山岭铁路隧道渗漏水防治思路及策略

陈立保

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063）

1 引言

山岭铁路隧道多采用复合式衬砌，初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用模筑混凝土，初期支护和二次衬砌之间设置防水板。二次衬砌作为防水主体，防水板后设置环向排水盲管或者排水板，在隧道拱脚设置纵向排水盲管，盲管与隧道内排水沟直接连接［1-3］。

渗漏水是隧道运营期间常见病害，多发生在施工缝、变形缝位置。渗漏水发生的原因是多方面的，与施工质量水平、防排水设计都有一定关系。因此有必要结合工程实践，梳理目前防排水存在的问题，查找原因，提出有针对性的防治措施。

2 水压力处理

只要排水盲管畅通，理论上二次衬砌不承担水压力。但在一些隧道病害整治的过程中，发现隧道仰拱部位呈现喷射状水柱，在隧道的拱部施工缝位置出现股状有压出水，说明隧道二次衬砌承担水压。

二次衬砌作为防水主体，其外设置有防水层，因此水压力由二次衬砌承担。但在设置排水盲管的情况下，隧道考虑水压力的大小目前设计规范没有规定［4-5］。

铁路隧道环向盲管纵向间距8～10 m且直接与侧墙水沟直接连通，边墙的纵向盲管也直接与侧向水沟连通。侧墙水沟被堵或者环向盲管排水不畅，可沿隧道纵向外溢至相邻排水盲管，但在被堵的部位形成局部水压。局部水头的大小与局部出水顺畅程度有关，水头大小参照公路设计规范可按5～10 m考虑［6-7］。

按照目前高速铁路内净空100 m2进行检算，衬砌Ⅱ、Ⅲ级围岩采用35 cm厚素混凝土、Ⅳ级围岩采用40 cm厚素混凝土、Ⅴ级围岩采用40 cm厚钢筋混凝土，按墙脚部位是否承担10 m水压力，反算承受围岩压力的能力，计算结果见表1。

表1 二次衬砌承载能力

可以看出，一定的水压力对于提高二次衬砌的承载能力是有利的，这是因为水压力是径向压力，提高了隧道轴向压力从而二次衬砌的承载能力也得以提高，这也解释了隧道内出现有压喷水病害但隧道结构安全的现象。

虽然一定的水压力不会导致二次衬砌承载能力降低，但排水不畅易导致仰拱翻浆冒泥、变形缝渗漏水等病害，应从设计源头思考应对策略。

3 排水系统及优化

隧道二次衬砌存在局部水压，根源在于排水不畅，首先核查隧道排水系统设计。

3.1 排水系统设计意图

目前铁路双线隧道排水系统采用双侧沟＋中心排水沟布置形式。衬砌背后积水通过环向排水管（板）和纵向排水管汇集后引入侧沟，富水断层地段加密环向排水盲管间距。通过横向排水管将侧沟水引入中心水沟，由中心水沟排出洞外。侧沟主要用于汇集地下水，同时起沉淀作用，中心水沟起主要排水作用。

环向盲管一般采用φ50 mm盲管，纵向间距8～10 m，地下水发育地段加密；纵向盲管一般采用φ110 mm透水盲管，直接与侧沟相连。横向排水管直接连通侧沟与中心水沟，局部存在弯头。

从排水布局来看，两侧水沟和中心水沟都可以排水，以中心水沟排水为主，两侧水沟只有水量大于横向排水盲管排水能力时排水。这样运营期间两侧水沟基本处于无水状态，从而避免了两侧水沟因为过水面高于轨道层从而使两侧水沟的水从沟槽缝隙流出导致道床泡水。

