运营铁路隧道水害整治

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1、万 德 友(铁道部工务 局 )【 提要 】 在我国铁路运营隧道中有不同程度水害的隧 道 约 占 70 % 。 隧 道 水 害 的 整 治 首 先 应 从 根 本 抓 起 ,重 视和提高隧道防水的设计和施 工 质 量 。 在 隧 道 维 修 实 际 工 作 中 形 成 的 行 之 有 效 的 治 理 原 则 是 ,截 、 堵 、 排相结合 ,因地制宜 ,综合整治 。【 关键词 】 隧道水害 综合整治 注浆 防水层水 是 隧 道 万 害 之 源 。 在 施 工 期 间 ,由 于 涌 水 导 致 施 工机 具 乃 至 坑 道 被 淹 ,给 施 工 带 来 极 大 的 困 难 。 运 营 中 的 隧

2、道 ,因 为 漏 水 、 涌 水 导 致 衬 砌 裂 损 ,隧 底 吊 空 ,铺 底 或 仰 拱 破 碎 ,道 床 翻 浆 冒 泥 ;寒 冷 地 区 的 隧 道 ,因 漏 水 冻 融 以 致 衬 砌 损 坏 ,结 冰 侵 限 ,危 及 行 车 安 全 ;岩 溶 发 育 地 区 的 隧 道 , 因 大 量 涌 水 涌 泥 淹 埋 线 路 ,中 断 运 输 。 而 且 ,长 大 越 岭 隧 道 ,一 般 水 量 较 大 ,危 害 也 甚 。 如 京 广 线 大 瑶 山 隧 道 、 南 岭 隧 道 ,襄 渝 线 大 巴 山 隧 道 ,贵 昆 线 梅 花 山 隧 道 ,浑 白 线 枫 叶 岭 隧 道

3、,京 原 线 驿 马 岭 隧 道 等 ,在 施 工 期 间 及 交 付 运 营 后 , 都 曾 发 生 过 严 重 水 害 。 因 此 ,重 视 隧 道 水 害 ,防 止 其 发 生 和 进 行 整 治 是 一 项 重 要 而 艰 巨 的 任 务 。 本 文 试 图 通 过 对 运 营 铁 路 隧 道 水 害 整 治 的 评 述 ,总 结 分 析 过 去 在 整 治 这 些 病 害 实 践 中 成 功 与 失 败 的 经 验 ,探 讨 存 在 的 问 题 与 解 决 这 些 问 题 的 途 径 。正 洞 ,导致隧道水害严重 ,长 期 限 速 运 行 。 施 工 质 量 不良是造成运营隧道水害的

4、 另 一 个 重 要 原 因 。 施 工 质 量 问 题表现在 ,隧道衬砌蜂窝 空 洞 较 多 ;铺 底 或 施 作 仰 拱 前 未认真清理 底 部 ,留 有 浮 碴 、 泥 沙 及 施 工 用 杂 物 ; 施 工 缝 、 伸缩 缝 、 沉 降 缝 “三 缝 ”未 按 要 求 设 置 柔 性 嵌 缝 膏 、 弹性材 料 或 橡 胶 止 水 带 等 , 甚 至 不 认 真 用 沙 浆 填 塞 ,导致 “十缝九漏 ”。 还由 于 使 用 年 久 的 隧 道 ,防 排 水 设施失效 ,未及时修复 ,造成水害加剧 。2 整治运营隧道漏水的基本方法多 年以来 ,广 大 的 工 务 职 工 在 隧 道 水

5、 害 整 治 中 积 累 了丰富的 经 验 ,创 造 了 很 多 行 之 有 效 的 方 法 。 归 纳 起 来就是 :截 、 堵 、 排 相 结 合 , 因 地 制 宜 , 综 合 整 治 。 其 常用的基本方法是 :211 加强地表及地下水的疏排(1) 对地 表 水 丰 富 的 浅 埋 隧 道 , 当 地 表 沟 谷 坑 洼 积水 、 渗水对隧道有影响时 ,用 疏 导 积 水 、 填 平 沟 谷 、 砌 沟 排水等措施 ,使洞顶地表 形 成 良 好 的 排 水 系 统 ,不 使 洞顶的地表水流入或渗入 隧 道 。 洞 口 仰 坡 设 截 水 沟 和 排水沟 ,并保持良好状态 。(2) 对地

