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1、铁路隧道防水技术,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
2、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
3、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
4、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200788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
5、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
6、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
7、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
8、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12001500km的城市轨道交通，涉及大量隧道建设。,14,
9、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%，
10、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3070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11
11、2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
12、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（TB100032001）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
13、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
14、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，19611965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400600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
15、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、
16、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+245DK446+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