3.2 目前排水系统存在的问题

（1）横向排水管因存在多处弯头难以疏通，且在弯头处易产生泥沙堆积，疏通不畅易导致两侧水沟积水，不能发挥设计意图。

（2）环、纵向盲管易出现喷射混凝土或者地下水钙化堵塞，从而导致二次衬砌局部承压。

（3）侧沟只有30 cm宽，而环、纵向盲管出水口深约40 cm，疏通空间小，难以采用大型疏通设备。

3.3 纵向盲管尺寸合理性分析

纵向盲管的畅通是衬砌是否承担水压的关键，只要纵向盲管畅通，即使环向盲管堵塞，隧道外也无法形成积水。一般来说，增加盲管尺寸，可以提高盲管的疏通便利程度，但隧道断面限制了纵向盲管尺寸，若增大尺寸就需要增加隧道断面从而扩大成本，因此有必要分析目前纵向盲管尺寸的合理性。

目前一般采用φ110直径的盲管，按照满管无压流、隧道内最小纵坡3‰来测算，单根盲管独头过水能力为11～12 m3/h。一般隧道纵向盲管按照模板台车长度分段，模板台车长度10 m左右，对于正常喷锚完成之后的初期支护，一般只允许点滴状出水。参照《工程岩体分级标准》［8］（GB/T 50218-2014），点滴状出水标准为 25 L/min/10 m，即 10 m范围内出水量仅1.5 m3/h，远小于设计管径允许的过水能力。因此对于隧道侧墙排水来说，目前的盲管尺寸是合理的，关键是排水系统的可维护性。

3.4 降压井设置的必要性

由于盲管堵塞，部分高铁项目在验收或者运营期间在隧道仰拱部位设置降压井（孔）以避免发生仰拱上浮现象的发生。由于降压井的存在，确实在一定程度上避免了无砟轨道仰拱填充上浮现象的发生，但是从施工完成后的情况来看，大部分降压井都没有出水或者出水很少。随着时间推移，降压井也出现淤积无法清理的现象，而个别的降压井出水量较大，存在泥沙携带外出的问题。

降水井（孔）管径小且只能排出基岩裂隙水，除了临时泄压发挥作用，长时间运营淤积后无法发挥作用，因此对于大部分地段没有设置的必要性。正常情况下，只要纵横向盲管系统不堵塞，仰拱填充就不会承担水压力。出于无砟轨道安全考虑，可以对于富水区域局部设置，这是因为一般地下水具有时节性，少数时间存在地下水下渗不及而引起局部水压，仰拱部位泄压井可以增加安全储备，从源头上减少无砟轨道上浮的风险。

总体上说，对于富水地段，可以设置泄压井，但泄压井应具有可维护性。

3.5 沟槽系统优化

侧沟在盲管部位增设检查空间，提高环纵向盲管的可维护性。

加大挡砟墙侧纵向排水管尺寸，改为明排水沟，则轨道两侧均存在排水沟，通过设置横向排水沟，从设计源头上避免无砟轨道积水。

增设挡渣墙侧沟还有一个好处就是将横向排水管改为两节，横向盲管可以利用挡渣墙与无砟轨道之间的空间及中心沟对横向盲管进行维护。另外，沟槽系统原则上采用中心盖板沟，避免采用难以疏通的中心管沟。

3.6 环纵向盲管系统优化

目前，铁路系统有采用环向排水板代替环向盲管的趋势，排水板基本上解决了环向排水盲管易堵塞的问题，但排水板存在无法维护的问题。因此环向盲管与环向排水板应结合使用。

纵向盲管本身应提高可维护性，应采用大钝角接头直接与隧道侧沟连通。对于侧沟部位，应提供疏通空间，避免侧沟部位无法疏通。对于地下水富水地段，还可增设检查井以提供维修空间。

对于隧道初期支护的渗漏水量，设计应从源头上进行控制。对于涌水采用引排方式地段，应对引排段的可维护性提出具体设计，原则上应设置检查井。

3.7 排水系统小结

综合分析来看，目前排水系统布置整体合理，但应提高排水系统的可维护性。解决问题方式：（1）增设挡渣墙侧水沟，取消横向排水管弯头，改为可以直接疏通维护；（2）增加纵向盲管侧沟的可维护空间，必要时增加纵向盲管检查井。对于富水地段可以在仰拱部位增设泄压井，以确保无砟轨道安全［10］。

