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铁路隧道防水技术高存成中铁隧道集团二 一一年十一月 1 2 主要内容 1 我国隧道防排水技术的发展2 地下水对隧道工程的影响3 现行隧道防水设计与施工要求4 山岭隧道防排水5 隧道结构防排水6 渗漏水治理 3 1 1铁路隧道防水技术发展20世纪70年代之前的铁路隧道 采用矿山法修建 料石衬砌 没有采取任何防水措施 隧道的渗漏水量完全取决于地下水本身的大小及其渗流方式 70年代以后 采用新奥法施工 隧道开始采用混凝土衬砌 但对于施工缝没有任何防水处理措施 衬砌结构裂缝也比较多 仍然未有解决渗漏问题 80年代初期 主要采用刚性防水 即混凝土自身防水 施工缝开始铺设止水带 1我国隧道防排水技术的发展 4 80年代以后 由于电气化铁路建设的需要 铁路隧道的渗漏得到了重视 我国开始研究隧道结构渗漏水的处理措施 1985年我国在大瑶山隧道开始研究防水混凝土 开始研究软性防水层 铺设聚氯乙烯塑料板防水板 采用焊接方式 使混凝土与初期支护分离施工进行防水 取得了明显的效果 1986年在北京地铁复兴门折返线开始研究高分子卷材 聚乙烯塑料板防水技术研究 采用射钉方式固定 但防水板破损较多 5 1988年 我国在军都山隧道 天马山隧道开始研究塑料薄膜防水技术研究 1990年 北京地铁试验宽幅防水板 研究自动焊接机 两道焊缝 逐步改为无钉铺设 塑料防水层由原来的塑料板 发展到复合式防水层 背后铺设无纺布垫层 90年代后期 开始使用掘进机施工 管片衬砌精度高 安装误差小接缝采用优质橡胶止水材料 防水效果较好 6 1 2公路隧道防水状况20世纪80年代 我国公路隧道逐渐增多 当时公路隧道的建设经验不足 设计理念和施工方法照搬铁路隧道的经验 由于公路隧道断面大 按照铁路隧道设计方法施工 在施工方法和结构上产生了一定的缺陷 但是公路隧道针对结构特点迅速改变了设计理念和方法 目前 公路隧道防排水效果明显优于铁路隧道 7 1 3隧道防水主要问题 1 地质勘查隧道地质勘查及选线 对隧道施工和结构设计关系重大 一条线路的确定 需要做很多前期地质工作 做多次可行性研究 方案论证 然而 由于经费及其他方面的原因 绝大部分隧道的水文地质勘查工作 做得不是太细 获取的资料不充分 准确 没有避开复杂地质或不良地质 给隧道施工技防排水带来困难 有些甚至产生严重水害或后期渗漏水病害 2 防水设计设计的主体思路决定着防水方式 同时也决定着施工的成本 铁路隧道设计规范 TB10003 2005 中规定 隧道防排水应采取 防 排 截 堵结合 因地制宜 综合治理 的原则 采取切实可靠的设计 施工措施 达到防水可靠 排水畅通 经济合理的目的 8 铁路隧道设计施工有关标准补充规定 铁建设 2007 88号 中规定 隧道防排水设计应采取 防 堵 截 排 因地制宜 综合治理 的原则 应进行环境评价 重视环现保护 对下穿江 河 城市及对环境有特殊要求的隧道宜采取全封闭不排水的原则 对岩溶 高压水和适当排水不会影响环境的隧道宜采取以堵为主 限量排放的原则 排水对环境确无影响时宜采取排水的原则 井考虑排水措施的可维护性 9 防水设计应当从三个方面考虑 一是围岩加固 在富水区段 采用帷幕注浆 二是铺设高分子防水层 采用无钉铺设 三是耐久性防水混凝土 包括施工缝 沉降缝的处理 10 3 防水施工精心施工是搞好隧道防水的关键 只有完全贯彻设计思想 隧道的防水排水体系才有可能完备而没有缺陷 隧道防排水常见的问题 一是排水系统衔接不畅 山岭隧道的排水系统由环向排水管 纵向排水管 排水边沟或中心排水管等组成 施工过程中若排水管上下没有衔接好或中间断开 三通管连接不畅 纵向排水管反坡设置和排水管中间淤塞等 使隧道在运营中不能将地层中的渗水畅通排出 造成衬砌壁后水压增高而引起隧道渗漏 二是铺设基面粗糙损伤防水层 在岩石地层或喷射混凝土基面上 未按照规范对基面进行处理 二次衬砌混凝土浇筑时 塑料防水层受到挤压力 以及混凝土收缩时 防水板受到剪力 导致防水板损坏 11 4 材料使用防水层是隧道防水技术的核心 只有用合格的材料 才能建成合格的工程 而防排水体系是靠各种材料构建的 目前我国防水材料生产厂家繁多 材料性能良莠不齐 要进行试验选择 主要存在的问题 一是设计中防水层的性能指标要求不明 施工时可供选择的厂家很多 建立防水材料规范化及合格供应方的名录非常重要 二是防水层的耐久性无配套实验方法 工程试验中对材料的拉伸 撕裂 刺破等性能有较多的试验检查 可避免在施工过程中不受损坏 但一些工程运营一定时间后开始渗漏水 12 5 施工管理由于隧道工程中防排水施工多为隐蔽工程 施工期间没有及时检查或纠正存在的问题 运营以后很难加以维修和治理 主要表现在 一是施工单位重视程度不够 往往认为按照设计施工不会存在问题 实际上 防水施工是一个系统工程 防排水体系是施工各个环节的配合 如果每道工序不能起到防水作用 往往造成层层设防 层层漏水 达不到防水目的 二是在地下水丰富地段 往往也是防排水的重点地段 但在该地段施工时 由于作业环境条件差 工程本身难度大 施工技术和难度较高 在防止渗漏水效果方面往往被放在第二 只是以工程施工安全和进度为主了 13 2地下水对隧道工程的影响 2 1国内外隧道渗漏水状况调查目前我国有铁路 公路隧道8800多座 