6、 下 水 丰 富 , 隧 道 内 无 排 水 沟 或 排 水 沟 深 度 不足而导致隧底积水的 ,应 增 设 水 沟 ,将 单 侧 沟 改 为 双 侧沟 ,加深侧 沟 或 采 取 设 置 密 井 暗 管 加 深 水 沟 等 措 施 。 既有隧道侧 沟 沟 底 位 于 基 床 底 面 以 上 , 排 水 沟 只 能 排除基底以 上 衬 砌 的 渗 漏 水 ,隧 道 底 部 的 地 下 水 排 不 出去 ,积 聚 在 基 底 以 下 。 在 列 车 动 荷 载 作 用 下 基 底 软化 , 沟 墙 开 裂 或 倾 倒 , 铺 底 或 仰 拱 破 碎 , 道 床 翻 浆 。 实 践证明 ,消除 这

7、一 病 害 有 效 的 方 法 是 将 侧 沟 加 深 至 轨 面以下 115 m左 右 ,排 除 基 底 以 下 的 积 水 ,以 保 持 隧 底干燥和稳定 。(3) 增 设 或 疏 通 平 行 导 洞 。 当 长 大 隧 道 , 仅 靠 隧 道 内排水 沟 不 能 将 流 入 隧 道 的 地 表 水 及 地 下 水 排 出 13 1 运营隧道水害概况与成因分析据统计 ,截止 1998 年底我国运营铁路有隧道 5 000余 座 , 总 延 长 2 500 余 km , 其 中 有 水 害 的 隧 道 约 占70 % ,水害严重 导 致 状 态 失 格 的 有 1 362 座 , 占 运 营

8、隧 道总数的 30 %以上 。我国铁路运营 隧 道 水 害 所 以 如 此 严 重 , 主 要 原 因 是 设计问题 。 隧道 是 永 久 建 筑 物 ,设 计 基 准 期 为 80100 年 ,质量良好的隧道运营初期是不应有水害的 。 隧 道 勘测中地质钻孔较少 ,工 程 及 水 文 地 质 资 料 不 足 ,对 隧 道通过的断层带 、 破碎带 的 位 置 判 断 不 准 ,设 计 中 大 都 套用定型 图 ,缺 乏 针 对 性 的 加 强 设 计 。 因 此 尽 管 隧 道 富水地层只 是 部 分 地 段 ,但 处 理 不 当 也 会 对 整 座 隧 道 带来危害 。 在 隧 道 富 水

9、地 段 , 在 衬 砌 背 后 没 有 设 置 环 向及纵向疏水盲沟 ,寒冷 地 区 的 隧 道 ,缺 少 完 善 的 保 温 设施 ,如成昆 线 沙 木 拉 达 隧 道 、 贵 昆 线 梅 花 山 隧 道 , 施 工时都有水平导洞 ,均没 考 虑 利 用 作 为 运 营 排 水 ,相 反 隧道交付运营后水平导洞 因 未 衬 砌 而 坍 塌 积 水 倒 灌铁 道 建 筑 2000 年 第 12 期时 ,往往引起水漫道床 ,中 断 行 车 。 如 贵 昆 线 梅 花 山 隧道 、 果纳隧道 ,京原线平行 关 隧 道 这 种 情 况 都 曾 多 次 发 生 ,这时一般都采用增设或疏通平行导洞的方法

10、 。(4) 增设防寒泄水 洞 是 整 治 寒 冷 地 区 隧 道 水 害 的 有 效方法 。 寒冷 地 区 的 隧 道 ,衬 砌 后 的 地 下 水 渗 漏 到 隧 道中 ,冻结成 冰 ,悬 挂 在 拱 部 成 冰 溜 , 贴 附 在 边 墙 成 冰 柱 ,积聚 在 道 床 上 成 冰 丘 , 都 可 能 侵 限 危 及 行 车 安 全 ,而且由于结 冰 冻 胀 , 导 致 衬 砌 裂 损 、 脱 落 。 嫩 林 线 的 岭顶隧道 、 兰 新 线 乌 鞘 岭 隧 道 、 京 原 线 平 行 关 隧 道 , 都曾因上述原因中断行车 。 为 消 除 其 病 害 增 设 了 泄 水 洞 ,泄水洞设在

11、最大冻结线 以 下 ,以 竖 向 排 水 沟 与 衬 砌 背 后相连 ,并在泄水洞边墙 及 洞 顶 向 围 岩 打 潜 水 孔 ,以 利疏排围岩中的裂隙水 。212 注浆堵水对 注浆材料总的要求是 : 可 灌 性 好 ; 凝 结 时 间 可 控制 ,固化最 好 是 突 变 的 ; 固 化 体 强 度 高 、 抗 渗 性 好 、 粘结力强 、 微 膨 胀 、 耐 久 性 好 ; 材 料 来 源 广 , 价 格 便宜 ; 施工工艺简便 ; 无毒 ,对环境无污染 。(1) 向衬砌背后围岩 或 回 填 层 注 浆 。 一 般 使 用 普 通 水泥净浆 或 砂 浆 。 普 通 水 泥 净 浆 或 砂 浆