4 施工缝、变形缝止水及优化措施

4.1 设计现状

施工缝及变形缝是隧道防排水的薄弱环节，施工缝分为环向及纵向两种。不管是变形缝还是施工缝均采用多道设防、以堵为主的理念进行设计。铁路隧道一般要求达到一级防水标准，根据《地下工程防水技术规范》［9］规定，防水一级的暗挖衬砌结构施工缝和变形缝应设置1～2种止水措施。

目前铁路隧道设计正洞主体结构衬砌均采用了两种及以上的止水措施。一般环向设置背贴式止水带＋中埋式止水带；纵向施工缝设置钢板止水带＋遇水膨胀止水带。

4.2 存在问题及原因分析

从实际运营情况来看，发生的病害未从施工缝或者变形缝位置出现渗漏水，而从衬砌结构出现渗漏水的情况相对较少。出现渗漏水常见止水带位置不正确、脱落或者破损，甚至出现部分止水带变位至衬砌內缘导致二次衬砌局部形成贴皮，在列车活塞风反复作用下形成掉块，危及列车行车安全。

止水带等错位的根源在于防水是隐蔽工程，止水带等措施不能一次到位（衬砌分幅施工），模筑衬砌过程中需要振捣，可引起止水带等的变位。

4.3 优化措施

止水措施引起的渗漏水病害，除施工质量控制原因之外，设计也存在对于防水等隐蔽工程重视不足的问题，建议从以下方面提高变形缝施工的便利性：

（1）尽可能减少止水措施，止水措施不是越多越好，只要满足设计需求即可。

（2）对于素混凝土地段，避免采用施工期间易变位的止水措施，对于必须设置的止水措施，应设置构造固定措施。

（3）钢筋混凝土地段应重视钢筋稳固，推广钢筋网架模块化、工厂化，避免现场绑扎位置难以控制的缺点。止水措施应有效固定，可适当增设固定钢筋。

（4）施工缝和变形缝止水措施均存在不易维护的特点。在富水地段，应推广采用可维护注浆管等注浆措施，为运营堵漏提供储备措施［11-12］。

5 工厂预制化施工

山岭矿山法隧道渗漏水根源在于施工质量难以控制。盾构、沉管隧道等预制结构隧道渗漏水情况相对来说要少，工厂预制化是重要的一个原因。

对于小体量的预制构件来说，单位体积的成本要高于现浇构件，但对于长大铁路干线，工厂预制化有利于成本控制，类似于铁路桥梁工程中的预制梁与现浇梁的差别。目前隧道结构存在衬砌种类偏多的缺点，因此，应推广工厂预制化，同时减少衬砌种类。

对于短期内难以整体推广工厂预制化的隧道，可以考虑推广钢筋网架、排水沟槽等附属构件的工厂预制化。

6 结论及建议

山岭隧道复合式衬砌渗漏水为常见病害，也是影响铁路安全运营的重要原因之一，除施工质量本身的原因外，防排水设计本身也存在优化的空间。本文对既有隧道防排水设计现状进行分析及总结，得出一些有益结论，可以供后续隧道设计借鉴参考。

（1）目前隧道防排水设计整体上是合理的，但设计对于可维护性考虑不周，应从设计源头优化隧道排水系统，减少渗漏水病害。

（2）山岭铁路隧道存在的一定水压对于衬砌结构无安全隐患，渗漏水防治是关键。

（3）排水系统应提高可维护性，建议增设挡渣墙侧水沟，纵、环、横向排水管应增设可维护空间，必要时可以设检查井。

（4）施工缝、变形缝止水措施不是越多越好，止水措施应采取有效的固定措施。

（5）泄压井设置不是必须的，对于富水地段，可以增设可维护泄压井，以提高无砟轨道安全性。

（6）应适当减少衬砌结构种类，推广衬砌结构的工厂预制化，近期可考虑推广沟槽等附属结构的预制。