总长度约4600多km 已成为世界上隧道最多 最复杂 发展最快的国家 我国城市轨道交通的隧道建设也正在进入快速发展时期 目前已建成运营405 73km 在建255 79km 国内43个百万以上人口城市中已有近30个提出了建设城市轨道交通的要求 未来十年我国要建设1200 1500km的城市轨道交通 涉及大量隧道建设 14 隧道产生渗漏水病害 既有地质条件 气候条件 材料老化 地震方面的原因 也有设计 施工方面的原因 隧道缺陷类型主要有渗漏水 结构恶化产生缺陷 包括衬砌开裂 变形 片块剥离以及大块坍落 基底隆起 边沟变形和塌陷 底板破裂 翻浆冒泥等几种 国内外的有关资料统计如下 1979年 日本对3807座隧道进行调查统计 渗漏水的有2135座 占56 漏水长度达70 1986年 日本对最寒冷的北海道地区公路隧道病害进行了调查 在北海道302座公路隧道中有141座出现漏水 洞内结冰 15 1990年4月 日本已有6705座公路隧道 总长1970km 调查发现 发生恶化的隧道数量约占隧道总数的23 9 在恶化的隧道中 衬砌开裂出现的情况最多 1972年我国铁道部工务局及基建总局对全国30 70年代在不同地质 坚硬 软岩 黄土 条件下修建不同类型 单心圆拱 三心圆拱 直边墙和曲边墙 单线和双线断面 的隧道混凝土衬砌裂缝产生的原因进行调查分析 共调查隧道94座 总长80 7km 约有93 2 的隧道衬砌开裂 裂缝长度占隧道总长19 2 16 1995年 我国铁路共有运营隧道4855座 总长度2261 56km 存在的主要隧道缺陷类型有侵限 漏水和通风照明不良 据工务部门1995年秋检测 净空不足侵入建筑限界的2546座 严重漏水1428座 衬砌严重腐蚀677座 仰拱变形212座 通风不良112座 照明不良817座 根据1997年 我国铁路隧道技术状态统计 全路有运营隧道5000余座 共计2500km 其中严重漏水 包括拱部滴水 边墙渗水 流水 隧道底部翻浆冒泥 严寒地区隧道结冰 冻胀 影响隧道运营的达1502座 占隧道总数的30 左右 17 2 2渗漏水缺陷对结构的影响目前 铁路隧道结构设计理论与方法主要有 荷载结构模型 收敛约束模型 连续体模型及工程类比法等 其稳定性判断一般为强度准则或位移准则以及二者的结合 这些方法对正常使用状态的隧道是适用的 但对于可能产生结构缺陷性隧道不太适应 由于造成隧道结构破坏的原因很多 其发生破坏的形式也多种多样 有时由于裂纹尖端的应力集中 结构会出现脆性断裂 有时由于结构内部的损伤 出现损伤断裂 因此 其力学机制比较复杂 如果仅用强度或位移准则进行判断是不合理的 18 在我国 铁路隧道设计规范 TB10003 2001 中提出了利用位移来进行隧道稳定性的判断 对正在施工的隧道 尤其对隧道初期支护的稳定性判断比较适用 但对于运营隧道却不适用 由于对于行车密集较大的隧道 要获得不同时间 大量的二次衬砌的位移数据是困难的 同时 有的隧道虽变形很小 但由于裂缝影响 极易发生突然破坏 目前 一些专家学者用断裂力学和损伤力学的有关理论 研究带理解裂缝隧道的破坏机理是一种新的尝试 有助于推动隧道与地下工程的进步和发展 19 2 3日本北海道公路隧道的渗漏水统计分析 日本北海道土木工程师协会公路隧道分会调查表明 截止1986年12月份 北海道使用中的公路隧道有302座 其中包括国道 城市道路及机动车道 调查发现141座隧道出现了衬砌及路面损坏 占隧道总数将近50 隧道的主要病害表现为 衬砌开裂 沿裂缝处渗漏水及冬季结冰 隧道开裂 渗漏及结冰受施工年代及冻结指数的影响较大 而受地质条件的影响较小 由偏压引起的隧道衬砌变形很少 只占病害隧道的8 而变形却是最突出的问题 20 日本隧道病害的类型 数量统计 21 日本隧道病害发生的类型 频率与地质条件的关系 22 日本隧道病害发生的类型 频率与施工年代的关系 23 日本隧道病害发生的类型 频率与结冻指数范围的关系 24 从前图可以看出 1 隧道病害发生的频率很高 约占调查隧道总数的46 7 且病害主要类型主要为漏水和结冰和开裂 且这几种病害交叉出现的情况较多 2 各种病害不仅与地质条件有关 而且与施工年代和结冻指数有关 上第三纪凝灰岩 凝灰角砾岩 火山岩中修建的隧道中发生的病害占病害隧道的60 以上 1961 1965年修建的隧道发病率高达76 66座隧道中有50座隧道发生了病害 结冻指数在400 600 的地区 开裂 漏水 结冰的隧道数量占病害隧道总数的50 6 25 2 4我国结构缺陷性隧道的统计1991年 1995年 1997年我国铁路工务部门三次对铁路隧道运营状态统计 渗漏水隧道占隧道总数的30 左右 我国二十世纪五 六十年代修建的隧道 其渗漏水所占比例远远高于这一数字 有的隧道雨季就象水帘洞一样 严重影响了行车安全 有些隧道的渗漏水情况 1 罗依溪隧道位于枝柳线北段 全长1390 57m 该隧道自1982年交付运营以来 渗漏水现象严重 且有衬砌腐蚀迹象 自1991年以来 病害又有较大的发展 表现为 砼衬砌遭受腐蚀 表面砂浆层轻轻敲击有豆渣状粉尘掉落 严重处出现剥落掉块 露出粗骨料 结构疏松 强度部分消失 渗漏严重 拱顶多处滴水成线 长年不断 部分漏水处有红色或白色物析出 为此 采取了衬砌背后压注水泥砂浆 衬砌内压注化学浆液 衬砌表面涂抹EM RG防水层 边墙凿补水槽 