谈高寒地区隧道防排水施工技术

金铁军

1 工程概况

滨绥铁路牡丹江—绥芬河扩能改造工程Ⅲ标段地处低山丘陵区，属老爷岭山系。区内山峰林立，地形起伏较大，山势险峻，“U”形河谷、“V”形冲沟发育。

标段内转心湖隧道全长6 676 m。位于黑龙江省牡丹江市磨刀石镇境内，本隧道主要以云母片岩为主，围岩较差，地质结构较为复杂。

该区冬季平均气温－20℃，最低气温－35℃，地面冻结深度在2 m～3 m之间。由于隧道埋深较浅，地下水发育，极易发生冻胀病害。

2 隧道防排水设计原则

该隧道位于东北高寒地区，属于浅埋隧道。在设计时，为防止冻胀对隧道结构产生危害，隧道防排水采用“以防、排为主，以截、堵为辅，综合治理”的原则。该隧道防排水系统由环向深埋透水盲沟、纵向保温盲沟、初期支护表面挂设复合防水板、仰拱底部设置中心深埋水沟、衬砌内侧设置双向保温侧沟、施工缝、沉降缝、温度变形缝采用中埋式、背贴式止水带等防排水措施构成。有别于南方地区隧道防排水系统，对于隧道内排水系统均进行了深埋和保温处理，同时考虑了高洞口与低洞口冬季排水时的区别。

3 防排水施工

3.1 洞外防排水措施

转心湖隧道洞口围岩极差，为全风化云母片岩，易渗水、坍塌。在边仰坡施工前，先完成截水天沟与相连路堑顶边沟的顺接，防止地表水冲刷边仰坡或渗入构筑物背后产生冻胀，破坏结构。

由于洞内中心深埋水沟位于轨面以下3.5 m处，为确保冬季洞内外排水通畅，在洞口外路基过渡段下设置深埋排水沟，每10 m设置一处检查井。深埋排水沟出口引排于背风低洼处，对出水端头采用端墙式或圆包式处理，确保洞内水有出处，排水过程不带泥，管道畅通。

3.2 中心深埋水沟、检查井、横向深埋排水管施工

1)基坑开挖:因深埋水沟开挖较深，应根据围岩情况分次开挖到位;同时应注意放坡，施工人员在下方施工时，应清除坡顶边缘的弃碴，起到减压作用，防止深基坑坍塌;在围岩较好的地段，尽可能的缩小开挖槽口的宽度，减少对边墙底脚的扰动，确保拱墙的整体性和稳定性。

2)施作混凝土垫层:按深埋水沟的标高，沿纵向坡度施作混凝土垫层，混凝土垫层的施作质量，决定了水沟的排水坡度与分节接口的平顺质量。

3)安设管道:采用铁丝网、砂浆保护层，对管道接头进行包裹密封，确保接头质量，达到封闭效果。

4)回填级配碎石:回填前，首先检查深埋水管的渗水孔有无淤泥堵塞、深埋水管与横向排水管连接是否牢固、对位;回填时，应两侧对应分层夯实，如回填不好，易造成仰拱底部出现空洞、不密实，引起仰拱下沉等情况，尤其整体道床的隧道要特别注意。

5)检查井施工:每30 m施作一处检查井，井内的上下爬梯与横纵向排水管的联接质量是检查井施作的重点，另在仰拱填充顶面中心设一道坡度为2%的小排水沟，在检查井大小里程侧分别埋管排引至检查井内。

6)施工注意事项:a.要控制好埋设的坡度;b.对每节管联接要衔接好;c.对端头处水管要采用加盖处理，防止杂物进入堵塞;对露出的管头部分注意采用级配碎石保护，尤其是管口，有利于下环衔接;d.中心深埋水沟开挖应较开挖的仰拱距离只长出1节管，有助于及时封闭成环仰拱初支，确保稳定;e.施工过程中应在仰拱前方至少不小于2 m处设集水坑，采用水泵抽入最近的集水井中，不允许有积水浸泡，这样既可以增加刚埋设的水管接头凝固时间，又可防止水带淤泥流入管内，堵塞水管。