12、 原 料 丰 富 , 价 格低廉 ,且结 硬 强 度 高 ,耐 久 性 好 , 但 是 普 通 水 泥 浆 初 凝时间长 ,且 难 以 准 确 控 制 , 易 造 成 浆 液 流 失 , 早 期 强 度低 ,强度增长慢 ,易沉 淀 析 水 。 因 此 使 用 时 必 须 加 入 速凝剂 、 膨胀 剂 、 减 水 剂 等 使 普 通 水 泥 浆 具 有 快 凝 、 早强 、 微膨胀的性能 。(2) 向 衬 砌 内 部 注 浆 。 衬 砌 内 部 空 洞 、 裂 纹 与 围 岩 裂隙及 回 填 层 相 比 要 小 得 多 , 一 般 采 用 超 细 水 泥 。 超 细水泥的比表面 积 为 8 00

13、0 9 000 cm2 / g ,最 大 粒 径 为 20 m ,可 渗 入 渗 透 系 数 10 - 3 10 - 4 cm/ s 的 细 砂 或 裂 隙宽度大于 0105 mm 的缝隙中 。 而普通水泥的比表 面积为 3 000 3 200 cm2 / g ,最大 粒 径 为 90 m ,只 能 渗 入渗透系数大于 5 10 - 4 cm/ s的 粗 砂 或 裂 隙 宽 度 大 于016 mm的缝隙 中 。 超 细 水 泥 的 可 灌 性 与 化 学 浆 液 相 近 ,无毒 、 无污染 、 结 硬 强 度 高 、 耐 久 性 好 , 是 衬 砌 内 部 注浆的理想材料 。(3) 向 基 底

14、 注 浆 。 一 般 在 行 车 间 隔 内 进 行 , 要 求 注浆材料必须具有快凝 、 早 强 、 高 强 、 微 膨 胀 的 性 能 ,而 且耐久性好 。 注 浆 材 料 曾 使 用 过 水 泥 水 玻 璃 混 合 液 , 可 灌性好 、 早期 效 果 也 好 ,但 是 水 玻 璃 的 耐 久 性 差 , 不久病害重新出现 。 1996 年广铁 (集团 ) 公司在南岭隧 道 整 治隧底病 害 时 ,成 功 地 使 用 了 双 快 水 泥 注 浆 。 双 快 水 泥注浆必须 随 着 气 温 的 高 低 掺 加 缓 凝 剂 ,工 艺 比 较 复 杂 。 1998 年在大瑶 山 隧 道 基 床

15、 病 害 整 治 时 ,又 成 功 地 应用了 GRM 水 泥 注 浆 ,该 水 泥 初 凝 13 15 min ,终 14 凝 16 18 min , 具 有 充 分 的 操 作 时 间 , 可 灌 性 好(15 min以 内 净 浆 流 动 度 260 mm) ,从 初 凝 到 终 凝 基 本 上是突 变 的 , 具 有 微 膨 胀 性 能 。 灌 浆 结 束 后 30 min 结 硬 强 度 达 到 8M Pa 以 上 ,28d 抗 压 强 度 大 于 50M Pa , 这是向基底注浆的首选材料 。213 增设内防水层新建隧道衬砌防水一般采 用 防 水 混 凝 土 或 外 贴 式 防 水

16、层 。 由于认为灌注防水 混 凝 土 不 易 达 到 要 求 而 较 少 采用 ,因 此 绝 大 部 分 隧 道 防 水 采 用 外 贴 式 防 水 层 。 然 而运营隧道 发 生 水 害 ,增 设 外 贴 式 防 水 层 几 乎 不 可 能 ,因此通 常 增 设 内 防 水 层 。 内 防 水 层 虽 然 不 能 阻 止 水 流进入衬 砌 内 ,但 可 阻 止 水 流 进 入 隧 道 内 。 当 水 停 止 在衬砌内流 动 ,衬 砌 内 的 孔 洞 可 能 因 碳 酸 钙 沉 积 而 有一定程度的愈合 。设内防水层是比较经济 的 。 增 设 内 防 水 层 的 方 式 有三种 :一是刷涂 ,二是刮压 ,三是喷涂 。(1) 刷涂内防水层 。 用于 刷 涂 内 防 水 层 的 材 料 主 要 有橡胶沥 青 或 橡 胶 水 泥 、 焦 油 聚 氨 酯 、 优 止 水 ( 优 防 水 ) 、 赛柏 斯 等 。 橡 胶 沥 青 或 橡 胶 水 泥 是 由 橡