集中排水等措施进行了隧道病害治理 取得了较好的效果 26 2 赵家2 隧道位于大秦线王家湾站和涿鹿站之间 全长1607m 为双线电化铁路隧道 岩性为硬脆的白云岩 夹有燧石条带页岩 局部有顺层侵入的煌斑岩 岩层为单斜构造 节理发育 呈碎石状镶嵌结构 1984年6月开工 1987年11月竣工 1999年K155 360 480段隧道衬砌出现比较严重的裂缝 漏水 结冰现象 错台宽度10mm 3 宝中线黑达沟二号隧道 长1210m 1990年10月开工 1994年底基本建成 经过冬季后多数隧道内开始出现严重渗水 1995年3月交付临运前 隧道渗漏水严重 经过三次洞内外治理 才基本上解决了渗漏水的问题 27 4 翅膀沟隧道全长1721m 隧道洞身大部分位于第三系上统红粘土和老黄土中 红粉土和老黄土之间有一层钙质结合层 层厚1 0m 且土中含水量较大 属于 类围岩 1999年3月开工 1999年10月在DK446 245 DK446 225段二次衬砌出现开裂 裂缝的宽度由最初的细裂纹发展成为4 0 27 0mm 局部地段还伴有斜裂缝和错台 最大错台宽度9 0mm 随后 隧道衬砌纵向裂缝发展为DK445 800 DK446 300 总长为500m 二条 同期地表也发现裂缝 地表裂缝总长为1230m 最大宽度为54mm 5 在我国铁路隧道的诸多病害中 数量较多 整治困难 投资较大 影响行车最严重的是基床翻浆冒泥 铁路工务部门1997年对襄渝 贵昆 成昆等13条线路隧道病害不完全统计 有185座隧道发生了严重的基床翻浆冒泥 总延长达173 411km 整治费用高达11563 7万元 详见统计表 28 铁路隧道基床翻浆冒泥统计表 1997年 29 2 5隧道产生渗漏的原因分析 1 隧道开挖对地下水的影响根据水力学和水文地质学原理 地下水的流动 有其固定的流线 从高压水位流向低压水位 但由于隧道的开挖 将引起围岩应力释放和重分布 从而改变围岩的力学特性和泾流路线 使周围水向隧道内汇集和积聚 给衬砌及底部渗漏水留下隐患 隧道开挖影响范围的大小与地层的渗漏系数 水位降深 过水断面大小有关 此外还受隧道周围溶洞 泉眼 水库或湖泊 江河的影响 2 衬砌混凝土中的泌水管路浇筑混凝土时由于水灰比过大 在混凝土硬化过程中 由于多余的水分 不参与水化作用的游离水分 的蒸发 在混凝土中形成透水的开放性毛细泌水管路 30 3 施工中的原因使混凝土中存在空隙 在混凝土拌合时 因拌合物和易性不佳 或因施工作业草率 以致混凝土质地不够均匀 或水泥浆未能与骨料表面很好粘结 如骨料表面被污染 水泥本身的内聚力超过了与集料的附着力 形成透水缝隙 或混凝土拌合物未能很好灌满捣实 从而产生疏松层或留下各种形状的缝隙与孔洞 衬砌混凝土材料中有杂物 腐烂后形成缝隙或孔洞 特别是在两环混凝土接缝部位 由于挡头板未拆除干净 腐烂后形成缝隙而漏水 灌筑衬砌混凝土的工作缝未加处理或处理不当 产生接合不严的漏水缝隙 先拱后墙法施工的拱墙连接部位处理不当而产生漏水 变形缝止水带安设不规范或未安设止水带而漏水 衬砌或混凝土砌块衬砌的灰缝不密实而漏水 31 4 衬砌混凝土的化学腐蚀衬砌周围的天然水对衬砌混凝土有腐蚀性 常见有溶出性 碳酸性 一般酸性 硫酸盐性和镁盐性的腐蚀等 这些腐蚀可能造成漏水孔隙 严重时将造成混凝土结构的破坏 5 内应力作用使衬砌产生裂隙如施工方法不当 或拆模过早 或围岩压力过大超过设计荷载等 都能使衬砌内应力超过破坏强度而导致裂缝 如果隧道不设变形缝 当温差超过7 10 时 混凝土可能因不能承受温度应力而产生裂缝 32 6 防水板安装不规范 未处理好防水板的接缝和破损部 导致渗水 排水管路堵塞 按施工规范 防水板不能有孔洞 如因锐器戳破 则要修补完好 上下搭接采用上压下 并且上下连接部位要粘好 而在施工中操作上的不规范 往往导致以上环节不能保证 使防水板不能很好地达到预期效果 在半封闭结构中 往往设计有盲管等排水设施 但是 地下水中所含矿物质较多 随时间推移 水中离析出来的矿物质会附着在管壁上 逐渐堵塞管路 造成排水不畅 结构背后水位升高 压力增大 最后从结构薄弱部位漏水 33 3现行隧道防水设计与施工要求3 1 地下工程防水技术规范 GB50108 2001 1 地下工程的防水等级分为四级 34 不同防水等级的适用范围 35 3 地下工程的防水设防应根据使用功能 结构形式 环境条件 施工方法及材料性能等因素合理确定 明挖法地下工程的防水设防要求选用表 36 暗挖法地下工程的防水设防选用表 37 3 2 铁路隧道防排水技术规范 TB10119 2000 1 基本要求新建和改建的铁路隧道洞内外应有完善的防排水设施 以保证结构和设备的正常使用和行车安全 并做到衬砌不滴水 安装设备孔眼不渗水 隧道防排水应采用 防 排 截 堵结合 因地制宜 综合治理的原则 2 防水混凝土要求防水混凝土的抗渗等级不得小于P8 衬砌厚度不小于30cm 迎水面的主筋保护层不应小于5cm 表面裂缝宽度不得大于0 2mm 并对混凝土的水泥用量作了规定 现在铁路隧道一般采用耐久性混凝土 施工要求可按照 铁路隧道混凝土结构耐久性设计暂行规定 铁建设 2005 157号 的相关要求 38 3 注浆防水的要求在预计涌水量大的软弱地层地段宜采用超前预注浆 衬砌 支护后渗漏水严重的地段宜采用衬砌内注浆或衬砌后围岩注浆 