 溝槽系統優化

側溝在盲管部位增設檢查空間，提高環縱向盲管的可維護性。

加大擋砟墻側縱向排水管尺寸，改為明排水溝，則軌道兩側均存在排水溝，通過設置橫向排水溝，從設計源頭上避免無砟軌道積水。

增設擋渣墻側溝還有一個好處就是將橫向排水管改為兩節，橫向盲管可以利用擋渣墻與無砟軌道之間的空間及中心溝對橫向盲管進行維護。另外，溝槽系統原則上采用中心蓋板溝，避免采用難以疏通的中心管溝。

3.6 環縱向盲管系統優化

目前，鐵路系統有采用環向排水板代替環向盲管的趨勢，排水板基本上解決了環向排水盲管易堵塞的問題，但排水板存在無法維護的問題。因此環向盲管與環向排水板應結合使用。

縱向盲管本身應提高可維護性，應采用大鈍角接頭直接與隧道側溝連通。對于側溝部位，應提供疏通空間，避免側溝部位無法疏通。對于地下水富水地段，還可增設檢查井以提供維修空間。

對于隧道初期支護的滲漏水量，設計應從源頭上進行控制。對于涌水采用引排方式地段，應對引排段的可維護性提出具體設計，原則上應設置檢查井。

3.7 排水系統小結

綜合分析來看，目前排水系統布置整體合理，但應提高排水系統的可維護性。解決問題方式：（1）增設擋渣墻側水溝，取消橫向排水管彎頭，改為可以直接疏通維護；（2）增加縱向盲管側溝的可維護空間，必要時增加縱向盲管檢查井。對于富水地段可以在仰拱部位增設泄壓井，以確保無砟軌道安全［10］。

4 施工縫、變形縫止水及優化措施

4.1 設計現狀

施工縫及變形縫是隧道防排水的薄弱環節，施工縫分為環向及縱向兩種。不管是變形縫還是施工縫均采用多道設防、以堵為主的理念進行設計。鐵路隧道一般要求達到一級防水標準，根據《地下工程防水技術規范》［9］規定，防水一級的暗挖襯砌結構施工縫和變形縫應設置1～2種止水措施。

目前鐵路隧道設計正洞主體結構襯砌均采用了兩種及以上的止水措施。一般環向設置背貼式止水帶＋中埋式止水帶；縱向施工縫設置鋼板止水帶＋遇水膨脹止水帶。

4.2 存在問題及原因分析

從實際運營情況來看，發生的病害未從施工縫或者變形縫位置出現滲漏水，而從襯砌結構出現滲漏水的情況相對較少。出現滲漏水常見止水帶位置不正確、脫落或者破損，甚至出現部分止水帶變位至襯砌內緣導致二次襯砌局部形成貼皮，在列車活塞風反復作用下形成掉塊，危及列車行車安全。

止水帶等錯位的根源在于防水是隱蔽工程，止水帶等措施不能一次到位（襯砌分幅施工），模筑襯砌過程中需要振搗，可引起止水帶等的變位。

4.3 優化措施

止水措施引起的滲漏水病害，除施工質量控制原因之外，設計也存在對于防水等隱蔽工程重視不足的問題，建議從以下方面提高變形縫施工的便利性：

（1）盡可能減少止水措施，止水措施不是越多越好，只要滿足設計需求即可。

（2）對于素混凝土地段，避免采用施工期間易變位的止水措施，對于必須設置的止水措施，應設置構造固定措施。

（3）鋼筋混凝土地段應重視鋼筋穩固，推廣鋼筋網架模塊化、工廠化，避免現場綁扎位置難以控制的缺點。止水措施應有效固定，可適當增設固定鋼筋。

（4）施工縫和變形縫止水措施均存在不易維護的特點。在富水地段，應推廣采用可維護注漿管等注漿措施，為運營堵漏提供儲備措施［11-12］。

5 工廠預制化施工

山嶺礦山法隧道滲漏水根源在于施工質量難以控制。盾構、沉管隧道等預制結構隧道滲漏水情況相對來說要少，工廠預制化是重要的一個原因。

對于小體量的預制構件來說，單位體積的成本要高于現澆構件，但對于長大鐵路干線，工廠預制化有利于成本控制，類似于鐵路橋梁工程中的預制梁與現澆梁的差別。目前隧道結構存在襯砌種類偏多的缺點，因此，應推廣工廠預制化，同時減少襯砌種類。

對于短期內難以整體推廣工廠預制化的隧道，可以考慮推廣鋼筋網架、排水溝槽等附屬構件的工廠預制化。

6 結論及建議

山嶺隧道復合式襯砌滲漏水為常見病害，也是影響鐵路安全運營的重要原因之一，除施工質量本身的原因外，防排水設計本身也存在優化的空間。本文對既有隧道防排水設計現狀進行分析及總結，得出一些有益結論，可以供后續隧道設計借鑒參考。

（1）目前隧道防排水設計整體上是合理的，但設計對于可維護性考慮不周，應從設計源頭優化隧道排水系統，減少滲漏水病害。

（2）山嶺鐵路隧道存在的一定水壓對于襯砌結構無安全隱患，滲漏水防治是關鍵。

（3）排水系統應提高可維護性，建議增設擋渣墻側水溝，縱、環、橫向排水管應增設可維護空間，必要時可以設檢查井。

（4）施工縫、變形縫止水措施不是越多越好，止水措施應采取有效的固定措施。

（5）泄壓井設置不是必須的，對于富水地段，可以增設可維護泄壓井，以提高無砟軌道安全性。

（6）應適當減少襯砌結構種類，推廣襯砌結構的工廠預制化，近期可考慮推廣溝槽等附屬結構的預制。