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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。,6,1.3 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“
4、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。,7,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。,8,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
5、铺设。 三是耐久性防水混凝土，包括施工缝、沉降缝的处理。,9,（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
6、混凝土收缩时，防水板受到剪力，导致防水板损坏。,10,（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。,11,（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
7、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。,12,2 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
8、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。,13,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。国内的有关资料统计如下：,14,1972年我国铁道部工务局及基建总局对全国307
9、0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%。,15,1995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
10、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。,16,2.2 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
11、果仅用强度或位移准则进行判断是不合理的。,17,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。,18,2.5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
12、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。,19,（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
13、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。,20,（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
14、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710时，混凝土可能因不能承受温度应力而产生裂缝。,21,（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
15、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。,22,3 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。,23,不同防水等级的适用范围,24,3.2 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”
16、。 （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2005157号）的相关要求。,25,（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。,26,（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，