超前注浆浆液固结体达到设计强度后 方可开挖 回填注浆应在混凝土达到设计强度的70 后进行 4 防水层和防水板的要求防水层应在基层验收合格后方可施工 在施工过程中 应对每一个工序进行检查 合格后方可进行下一道工序 铺设基面要求平整 无尖锐物 采用暗钉铺设 热锲法双缝焊接 焊缝强度不小于防水板本身强度的70 二次衬砌时要对防水板采取保护措施 39 5 施工缝 变形缝的要求混凝土和防水混凝土应连续浇筑 宜少留施工缝 在先浇筑的混凝土终凝后 应立即用钢丝刷将其表面浮浆清除 用水冲洗 保持湿润 继续浇筑时铺设一层砂浆 设置遇水膨胀止水条7d的膨胀率不应大于最终膨胀率的50 采用塑料 橡胶 金属止水带时 应采用有效措施确保位置准确 固定牢靠 6 隧道排水要求隧道 明洞 辅助坑道宜采用自流排水 纵向设排水沟 横向设排水坡 衬砌背后设环向盲管 沟 纵向盲管 沟 和隧底盲管 沟 组成完整的排水系统 洞内排水沟坡度与线路一致 铺底面或仰拱上混凝土填充面紧靠水沟侧 水沟边墙上预留泄水孔 40 4山岭隧道防排水 一般山岭隧道的防水体系 完善的隧道防排水设计是搞好隧道防排水工程的前提 一般山岭隧道的防排水体系具有圈层构造 可用 一堵两排两防 来概括 即一圈围岩注浆堵水 喷射混凝土与防水层间 防水层与衬砌间两圈排水 专用防水层和衬砌混凝土两层防水 41 4 1围岩注浆堵水注浆是将注浆材料按一定的配比制成的浆液 通过一定的方式压入隧道围岩或衬砌壁后的空隙中 经凝结 硬化后起到堵水和加固围岩作用的一种施工方法 围岩注浆堵水可封堵地层中的渗水裂隙 减少围岩流向隧道的渗水 可保持作业面 干施工 利于隧道运营 它既可在隧道开挖前从地表钻孔实施 也可在隧道开挖后通过径向或超前向围岩钻孔注浆完成 42 4 1 1围岩注浆的作用 1 充填围岩裂隙 封堵渗水通道 在隧道周围形成隔水保护圈 防止地下水外泄 减轻隧道结构直接承受的水压力 2 经过围岩注浆 岩层中的裂隙被浆液充填 固化后的浆液形成岩块之间的胶结材料 使围岩的力学性能达到改善 减小了作用在衬砌结构上的永久荷载 3 具有充分灵活的方式 比喷锚支护优越 是对围岩深层次的加固 4 1 2注浆材料通常按照有机或无机材料两大类来分 4 1 3注浆参数 43 隧道出现涌水 44 掌子面涌水引排管 45 4 2喷射混凝土防水目前山岭隧道基本上采用新奥法设计与施工 喷射混凝土是新奥法施工最常用的初期支护方式 喷射混凝土的基本作用是加固 支护围岩 起防水作用往往得不到重视 事实上 喷射混凝土与隧道的防排水有着密切的关系 一般的喷射混凝土密实度较差 强度低 在围岩的变形过程中容易产生大量裂缝 因而其抗渗型也较差 所以普通工程难以考虑喷射混凝土的抗渗性 46 客运专线铁路隧道工程对结构防排水要求较高 正在建设中的宜万线铁路隧道在全线中占着很大的比例 而且大部分为岩溶富水隧道 设计上已经明确提出了 以堵为主 限制排放 的总体防排水原则 并且要求隧道初期支护喷射混凝土的强度等级不应低于C25 24小时强度不应低于10MPa 常用的抗渗喷射混凝土是在喷射混凝土中掺加BR 2型防水剂 掺量为水泥质量的3 4 在渗水较大的部位 先找准出水点 钻10 20cm深集水孔 孔内插导水管排水 然后在该渗水区域 围绕导水管 由远到近喷射混凝土 最终将水集中于导水管 待喷射混凝土达到其强度的70 左右时 用BR 1型防水剂堵漏 47 4 3隧道排水管隧道防排水系统的排水管主要包括 环向排水管 纵向排水管和横向排水管 4 3 1环向排水盲管环向排水盲管的作用是在岩面与初期支护喷射混凝土之间 初期支护喷射混凝土与防水板之间提供过水通道 并使之下渗汇集到纵向排水管 环向排水管的设置使地下水施工渗漏情况具有较大的灵活性 表现为 48 隧道排水盲管 49 1 当围岩渗水严重时 岩面与初期支护喷射混凝土之间 初期支护喷射混凝土与防水板之间都应当设置环向排水盲管 渗水较少时 只在初期支护喷射混凝土与防水板间设置 如果没有渗水或渗水极少 则可以不设 2 当围岩渗水严重时 环向排水盲管的纵向间距小 渗水量少时 纵向加大 目前 工程上使用的环向排水盲管通常为涂塑弹簧外裹玻璃纤维布或塑料布构成 称为弹簧排水管 直径5 8mm 检查弹簧管质量时 首先检查玻璃纤维布或塑料布是否套紧 其次检查弹簧涂塑层是否均匀 涂层有无老化 然后用直尺量测弹簧管的直径 检查是否与设计尺寸一致 最后从轴向和横向用力压弹簧管 观察其是否有较大的塑性变形 孔径是否有异常变化 50 隧道围岩中的地下水是随季节与年份的变化而变化的 施工中经常因隧道渗水量少或无渗水而扩大弹簧排水管的间距 因此 施工检查中首先 要按要求布设环向弹簧排水管 要保证基本间距 局部涌水量大时还应适当加大密度 其次 安装时弹簧排水管应尽量紧贴渗水岩壁 尽量减小地下水由围岩到弹簧排水管的阻力 第三 弹簧排水管布置时沿环向应尽量圆顺 尤其在拱顶部位不得起伏不平 第四 弹簧排水管安装时应先用钢卡等固定 再用喷射混凝土固定 最后应检查弹簧排水管与下部纵向排水盲管的连接 确保弹簧排水管下部排水畅通 51 4 3 2纵向排水管纵向排水管是沿隧道纵向设置在衬砌底部外侧的透水盲管 常用直径10cm的弹簧排水盲管或带孔软式透水管 它将环向排水管和防水板垫层排下的水汇集并通过横向排水管排除 纵向排水管应按一定的坡度安装 中间不得有凹陷 扭曲等 以防泥沙在这些位置淤积 