【正文】 鐵路隧道防水技術 2 主要內(nèi)容 ? 我國隧道防排水技術的發(fā)展 ? 地下水對隧道工程的影響 ? 現(xiàn)行隧道防水設計與施工要求 ? 山嶺隧道防排水 ? 隧道結構防排水 ? 滲漏水治理 3 鐵路隧道防水技術發(fā)展 ? 20世紀 70年代之前的鐵路隧道 — 采用礦山法修建，料石襯砌，沒有采取任何防水措施，隧道的滲漏水量完全取決于地下水本身的大小及其滲流方式。 ? 70年代以后 — 采用新奧法施工，隧道開始采用混凝土襯砌，但對于施工縫沒有任何防水處理措施，襯砌結構裂縫也比較多，仍然未有解決滲漏問題。 ? 80年代初期，主要采用剛性防水，即混凝土自身防水，施工縫開始鋪設止水帶。 1 我國隧道防排水技術的發(fā)展 4 ? 80年代以后 — 由于電氣化鐵路建設的需要，鐵路隧道的滲漏得到了重視，我國開始研究隧道結構滲漏水的處理措施。 ? 1985年我國在大瑤山隧道開始研究防水混凝土，開始研究軟性防水層，鋪設聚氯乙烯塑料板防水板，采用焊接方式，使混凝土與初期支護分離施工進行防水，取得了明顯的效果。 ? 1986年在北京地鐵復興門折返線開始研究高分子卷材，聚乙烯塑料板防水技術研究，采用射釘方式固定，但防水板破損較多。 5 ? 1988年，我國在軍都山隧道、天馬山隧道開始研究塑料薄膜防水技術研究。 ? 1990年，北京地鐵試驗寬幅防水板，研究自動焊接機，兩道焊縫，逐步改為無釘鋪設。 ? 塑料防水層由原來的塑料板、發(fā)展到復合式防水層，背后鋪設無紡布墊層。 ? 90年代后期，開始使用掘進機施工，管片襯砌精度高，安裝誤差小接縫采用優(yōu)質橡膠止水材料，防水效果較好。 6 公路隧道防水狀況 ? 20世紀 80年代，我國公路隧道逐漸增多，當時公路隧道的建設經(jīng)驗不足，設計理念和施工方法照搬鐵路隧道的經(jīng)驗，由于公路隧道斷面大，按照鐵路隧道設計方法施工，在施工方法和結構上產(chǎn)生了一定的缺陷，但是公路隧道針對結構特點迅速改變了設計理念和方法。目前，公路隧道防排水效果明顯優(yōu)于鐵路隧道。 7 隧道防水主要問題 （ 1）地質勘查 ? 隧道地質勘查及選線，對隧道施工和結構設計關系重大。一條線路的確定，需要做很多前期地質工作，做多次可行性研究，方案論證。然而，由于經(jīng)費及其他方面的原因，絕大部分隧道的水文地質勘查工作，做得不是太細，獲取的資料不充分、準確，沒有避開復雜地質或不良地質，給隧道施工技防排水帶來困難，有些甚至產(chǎn)生嚴重水害或后期滲漏水病害。 （ 2）防水設計 ? 設計的主體思路決定著防水方式，同時也決定著施工的成本。 ? 《 鐵路隧道設計規(guī)范 》 （ TB100032022）中規(guī)定：隧道防排水應采取“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”，的原則，采取切實可靠的設計、施工措施，達到防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟合理的目的。 8 ? 《 鐵路隧道設計施工有關標準補充規(guī)定 》 （鐵建設〔 2022〕 88號）中規(guī)定：隧道防排水設計應采取“防、堵、截、排，因地制宜，綜合治理”的原則，應進行環(huán)境評價，重視環(huán)現(xiàn)保護。對下穿江、河、城市及對環(huán)境有特殊要求的隧道宜采取全封閉不排水的原則；對巖溶、高壓水和適當排水不會影響環(huán)境的隧道宜采取以堵為主，限量排放的原則；排水對環(huán)境確無影響時宜采取排水的原則，井考慮排水措施的可維護性。 9 防水設計應當從三個方面考慮： ? 一是圍巖加固：在富水區(qū)段，采用帷幕注漿。 ? 二是鋪設高分子防水層，采用無釘鋪設。 ? 三是耐久性防水混凝土，包括施工縫、沉降縫的處理。 10 （ 3）防水施工 ? 精心施工是搞好隧道防水的關鍵，只有完全貫徹設計思想，隧道的防水排水體系才有可能完備而沒有缺陷。隧道防排水常見的問題： ? 一是排水系統(tǒng)銜接不暢：山嶺隧道的排水系統(tǒng)由環(huán)向排水管、縱向排水管、排水邊溝或中心排水管等組成，施工過程中若排水管上下沒有銜接好或中間斷開、三通管連接不暢、縱向排水管反坡設置和排水管中間淤塞等，使隧道在運營中不能將地層中的滲水暢通排出，造成襯砌壁后水壓增高而引起隧道滲漏。 ? 二是鋪設基面粗糙損傷防水層：在巖石地層或噴射混凝土基面上，未按照規(guī)范對基面進行處理，二次襯砌混凝土澆筑時，塑料防水層受到擠壓力，以及混凝土收縮時，防水板受到剪力，導致防水板損壞。 