3.3 环向深埋盲沟、纵向保温盲沟施工

由于围岩含水量不均匀，地下水出露条件不一，且受东北地区冻结深度条件影响，隧道内环向盲沟必须设置于初期支护背后1.5 m～2.0 m之外，纵向盲管设置于初支表面，采用聚氨酯保温板进行保温处理，使隧道初支内外形成通畅的排水系统，才能有效地防止隧道冻害。

1)环向深埋盲沟:环向盲沟设置于洞内初期支护背后，每8 m～12 m一道。为防止冻胀，采用深埋处理，在Ⅴ级围岩地段，采用风镐人工开挖，在Ⅲ，Ⅳ级围岩段，采用控制爆破分两步开挖。环向盲沟开槽宽度1.5 m，深度1.5 m～2.0 m，在地质条件较差地段，易引起坍塌掉块，开槽时要对其两侧初期支护作加强处理，可采用格栅喷锚加固，也可采用小导管径向注浆等措施。环向盲沟安设于开槽底部，平顺通畅，外置沥青木板箱形结构，内填透水材料，箱形结构外采用轻质混凝土进行保温。沥青木板箱形结构可在洞外分段预制，在洞内安装，轻质混凝土采用挂板法施工。环向盲沟施工完后，通过仰拱底深埋排水管直接与中心深埋水沟连接。

2)纵向保温盲沟:为确保初期支护剩余渗水的引排，在初支表面施作纵向盲沟，安设纵向新型保温板(Ω形)，注意保温板标高控制，中间突起部分根据盲管高度来安设，罩住纵向透水盲管。安设时，宽40 cm端位于下方，宽60 cm端位于上方。纵向盲沟通过仰拱底深埋排水管直接与中心深埋水沟连接。

3.4 无纺布、防水板施工

1)初支表面处理:首先保证防水板背后初支的平顺，并且割去外露的钢筋头、锚杆头等，避免刺破防水板。

2)环纵向盲沟设置:挂设无纺布前应先设置好环向深埋透水盲沟和纵向保温透水盲沟。盲沟接头采用三通联接，且纵向透水盲管要预留向衬砌外引排的PVC管(高洞口处)，低洞口处环、纵向均与中心深埋水沟通过横向深埋排水管联接，联接良好后方能挂设土工布。

3)横向预留无纺布、防水板挂设:东北地区隧道防水要求防水板下端必须深入衬砌纵向施工缝之内，即深入仰拱内。在仰拱施工前需横向挂设一块防水板预埋，横向挂设无纺布时，挂钉呈梅花形布置。为很好地固定防水板，在横向防水板高度向下30 cm处，等距(1.0 m)纵向布置橡胶热熔垫圈，该行标高随纵向坡度齐平。防水板挂设高度以埋入仰拱填充顶标高下30 cm为准，幅宽2.0 m，即外露1.7 m，采用热熔垫圈热熔联接，不得在防水板边缘处采用钢钉固定，防水板挂设顶端高度要与坡度尽量一致、平顺，以便于与环向拱墙衬砌防水板焊接。

4)环向无纺布、防水板挂设:环向无纺布挂钉间距，拱部50 cm～80 cm，边墙80 cm～100 cm，梅花形布置，挂点要尽量规则，以便于下步防水板挂设。环向防水板要自拱部向边墙顺序，依次与热熔垫圈热合。