堵塞排水管 施工时应进行以下检查 1 排水管材质及规格检查 塑料制品若保存不当极易发生老化 可目测管材的色泽和管身的变形 轻轻敲击观察管体是否变脆 用卡尺或钢尺量管径与管壁 检查其是否与设计要求相符 52 2 管身透水孔检查 纵向排水盲管主要有两个作用 一是将环向排水管下流之水经其排至横向排水管 二是将防水卷材阻挡之水经纵向盲管上部透水孔向管内渗流 为了实现这两种功能 盲管上的透水孔必须有一定的规格并保证有一定的间距 必须进行检查 3 定位安装检查 满足设计坡度要求 要用土工布包裹 防止泥沙进入 其与上下排水管应用三通连接 接头要联结牢靠 防止脱落 保证流水顺畅 53 4 3 3横向排水管横向排水盲管位于衬砌基础和路面的下部 布设方向与隧道轴线方向垂直 是连接纵向排水盲管与中央排水管的水力通道 横向排水管通常为硬质塑料管 施工中先在纵向盲管上预留接头 然后在路面施工前接长至中央排水管 横向盲管的检查主要是街头应牢靠 密实 保证纵向盲管与中央排水管间水路畅通 严防接头处断裂 致使纵向盲管排出之水在路面下漫流 造成路面翻浆冒泥 严重影响行车安全 其次是在横向盲管上部应有一定的缓冲层 以免路面荷载直接对横向盲管施压 造成横向盲管破裂或变形 影响其正常的排水能力 54 4 3 4中央排水管中央排水管是隧道最后的排水设施 它将衬砌背后的渗水汇集排出隧道 进入路基排水边沟 中央排水管采用带孔预制混凝土管段拼接而成 纵向间隔一定距离设置沉砂井和检查孔 其作用一是集中排放由上游管路流来的地下水 二是通过其上部的众多小孔 12mm 疏排路基中的各种积水 施工检查方式 1 基础检查 中央排水管埋置深度0 5 2 0m 施工时先挖基槽 整平基础 然后再铺设管段 最后回填压实 在软岩或断层破碎带区域施工中 应将不良岩 土 体用强度较高的碎石替换 并用素混凝土找平基面 并满足坡度要求 2 铺设管段检查 首先要保证将具有透水孔的一面朝上 逐节放稳后 再用水泥砂浆将段间接缝密封填实 砂浆凝固后进行通水试验 漏水时及时处理 最后用土工布覆盖管段并回填上部 55 4 4防水层隧道防水层是由防水板及其垫层组成 它能将地层中的渗水阻隔于二次衬砌之外 避免水与二次衬砌混凝土接触 防止地下水通过二次衬砌的薄弱环节渗入隧道 垫层的作用是保护防水板 使防水板免遭尖锐物的刺伤 同时充当渗水通道 防水板多为合成高分子卷材 种类繁多 隧道工程上常用的防水板有PVC EVA HDPE LDPE等 一般采用双焊缝 无钉铺设的方式 从围岩中渗流的水 在受到防水层阻隔后 不再沿径向渗向隧道 而只能在重力的作用下沿着喷射混凝土与防水层的间隙下渗 当渗水量较小时 很容易下排 当渗水量较大时 则通过铺设的排水盲管排出 56 4 5衬砌混凝土防水混凝土衬砌是隧道防水的最后一道防线 根据结构受力的不同 混凝土衬砌的厚度一般在30 60cm之间 铁路隧道混凝土抗渗等级要求P8 现在要求采用耐久性混凝土 若配合比得当 浇筑工艺合理 一般能起到防水混凝土的作用 4 5 1普通防水混凝土普通防水混凝土是指以控制水灰比 适当调整含砂率和水泥用量的方法来提高其密实性及抗渗性的一种混凝土 其配合比需经过抗压强度及抗渗性能试验后确定 在有冻害地区或受侵蚀介质作用的地区应选择适宜品种的水泥 并按有关要求严格施工 57 4 5 2外加剂防水混凝土在混凝土中掺入适量的外加剂 如引气剂 减水剂或密实剂等 使其达到防水的要求 这种防水混凝土施工较为方便 若使用得当 一般能满足隧道衬砌的防水要求 1 引气剂防水混凝土常用的引气剂有松香酸钠 松香热聚物等 松香酸钠引气剂在混凝土中产生的气泡数量多 均匀而细小 间距小 质量好 其抗渗等级可达1 2MPa 抗冻性比普通混凝土提高3倍 抗侵蚀性和抗碳化能力亦有提高 但是 掺有引气剂的防水混凝土强度及弹性模量均有所下降 因此 使用时应先做实验 58 2 减水剂防水混凝土减水剂防水混凝土在工程中应用广泛 可增加密实性 提高混凝土的抗渗能力和抗压强度 引气型减水剂混凝土的抗渗性能较好 非引气型减水剂混凝土强度较高 缓凝型减水剂可使混凝土缓凝3 6小时 促凝型缓凝型可使混凝土早凝1 2小时 能较好的满足各种施工需要 3 密实剂防水混凝土氯化铁防水混凝土可具有高密度 高抗渗性 1 2MPa以上 抗压强度可比普通混凝土增加13 40 并有早强作用 三乙醇胺防水混凝土具有抗渗和早强作用 其强度在前两天提高60 28d提高10 4 膨胀水泥防水混凝土用膨胀水泥配制的混凝土 其空隙率减小 毛细孔径缩小 可提高抗渗性 用于隧道的拱墙接缝处效果明显 59 4 6隧道排水系统隧道的排水与防水具有同样的重要地位 对于已从围岩渗出的地下水 如果只堵不排 造成水压升高 渗水会以两层防水构造的细微缺陷为通道渗至衬砌表面 隧道排水系统分为内排水系统和外排水系统两大部分组成 4 6 1外排水系统将围岩渗水 穿过初期支护被二次衬砌阻挡的渗水疏导 汇集并引排到排水沟管 主要要求 在衬砌两侧边墙背后底部应设沿隧道的纵向排水盲管 沟 孔径不小于80mm 沿隧道衬砌背后环向应设置导水盲管 其纵向间距不应大于20m 遇水量较大时 环向盲管应加密 环向盲管直径不应小于50mm 环向盲管 竖向盲管应与边墙底部的纵向排水盲管 沟 连通 纵向排水盲管 沟 应与横向导水管连通 60 4 6 2内排水系统将衬砌外排水系统汇集的地下渗水 