11 （ 4）材料使用 ? 防水層是隧道防水技術的核心，只有用合格的材料，才能建成合格的工程，而防排水體系是靠各種材料構建的。 ? 目前我國防水材料生產(chǎn)廠家繁多，材料性能良莠不齊，要進行試驗選擇。 ? 主要存在的問題： ? 一是設計中防水層的性能指標要求不明，施工時可供選擇的廠家很多，建立防水材料規(guī)范化及合格供應方的名錄非常重要。 ? 二是防水層的耐久性無配套實驗方法，工程試驗中對材料的拉伸、撕裂、刺破等性能有較多的試驗檢查，可避免在施工過程中不受損壞，但一些工程運營一定時間后開始滲漏水。 12 （ 5）施工管理 由于隧道工程中防排水施工多為隱蔽工程，施工期間沒有及時檢查或糾正存在的問題，運營以后很難加以維修和治理。主要表現(xiàn)在： ? 一是施工單位重視程度不夠，往往認為按照設計施工不會存在問題，實際上，防水施工是一個系統(tǒng)工程，防排水體系是施工各個環(huán)節(jié)的配合，如果每道工序不能起到防水作用，往往造成層層設防，層層漏水，達不到防水目的。 ? 二是在地下水豐富地段，往往也是防排水的重點地段，但在該地段施工時，由于作業(yè)環(huán)境條件差，工程本身難度大，施工技術和難度較高，在防止?jié)B漏水效果方面往往被放在第二，只是以工程施工安全和進度為主了。 13 2 地下水對隧道工程的影響 國內(nèi)外隧道滲漏水狀況調(diào)查 ? 目前我國有鐵路、公路隧道 8800 多座，總長度約4600多 km，已成為世界上隧道最多、最復雜、發(fā)展最快的國家。我國城市軌道交通的隧道建設也正在進入快速發(fā)展時期，目前已建成運營 ，在建 。國內(nèi) 43個百萬以上人口城市中已有近30個提出了建設城市軌道交通的要求。未來十年我國要建設 1200～ 1500km的城市軌道交通，涉及大量隧道建設。 14 ? 隧道產(chǎn)生滲漏水病害，既有地質條件、氣候條件、材料老化、地震方面的原因，也有設計、施工方面的原因。隧道缺陷類型主要有滲漏水；結構惡化產(chǎn)生缺陷，包括襯砌開裂、變形、片塊剝離以及大塊坍落；基底隆起、邊溝變形和塌陷；底板破裂、翻漿冒泥等幾種。國內(nèi)外的有關資料統(tǒng)計如下： ? 1979年，日本對 3807座隧道進行調(diào)查統(tǒng)計，滲漏水的有 2135座，占 56%，漏水長度達 70%。 ? 1986年，日本對最寒冷的北海道地區(qū)公路隧道病害進行了調(diào)查，在北海道 302座公路隧道中有 141座出現(xiàn)漏水、洞內(nèi)結冰。 15 ? 1990年 4月，日本已有 6705座公路隧道，總長 1970km，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生惡化的隧道數(shù)量約占隧道總數(shù)的 %，在惡化的隧道中，襯砌開裂出現(xiàn)的情況最多。 ? 1972年我國鐵道部工務局及基建總局對全國 30～ 70年代在不同地質（堅硬、軟巖、黃土）條件下修建不同類型（單心圓拱、三心圓拱、直邊墻和曲邊墻、單線和雙線斷面）的隧道混凝土襯砌裂縫產(chǎn)生的原因進行調(diào)查分析，共調(diào)查隧道 94座，總長 ，約有 %的隧道襯砌開裂，裂縫長度占隧道總長 %。 16 ? 1995年，我國鐵路共有運營隧道 4855座，總長度，存在的主要隧道缺陷類型有侵限、漏水和通風照明不良。據(jù)工務部門 1995年秋檢測，凈空不足侵入建筑限界的 2546座，嚴重漏水 1428座，襯砌嚴重腐蝕 677座，仰拱變形 212座，通風不良 112座，照明不良 817座。 ? 根據(jù) 1997年，我國鐵路隧道技術狀態(tài)統(tǒng)計，全路有運營隧道 5000余座，共計 2500km，其中嚴重漏水（包括拱部滴水、邊墻滲水、流水，隧道底部翻漿冒泥、嚴寒地區(qū)隧道結冰、凍脹），影響隧道運營的達 1502座。占隧道總數(shù)的 30%左右。 17 滲漏水缺陷對結構的影響 ? 目前，鐵路隧道結構設計理論與方法主要有：荷載結構模型、收斂約束模型、連續(xù)體模型及工程類比法等，其穩(wěn)定性判斷一般為強度準則或位移準則以及二者的結合。這些方法對正常使用狀態(tài)的隧道是適用的，但對于可能產(chǎn)生結構缺陷性隧道不太適應。由于造成隧道結構破壞的原因很多，其發(fā)生破壞的形式也多種多樣，有時由于裂紋尖端的應力集中，結構會出現(xiàn)脆性斷裂，有時由于結構內(nèi)部的損傷，出現(xiàn)損傷斷裂，因此，其力學機制比較復雜，如果僅用強度或位移準則進行判斷是不合理的。 