5)无纺布、防水板挂设注意事项:无论是环向还是纵向防水板，其搭接宽度均不得小于15 cm。采用调温、调速热楔自动爬行式热合机热熔焊接，焊缝采用双条焊缝，焊好后进行充气试验。防水板挂设松弛度控制在10∶1为宜。防水板在挂设过程中不得有任何刺破，如不小心刺穿防水板时，要采用热风枪补焊，补焊片直径不小于30 cm。另特别注意环向防水板与纵向预埋防水板焊接时的质量，要求环向防水板位于纵向防水板背后，即靠近围岩一侧。防水板的挂设，尤其是纵向预埋防水板挂设要从细节控制抓起，形成固定流程。

3.5 止水带的安设

1)中埋式止水带:所有中埋止水带必须埋入一半外露一半，纵向止水带要平直，环向止水带要圆顺，且必须置于施工混凝土的中部。安设前要做到先计算好止水带的长度或采用直观的缠绕于台车上的方法来计算出长度后再割去多余部分，坚决杜绝止水带不够长、未伸到底脚处，尽量减少止水带接头数量。

中埋式止水带埋设方法很多，其中采用钢筋卡具固定效果较好，其安装示意图如图1所示。

图1 钢筋卡具安装止水带示意图

采用这种方法，不论是衬砌环向还是仰拱纵向均解决了埋设困难的问题，在安设过程中，严禁铁丝穿透止水带，每50 cm布设一个卡具为宜。

2)背贴式止水带:背贴式止水带的安设易出现与防水板不密贴、单边翘起、混凝土进入止水带与防水板间、到衬砌底部不够长、未深入仰拱等现象，施工中应严格控制背贴式止水带的长度，在两侧施工缝处要深入仰拱，必要时可凿除至少10 cm深，整体灌注;另外要确保背贴止水带与防水板的密贴，采用胶粘或热熔;为达到较好的密贴效果，可以提前测量出衬砌端头的位置，在挂防水板前重点补喷平整处理，为下步背贴止水带安设提供条件，堵头板安设时，要卡紧中间位置，防止混凝土施工时横向移动。

3)止水带安设注意事项:接头联接，采用热熔挤压或专用防水胶粘结，确保粘结质量;为很好的固定其位置，确保接头粘结牢固，粘结完成后，再采用三个钢筋卡夹紧;接头搭接长度不小于25 cm;衬砌环向止水带避免在拱部及拱腰部位搭接;仰拱预埋环纵向止水带的两头，必须保证搭接的长度不小于30 cm，且必须保证埋入本环仰拱混凝土一半，外漏一半，确保在施工缝处分中处理;现场易出现在混凝土施工时全部挤入本环仰拱内的情况，失去埋设意义。

另外纵向中埋止水带尽量减少接头，不需每环都断开，可以整盘埋设，多余部分盘紧后放置于已施工完的仰拱填充顶面上，以便下环继续打开延续，但应注意，下环仰拱施工时对中埋止水带的保护，靠近处应人工小心清理仰拱端头。

4 结语

1)地下水渗漏是隧道在运营中主要病害之一，尤其是在东北高寒区，极易发生冻害。因此在施工中应采取防、排、截、堵相结合的原则，严把工序质量关，加强过程控制，避免对隧道以后的运营带来较大安全隐患。

2)东北地区隧道防排水施工效果，重点体现在防排水系统深埋处理与保温措施的落实程度。防排水各项措施结合互补，缺一不可，施工过程中应逐项精细施作到位，否则衬砌后出现渗漏，补救困难。

3)中心深埋水沟由于施工难度大，一般只适用于高寒区隧道，但在地下水丰富的隧道施工中，中心深埋水沟对于降低地下水位，减少二衬背后水压力，防止渗漏效果明显。深埋水沟其技术控制指标非常重要，比如管口的衔接、纵向坡度的平顺、管内定期清淤等。

4)深埋水沟具有利弊双面性，优点较明显，但也有如易堵管、相邻管口错台较大造成排水截面减小等缺点，施作不好，易对后续工程造成严重影响，对日后运营及维修造成极大困难。

[1]刘利英.浅析隧道断层破碎带初支防排水措施[J］.山西建筑，2011，37(5):153-154.