路面运营清洗水 消防污水和其它废水引排到隧道外 主要要求 隧道应设置双侧水沟 双线隧道不得单独采用中心水沟 双线特长 长隧道在地下水发育时宜增设中心水沟 水沟的坡度应与线路坡度一致 在平坡地段排水沟底部应有不小于1 的坡度 水沟靠道床侧墙体应留泄水孔 泄水孔直径4 10cm 间距100 300cm 61 5隧道结构防排水 隧道结构防排水 应遵循 防 堵 截 排 因地制宜 综合治理 的原则 并对地表水和地下水做妥善处理 使洞内外形成一个完整的防排水系统 隧道结构防水应重视初期支护的防水 并辅以注浆防水和防水层加强防水 满足结构设计和使用要求 隧道结构防水应以施工缝 变形缝为重点 采取可靠的防水措施 隧道结构应提高衬砌混凝土的自防水性能 二次衬砌混凝土抗渗等级不得低于P6 设计采用的防水混凝土抗渗等级不得低于P8 铁路隧道结构防排水施工作业系指在隧道初期支护完成 且隧道净空经检查满足设计要求后进行的有关结构防排水施工作业 一般包含基面检查处理 排水盲管 沟 安装 防水板铺设 施工缝 变形缝处理 混凝土灌注等工序 62 5 1基面检查处理施工基面处理主要对初期支护表面的渗漏水 外露的突出物及表面凸凹不平处进行处理 1 处理基面渗漏水 采用回填注浆进行堵水 以保持基面无明显漏水 2 对初期支护混凝土表面外露的锚杆头 钢筋尖头等硬物割除 按下图处理 63 对钢筋网等凸出部分 先切断后用锤铆平抹砂浆素灰 对有凸出的管道时 先切断 再用砂浆抹平 64 对锚杆有凸出部位时 螺头顶预留5mm切断后 用塑料帽处理 对初期支护表面凸凹不平处进行处理 使混凝土表面平顺 凸凹面满足D L 1 6 1 10 D为两凸面间凹进深度 L为两凸面间距离 65 3 基面处理质量检查要求 初期支护表面无明显渗漏水 且无空鼓 裂缝 松酥等现象 初期支护表面平整 用2m尺进行检查 其平整度 5cm 初期支护表面无钢筋及凸出的管件等尖锐突出物 66 5 2排水盲管施工排水盲管一般包括环向排水盲管 纵向集水盲管 横向排水管 三者采用变径三通连为一体 形成完整的排水系统 其中纵向排水盲管在整个隧道排水系统中是一个中间环节 起着承上启下的作用 是关键环节 67 5 3防水板施工作业在基面处理 排水盲管设置 水平施工缝止水条安装完成后 进行防水板施工作业 一般包括铺设准备 缓冲层铺设 防水板固定 防水板焊接 质量检查等环节 防水板铺设专用台车示意图 1 衬砌内轮廓检测刚架 2 人梯 3 作业平台 4 防水板扇形支撑 5 门架 68 5 3 1铺设准备洞外检查 检验缓冲层材料及防水板质量 防水板宜选用高分子材料 幅宽一般为2 4m 其中客货共线隧道防水板厚度不得小于1 2mm 客运专线防水板厚度不得小于1 5mm 耐刺穿性 柔性 耐久性好且应符合设计要求 对检查合格的防水板 用特种铅笔划焊接线及拱顶分中线 并按每循环设计长度截取 对称卷起备用 洞内在铺设基面标出拱顶中线 画出隧道中线第一环及垂直隧道中线的横断面线 防水板主要物理性能 69 5 3 2缓冲层铺设对于设计为分离式的防水板 先进行缓冲层铺设 缓冲层材料根据设计选用 一般采用射钉固定 暗钉圈固定缓冲层示意图 70 隧道防水板垫层布设 71 1 铺设的步骤为 先在隧道拱部位标出纵向中线 使缓冲层垫衬基本与洞室轴线直交 留足基面凹凸部位的富有量 由两边墙向拱部铺设 用带热塑性圆垫圈的射钉将缓冲层平整顺直地固定在基层上 固定点间距 一般拱部0 5 0 8m 边墙0 8 1 0m 底部1 1 5m 呈梅花形排列 并左右上下成行固定 缓冲层接缝搭接宽度不得小于50mm 一般仅设环向接缝 当长度不够时 设轴向接缝应确保上部 靠近拱部的一张 应由下部 靠近底部的一张 缓冲层压紧 并使缓冲层与喷混凝土表面密贴 72 2 缓冲层铺设质量检查指标 缓冲层材料的各项技术参数满足设计要求 铺设范围及铺挂方式及搭接宽度符合设计要求 固定点设置的数量合理 间距满足规定 铺设面平顺 无隆起 无皱折 73 5 3 3防水板铺设 1 技术要求防水板铺设应超前二次衬砌施工1 2衬砌施工段长度 并设临时挡板防止机械损伤和电火花灼伤防水板 同时与开挖掌子面应保持一定的安全距离 对于初期支护为钢纤维混凝土的 防水板铺设前应补喷一层水泥沙浆保护层 以保护防水板 铺设前进行精确放样 弹出标准线进行试铺后确定防水板一环的尺寸 尽量减少接头 防水板采用环向铺设 从拱部向两侧边墙展铺 下部防水板应压住上部防水板 松紧应适度并留有余量 一般实铺长度与弧长的比值为10 8 保证防水板全部面积均能抵到围岩 74 防水层搭接焊示意图 分段铺设的卷材的边缘部位预留至少60cm的搭接余量并且对预留部分边缘部位进行有效的保护 附属洞室处铺设防水板时 先按照附属洞室的大小和形状加工防水板 并与边墙防水板焊接成一个整体 三层以上的塑料防水板的搭接形式必须是T形接头 两幅防水板的搭接宽度不应小于150mm 75 2 防水板固定 对于设计为分离式的防水板 可用热风焊枪或热合器 使其防水板融化与塑料垫圈粘结牢固 对于设计为复合式的防水板 则按设计要求 一般拱部0 5 0 8m 边墙0 8 1 0m 底部1 1 5m 在铺设基面打设膨胀锚栓 采用悬吊法牢固固定 膨胀锚栓帽宜采用圆弧形 锚栓顶面离喷射混凝土面距离不大于3mm 在凸凹较大的基面上 在断面变化处增加固定点 保证其与混凝土表面密贴 76 3 