东北高寒地区隧道防排水施工技术

徐 松

(中铁二十二局哈建集团三公司，黑龙江 牡丹江 157000)

1 工程概况

滨绥铁路牡丹江至绥芬河段地处黑龙江省东南部，线路西起黑龙江省东南部经济重镇牡丹江市，向东沿铁岭河、磨刀石，向东跨过椅子圈沟至穆棱镇，向北偏东沿穆棱河至下城子镇，向东沿马桥河经马桥河镇，越过太岭，经细鳞河至绥阳镇，然后沿小绥芬河至边境口岸城市绥芬河，既有线全长192.93km。其中隧道17座，全长51.1km，沿线地形地貌地质复杂，经过的断层较为发育，岩体破碎，节理发育。兴源隧道经过炭质页岩、泥岩，磨刀石1号隧道、磨刀石2号隧道及红池隧道经过云母片岩，双丰隧道经过风化砂层等地质，是近几年来我国东北高寒区围岩较差的新建铁路隧道，地质结构较为复杂。

该地区冬季平均气温-21℃，历年最低气温-38.4℃，地面冻结深度2～3m，由于隧道埋深浅，地下水较发育极易发生冻胀。

2 隧道防排水设计

牡绥铁路工程位于东北高寒地区，全线多座隧道属于浅埋隧道，按新奥法原理设计，为了防止冻胀对隧道结构产生危害，隧道防排水采取“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，防排水等级满足《地下工程防水技术规范》规定的一级防水标准。

3 防排水施工

3.1 中心深埋水沟施工

牡绥铁路隧道长度小于2 000m及隧道大于2 000m低洞口段1 000m采用中心深埋水沟，中心深埋水沟采用φ600mm(t=12cm)钢筋混凝土预制管，排水横沟采用φ200mm(t=50mm)钢筋混凝土预制管，中心深埋位于内轨顶标高下3.6m处。由于全线多座隧道地下水较丰富、地质条件差、管结构尺寸大，在施工过程中，极不利于初期支护受力封闭的形成，隧道水平收敛、拱顶下沉速率大，存在严重安全隐患。

(1)开挖长度：中心深埋水沟每循环开挖长度应根据围岩情况合理选择，通过围岩监控量测数据分析，确保施工安全。Ⅴ级围岩地段每循环开挖长度2～3m为宜，Ⅳ级围岩地段3～5m为宜；Ⅲ级围岩6～8m为宜。

(2)开挖方法：Ⅴ级围岩地段采用挖掘机配合人工一次开挖成型；Ⅲ、Ⅳ级围岩地段采用控制爆破，分3～4次开挖成型，开挖时尽量减少对围岩的扰动。

(3)难点处理：在Ⅴ级围岩或全风化砂岩、炭质页岩、泥岩及云母片岩地段，由于地下水丰富，开挖时极易发生坍塌或流砂现象；中心水沟无法施工，现场采用放坡开挖、钢管桩防护、超前井点截水，径向注浆等施工方法，确保施工安全。

(4)工艺要求及质量标准：中心深埋水沟采用2m长φ60钢筋混凝土预制管，管身设置梅花型渗水孔。铺设严格控制标高和坡度，不得有隆起现象。水沟回填直接影响水沟的使用效果，回填采用级配料分层回填(见图1)。

3.2 环纵向透水盲管施工

3.2.1 环向透水盲管施工

围岩本身不是一个均匀的含水层，地下水出露条件不一，为使隧道内排水畅通，东北严寒地区环向透水盲管设置于初期支护背后冻结线外才能防止排水系统不受冻害。环向透水盲管(见图2)间距12m一道，在Ⅳ、Ⅴ级围岩施工时，环向透水盲管位置支护完钢架后，先预留盲管位置不喷射混凝土，待下两榀钢架及初期支护混凝土喷射后采用人工配合风镐开挖。在Ⅲ级围岩地段采用控制爆破分两部开挖。盲管结构为木板贴油毡沥青箱型结构，内填透水材料。环向透水盲管保温层为轻质混凝土，采用挂板法施工。环向盲管开挖宽度1.0m，深度1.4m。在富水、Ⅳ、Ⅴ级围岩地段易造成塌方。施工初期支护时应加强处理或对围岩进行超前小导管注浆处理等措施，必要时可采用格栅钢架加固措施。环向透水盲管施工完后安装纵向透水盲管，将衬砌背后水汇集于横向排水沟，通过横向排水沟引至中心深埋水沟。

3.2.2 纵向透水盲管施工

牡绥铁路隧道工程防水板下端墙角处设置纵向HDPEΦ107/93双臂打孔波纹管盲沟，盲沟表面铺设1.5m宽聚氨酯保温板保温，板厚2cm，现场按照设计施工，浇筑衬砌混凝土后，发现聚氨酯保温板，损坏严重。经施工单位和建设单位多次研究，采用图纸(见图3)方法施工，解决浇筑二次衬砌混凝土破坏聚氨酯保温板问题，保证纵向透水盲沟不受冻害。

3.3 防水板施工

初期支护与二衬间设置EVA防水板，一般地段拱墙设置，Ⅴ级围岩地段全环封闭设置。

(1)铺设面处理：防水板施工前，先对初期支护表面进行处理，初期支护施工中表面应尽量平整。喷射混凝土前，割除超过喷射面的锚杆、小导管、钢筋等，喷射完混凝土后施工防水板前，应进一步对其表面进行处理后铺设无纺布。

(2)吊挂方法：防水板铺设采用专用热熔衬垫及射钉将无纺布固定在初期支护混凝土上，专用热熔衬垫呈梅花型布置，铺设无纺布松紧要合适，不能因无纺布过紧被撕裂，过松无纺布褶皱堆积形成人为蓄水点。无纺布铺设完成后，采用手动电热熔器加热，使防水板固定在专用热熔衬垫上。铺设防水板松紧要合适，使之与无纺布充分接合并紧贴在初期支护混凝土表面，防止过紧或过松，防水板受挤压破损或形成人为蓄水点。防水板间搭接缝与变形缝、施工缝等薄弱环节错开50cm以上。

(3)连接方法及要求：防水板焊接采用热风焊接法，双焊缝拼装，严格控制其焊接质量，尤其是在洞室处，应将洞室防水板和洞外防水板焊接成一个整体，确保防水板焊接质量。

参考文献：

[1]地下工程防水技术规范(GB50108-2008)[Z].

[2]铁路隧道施工规范(TB10204-2002～J163-2002)[Z].

[3]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.