18 ? 在我國 《 鐵路隧道設計規(guī)范 》 （ TB10003— 2022）中提出了利用位移來進行隧道穩(wěn)定性的判斷，對正在施工的隧道，尤其對隧道初期支護的穩(wěn)定性判斷比較適用，但對于運營隧道卻不適用，由于對于行車密集較大的隧道，要獲得不同時間，大量的二次襯砌的位移數(shù)據(jù)是困難的，同時，有的隧道雖變形很小，但由于裂縫影響，極易發(fā)生突然破壞。目前，一些專家學者用斷裂力學和損傷力學的有關理論，研究帶理解裂縫隧道的破壞機理是一種新的嘗試，有助于推動隧道與地下工程的進步和發(fā)展。 19 日本北海道公路隧道的滲漏水統(tǒng)計分析 ? 日本北海道土木工程師協(xié)會公路隧道分會調(diào)查表明：截止 1986年 12月份，北海道使用中的公路隧道有 302座，其中包括國道，城市道路及機動車道，調(diào)查發(fā)現(xiàn) 141座隧道出現(xiàn)了襯砌及路面損壞，占隧道總數(shù)將近 50%，隧道的主要病害表現(xiàn)為：襯砌開裂、沿裂縫處滲漏水及冬季結冰；隧道開裂、滲漏及結冰受施工年代及凍結指數(shù)的影響較大，而受地質條件的影響較??；由偏壓引起的隧道襯砌變形很少，只占病害隧道的 8%，而變形卻是最突出的問題。 20 日本隧道病害的類型、數(shù)量統(tǒng)計 010020030230210050(47 %)141(8 %)1185(60 %)128107(91 %)(76 %)開裂漏水結冰擠壓膨脹病害隧道的數(shù)目根據(jù)病害類型劃分的病害隧道的數(shù)目0隧 道 數(shù) 目%21 日本隧道病害發(fā)生的類型、頻率與地質條件的關系 050100150 %62 .9 %開裂 % %61 .5 %漏水65 .5 %64 .7 %結冰12 .9 % % %14 .1 % % %16 .9 %23 .1 %15 .4 %11 .2 % %n= 13 [1 1] n= 98 [8 5] n= 14 2[12 8] n= 11 6[18 7]擠 壓隆 起[ ]表示 隧道的實際數(shù)目,因為 一些隧道劃分為一種 以上 地質結構及一種以上病害類型第四紀 火山土火 熔結凝灰?guī)r上第三紀 凝灰?guī)r、凝灰角爍巖、火山巖上第三紀 沉積巖 前上第三紀 沉積巖深沉巖 變質巖隧 道 數(shù) 目：n22 日本隧道病害發(fā)生的類型、頻率與施工年代的關系 050100150隧 道 數(shù) 目：nn=11 n=85 n=128 n=107擠壓隆起開裂 漏水 結冰:～1960:1961～1965:1966～1970:1971～1975:1975～1986 % % % % % % % % % % % % % % % % % % %23 日本隧道病害發(fā)生的類型、頻率與結凍指數(shù)范圍的關系 050100150n=11 n=85 n=128 n=107擠壓隆起開裂 漏水 結冰隧 道 數(shù) 目：n20 0～4 00 ℃40 0～6 0080 0～1 00 060 0～8 0010 00 ～12 00 % % % % % % % % % % % % % % % % % % %24 ? 從前圖可以看出： ? （ 1）隧道病害發(fā)生的頻率很高，約占調(diào)查隧道總數(shù)的 %，且病害主要類型主要為漏水和結冰和開裂，且這幾種病害交叉出現(xiàn)的情況較多。 ? （ 2）各種病害不僅與地質條件有關，而且與施工年代和結凍指數(shù)有關，上第三紀凝灰?guī)r、凝灰角礫巖、火山巖中修建的隧道中發(fā)生的病害占病害隧道的 60%以上， 1961～ 1965年修建的隧道發(fā)病率高達 76%，（ 66座隧道中有 50座隧道發(fā)生了病害）結凍指數(shù)在400～ 600℃ 的地區(qū)，開裂、漏水、結冰的隧道數(shù)量占病害隧道總數(shù)的 %。 25 我國結構缺陷性隧道的統(tǒng)計 1991年、 1995年、 1997年我國鐵路工務部門三次對鐵路隧道運營狀態(tài)統(tǒng)計，滲漏水隧道占隧道總數(shù)的 30%左右，我國二十世紀五、六十年代修建的隧道，其滲漏水所占比例遠遠高于這一數(shù)字，有的隧道雨季就象水簾洞一樣，嚴重影響了行車安全。有些隧道的滲漏水情況： ? （ 1）羅依溪隧道位于枝柳線北段，全長 ，該隧道自 1982年交付運營以來，滲漏水現(xiàn)象嚴重，且有襯砌腐蝕跡象。自 1991年以來，