防水板铺设 固定质量检查 铺设范围及铺挂方式应符合设计要求 搭接形式和宽度满足规定要求 悬吊固定点设置的数量合理 间距满足规定 分段铺设的预留接头长度满足规定要求 防水板的与基层固定牢固 用手将已固定好的塑料板上托或挤压 检查其与喷射砼面的密贴程度及预留量 防水板没有有绷紧和破损现象 77 4 防水板焊接 焊接时 接缝处必须擦洗干净 且焊缝接头应平整 不得有气泡折皱及空隙 防水板之间的搭接缝应采用双焊缝 调温 调速热楔式功能的自动爬行式热合机热熔焊接 细部处理或修补采用手持焊枪 开始焊接前 应用小块塑料片上试焊 以掌握焊接温度和焊接速度 单条焊缝的有效焊接宽度不应小于15mm 防水板搭接焊缝示意图 78 国内常用焊接机 79 防水板焊接试验 80 在焊缝搭接的部位焊缝必须错开 不允许有三层以上的接缝重叠 焊缝搭接处必须用刀刮成缓角后拼接 使其不出现错台 防水板纵向搭接与环向搭接处 除按正常施工外 应再覆盖一层同类材料的防水板材 用热焊焊接 焊缝应无漏焊 假焊烤焦 焊穿 外露的固定点等现象 若有应予补焊 且用塑料片覆盖焊接 81 5 防水板焊缝施工质量检查 目测及尺量检查 检查防水板有无烤焦 焊穿 假焊和漏焊 焊缝宽度是否符合设计 焊缝是否均匀连续 表面平整光滑 有无波形断面 充气检查 检查采取随机抽样的原则 环向焊缝每衬砌循环抽试1条 纵向焊缝每衬砌循环抽试2条 具体检查要求为 将5号注射针与压力表相接 用打气筒进行充气 当压力表达到0 25MPa时停止充气 保持15min 压力下降在10 以内 说明焊缝合格 如压力下降过快 说明焊缝不严 用肥皂水涂在焊缝上 有气泡的地方重新补焊 直到不漏气为止 82 6 防水板施工作业控制要点 防水板应存放在室内 库房应整洁 干燥 无火源 自然通风要好 并应远离高温热源及油脂等污物 防水板搬运时严禁在地面拖拉 防水板铺设前 应全部检查防水板是否有变色 波纹 厚薄不均 斑点 刀痕 撕裂 小孔等缺陷 如果存在质量疑虑 要进行张拉试验 防水试验和焊缝抗拉强度试验 如发现防水板有裂纹 针孔等应立即修补好 膨胀螺栓安装孔位要严格控制方向和排列距离 避免安装时搭接困难 并且要尽量垂直岩壁 防水板接缝应与衬砌施工缝错开0 5 1m 对于避车洞处防水板的铺设 如成形不好 须用浆砌片石或模筑混凝土使其外观平顺后 方可铺设防水板 对于热合器不易焊接的部位用热风枪手工焊接 工作台面板及人员上下的梯子要稳固可靠 不得有裸露的尖钉及锋利器角物 83 操作时工作人员严禁吸烟 热焊机操作手必须经过培训 并且人员相对固定 7 防水层的保护防水层施工完成后 必须严加保护 否则极易损坏 导致防水质量下降乃至完全失效 故必须予以重视 任何材料 工具 在铺设时应尽量远离已铺好的地段堆放 不得穿带钉子的鞋在防水层上走动 对现场施工人员加强防水层保护意识教育 严禁损坏 在没设保护层处 如拱顶 侧墙 进行其他作业时不得破坏防水层 钢筋焊接作业时 防水板要用阻燃材料进行覆盖 避免焊火花损伤防水板 挡头板的支撑物在接触到塑料防水板处必须加设橡皮垫层 采用钢筋混凝土衬砌时 要对钢筋头部进行防护 避免损伤防水板 84 绑扎钢筋和安装模板及衬砌台车就位时 在钢筋保护层垫块外包土工布防止碰撞和刮破塑料板 在灌注二次衬砌混凝土时 振捣棒引起的对防水层的破坏不易发现 故二次衬砌模注混凝土施工时应特别注意 不得破坏防水层 浇筑时应有专人观察 发现损伤应立即修补 在灌注二次衬砌混凝土时 应在混凝土输送泵出口处设置防护板 防止混凝土直接冲击防水板 二次衬砌模注混凝土捣固时 避免让捣固器与防水板接触 插入式振动棒需变换其在混凝土中的位置时 应竖向缓慢拔出 不得在混凝土浇筑仓内平拖 二次衬砌中埋设的管料与防水板间距不小于5cm 以防止破损塑料防水板 85 5 4止水条施工止水条施工作业包括制作安装专用端头模板 混凝土浇筑 预留槽清理 固定止水条等环节 止水条构造位置图 86 1 水平施工缝水平施工缝施工在先浇筑砼初凝后 终凝前根据止水条的规格在砼基面中间压磨出一条平直 光滑槽 拆除混凝土模板后 凿毛施工缝 用钢丝刷清除界面上的浮碴 并涂2 5mm厚的水泥浆 待其表面干燥后 用配套的胶粘剂或水泥钉固定止水条 再浇注下一环混凝土 2 环向或竖向施工缝环向或竖向施工缝采用在端头模板中间固定木条或金属构件等 砼浇筑后形成凹槽 槽的深度为止水条厚度的一半 宽度为止水条宽度 然后进行清洗 在灌筑下循环混凝土之前 对预留槽进行清理 清除残渣 磨光槽壁 然后将止水条粘贴在槽中 然后模板台车定位 灌筑下一循环的混凝土 止水条安装示意图 87 3 施工控制要点 施工前 必须对止水条的宽度 厚度 直径 进行检查 确保其符合设计及标准要求 止水条安放前 必须对预留槽进行清理 清洗干净 排除杂物 止水条必须安装在预留槽内 安装时先在槽内涂抹一层氯丁胶粘剂 使其粘结牢固 并用水泥钉固定 水泥钉的间距不宜大于60cm 止水条安装应尽量安排在砼浇筑前3 5小时 如有困难提前安装应采取缓膨措施 但最长时间不得超过24小时 止水条安装时应顺槽拉紧嵌入 确保止水条与槽底密贴 不得有空隙 止水条接头处应重叠搭接后再粘接固定 沿施工缝形成闭合环路 其间不得留断点 振捣混凝土时 振捣棒不得接触止水条 88 4 带注浆孔遇水膨胀止水条施工 安装止水条界面的处理及止水条的固定方法同上 将止水条上的预留注浆连接管套入搭接的另一条止水条上连接三通上 根据所安装止水条的长度 约在30m处安装三通一处 三通的直线两端有一头插入止水条内 另一头插入注浆连接管内 丁字端头插入备用注浆管内 以备缝隙渗漏水时注浆 注浆连接管与三通连接件应粘结牢固 保证注浆管通畅 安装在三通上的备用注浆管 应引入衬砌内侧 89 带注浆孔止水条安装示意图 90 5 止水条安装质量检查 止水条的材质 性能及技术参数必须满足设计要求 止水条安装位置 接头连接应符合设计要求 止水条表面没有有开裂 缺胶等缺陷 无受潮提前膨胀现象 止水条与槽底密贴 没有空隙 91 5 5止水带施工作业二次衬砌的变形缝 施工缝处是隧道防水的薄弱环节 一般采用两种以上防水措施 在施工中应按照设计要求认真施做 常见设计有止水带的施工缝防水构造形式 图b施工缝外贴式和中埋式止水带防水复合构造形式示意图 图a施工缝外贴式止水带和止水条防水复合构造形式示意图 92 变形缝常用的构造形式 a变形缝中埋式止水带与外贴式止水带复合使用 b中埋式止水带 遇水膨胀止水条与嵌缝材料复合使用 93 1 外贴式止水带施工 位置确定外贴式止水带设置在衬砌结构施工缝 变形缝的外侧 施工时按设计要求先在需要安装止水带的位置放出安装线 基面处理对于直接设置在岩壁或初期支护找平层的外贴式止水带 设置的部位须预先用氯丁胶乳砂浆进行抹平处理 防水砂浆抹面的宽度应大于外止水带宽度20cm以上 对于设计有防水板的 则须对接缝处檫洗干净 止水带固定施工缝处设计有防水板的 如止水带材质与防水板相同 则采用双焊缝热焊机将止水带固定在防水板上 对于设计为橡胶止水带时 则采用粘接法将其与防水板连接 施工缝处设计没有防水板的 止水带采用粘接法固定在岩壁或初期支护找平层上 94 2 中埋式止水带施工沿衬砌环线每隔0 5 1 0m 在端头模板上钻一 12的钢筋孔 将制成的钢筋卡穿过挡头模板 内侧卡紧止水带一半 另一半止水带平靠在挡头板上 待混凝土凝固后拆除挡头板 将止水带拉直 然后弯钢筋卡紧止水带 其施作方法示意见图 中埋式止水带施工方法示意图 95 3 止水带施工控制要点 止水带埋设位置应准确 中间空心圆环与变形缝重合 中埋式止水带应固定在挡头模板上 先安装一端 浇筑混凝土时另一端应用箱型模板保护 固定时只能在止水带的允许部位上穿孔打洞 不得损坏止水带本体部分 固定止水带时 应防止止水带偏移 以免单侧缩短 影响止水效果 止水带定位时 应使其在界面部位保持平展 不得使橡胶止水带翻滚 扭结 如发现有扭结不展现象应及时进行调正 止水带的长度应根据施工要求事先向生产厂家定制 一环长 尽量避免接头 接头连接法如图示 96 止水带常用接头形式 97 橡胶止水带接头必须粘接良好 不应采用不加处理的 搭接 止水带粘接前应做好接头表面的清刷与打毛 接头处选在衬砌结构应力较小的部位 粘接可采用热硫化连接的方法 搭接长度不得小于10cm 焊接缝宽不小于50cm 冷接法应采用专用粘结剂 冷接法搭接长度不得小于20cm 设置止水带接头时 应尽量避开容易形成壁后积水的部位 宜留设在起拱线上下 在浇捣靠近止水带附近的混凝土时 应严格控制浇捣的冲击力 避免力量过大而刺破橡胶止水带 同时还必须充分震捣 保证混凝土与橡胶止水带的紧密结合 施工中如发现有破裂现象应及时修补 衬砌脱模后 若检查发现施工中有走模现象发生 致使止水带过分偏离中心 则应适当凿除或填补部分混凝土 对止水带进行纠偏 98 4 止水带施工质量检查 止水带的性能及技术参数必须满足设计要求 止水带安装的横向位置 用钢卷尺量测内模到止水带的距离 与设计位置相比 偏差不应超过5cm 止水带安装的纵向位置 通常止水带以施工缝或伸缩缝为中心两边对称 用钢卷尺检查 要求止水带偏离中心不能超过3cm 用角尺检查止水带与衬砌端头模板是否正交 否则会降低止水带的有效长度 99 止水带接头的检查 检查接头处上下止水带的压茬方向 此方向应以排水畅通 将水外引为正确方向 即上部止水带靠近围岩 下部止水带靠近隧道衬砌 接头强度检查 用手轻撕接头 观察接头强度和表面打毛情况 接头外观应平整光洁 抗拉伸强度不低于母材的80 不合格时重新焊接或粘接 100 5 6二次衬砌混凝土施工作业二次衬砌混凝土是隧道施工的最后一道工序 其质量的好坏将直接影响隧道工程最终的防水效果 二次衬砌混凝土抗渗等级不得低于P6 防水混凝土抗渗等级不得低于P8 施工配合比及其抗渗等级应符合设计要求 配比及抗渗等级应经过试配 试件检测后确定 101 5 6 1防水混凝土采用的材料要求防水混凝土施工材料技术要求 102 103 5 6 2混凝土制作防水混凝土拌和物必须采用微机控制计量的拌合机械搅拌 计量允许偏差 水泥 水 外加剂 掺合料为 1 砂 石为 2 搅拌时间不应小于2min 掺外加剂时 应根据外加剂的技术要求确定搅拌时间 防水混凝土应采用高频机械振捣密实 振捣时间宜为10 30s 以混凝土泛浆和不冒气泡为准 应避免漏振 欠振和超振 当掺加引气剂或引气型减水剂时 应采用高频插入式振捣器振捣 104 5 6 3防水混凝土施工质量检查标准 1 衬砌混凝土结构表面的裂缝宽度不应大于0 2mm 并不得贯通 2 钢筋混凝土二衬地段 必须用与衬砌混凝土相同配合比的细石混凝土或砂浆制作垫块 确保钢筋保护层的厚度符合设计要求 迎水面主筋保护层不小于50mm 105 5 6 4防水混凝土施工控制要点为避