严寒地区隧道防排水施工技术探讨

(中铁六局 呼和浩特铁建公司，内蒙古 呼和浩特 010050)
摘 要： 严寒地区隧道防排水是一项系统工程，严寒地区隧道防排水施工质量的好坏是 隧道综合评定的一项重要指标，直接影响隧道使用寿命及铁路运营安全。福生庄隧道地处内 蒙古地区，受冰冻灾害影响较大，对隧道防排水施工质量提出更高的要求。文章结合大包铁 路电气化改造工程福生庄隧道防排水施工实例，简要介绍了铁路隧道在严寒地区防排水施工 的一些具体做法。
关键词：严寒地区隧道；防排水；施工技术
中图分类号：U453.6  文献标识码：B  文章编号：1007—6921(2009)11—0083—04 

严寒地区隧道工程的防排水施工质量取决于众多因素，其中完全贯彻设计思想、精心施工是 搞好严寒地区隧道防水的关键。只有统筹设计、精细施工，严寒地区隧道的防水排水体系才 能做到完备而没有缺陷。采取有效的、可靠的防水材料和技术措施，规范施工工艺，严格卡 控施工全过程，对确保隧道防排水质量、延长隧道的使用寿命、确保隧道正常运营和安全起 着举足轻重的作用。现就大包铁路电气化改造工程福生庄隧道防排水施工技术做粗浅探讨， 并对一些重点工序进行分析研究，为今后在严寒地区隧道防排水施工起到一定的技术积累和 借鉴作用。
1 工程设计概况

福生庄隧道全长807m，起讫里程为DK572+520～DK573+327，是大包线电气化改造工程集宁至 呼和浩特段重点工程之—。除进口段19.7m位于R=1 000m的曲线上外，其余均位于直线上， 洞内线路坡度为8.4‰的单面下坡。

该隧道穿越大黑河右岸的山体，山体较为平缓，地形起伏不大，地面高程1 405～1 458m。 隧道进出口自然坡度30°～40°，植被不发育。隧道最大埋深46m。

隧道洞身主要通过地层为上第三系新统砾岩及第四系上更新统冲积粉土、细圆砾土。隧道所 处大地构造部位属华北地台，内蒙台隆的凉城断隆和阴山断隆的交界地段，受侵入岩体强大 挤压作用，山体岩层较破碎，岩体节理裂隙较发育。隧道围岩均为Ⅴ、Ⅳ级围岩， DK572+5 20～DK573+070段通过砾岩地层，泥质胶结，碎屑结构，具有弱膨胀性。

隧道区山势较缓，各大支沟已被辟为耕地，植被稀少，地表覆盖较薄，不便于地表水的排泄 。地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水，均受降水补给，地下水水量一般，水质良好对 圬工无侵蚀性，施工中应防止局部突然涌水的可能。

该隧道地处严寒地区，年平均气温2.9℃，最热月平均气温18.7℃，最冷月平均气温-15.6℃ 。年平均降水量394.7mm，年平均蒸发量1738.8mm。最大季节冻土深度为246cm。
2 隧道防排水施工要点

首先详细阅读设计文件，充分理解和深刻领会防排水设计意图和设计目的。按照“防、排、 截、堵结合，因地制宜，综合治理”的设计原则，结合其它隧道防排水施工的经验和教训， 除按设计布置排水设施外，还在地下水多的地段增设排水设施。按设计做好洞外“截”、“ 排”水，洞内施工排水，洞身复合式衬砌三道“防水屏障”。为防止运营后洞内水结冰而专 为严寒地区设置的洞内、洞口段深埋保温中心水沟，使水顺利排到洞外，达到隧道免受冰冻 灾害影响的目的。

福生庄隧道洞身复合式衬砌三道“防水屏障”为三层先后施作的隧道支护衬砌结构。即第一 道为隧道开挖前施作的超前小导管注浆、超前锚杆等超前支护与开挖后的喷锚支护构成的初 期支护结构；第二道为喷射混凝土基面上布设的软式透水盲管、盲沟，铺设的缓冲层和防水 板等组成的防水设施结构；第三道为具有抗渗性、耐久性、抗冻性的二次衬砌混凝土结构。

由全断面设置的防水设施，形成封闭环，将水流全部封闭在二次衬砌结构以外，集中从深埋 中心水沟排出，有效的实现了隧道的防排水目的。通过洞内外深埋保温中心水沟的设置，使 封闭在二次衬砌结构外的水流顺利的排出洞外，有效防止洞内、洞门口道床结冰而形成的线 路冻涨病害，确保行车安全。

为避免施工中出现“重主体，轻防水”的思想，施工前和施工过程中，定期对现场员工进行 防排水施工技术培训，使参与施工的全体员工都能够认真领会设计意图和设计目的，掌握防 排水施工技术、施工工艺的要领；开展教育培训，提高全员安全质量意识；实行逐级岗位责 任制，认真落实“三检”制，层层把关，严格过程控制，将质量隐患消灭在萌芽状态中。
3 隧道防排水施工
3.1 加强洞口及地表防排水

施工洞口前，在尽可能不破坏周围原地貌的前提下，按设计图纸及早修建了洞门顶部浆 砌“ 截”水沟，有效防止了雨水顺坡散流，冲刷边仰坡；对浅埋地段的隧顶冲沟槽及时进行了沟 心浆砌片石铺砌（隧道中心线上游30m、下游20m范围），防止开挖隧道过程中地表水渗漏。 在隧道进口开挖进洞时，在距洞口2m外设置横向盲沟一道，用以拦“截”路面水；将进口洞 口段侧沟按设计做成反坡排水，并一直顺到洞口路堑外的施工污水沉淀池内。
3.2 加强洞内施工排水

开挖进洞后，及时设置施工“排”水沟，在反坡开挖的一端安装排水管路设施并在掌子面附 近设置集水坑，用水泵及时将洞内积水排出洞外。

在施工过程中，派专人对施工给水管路进行检查和维修，防止施工给水管路的“跑、冒、漏 ”，造成洞内积水。
3.3 加强初期支护的防排水

采用TGP-206隧道超前地质预报仪和HY-303红外探测仪相结合，进行超前地质预报。根据超 前地质预报的资料，判断掌子面前方围岩的含水情况和开挖时的渗漏水情况。发现前方围岩 富含水、裂隙水较发育，开挖前及时对围岩进行了超前预注浆，尽可能将围岩裂隙水封“堵 ”在隧道开挖围岩外侧。
3.3.1 围岩注浆堵水原理
3.3.1.1 注浆是将注浆材料按一定的配比制成的浆液，通过高压注浆泵压入隧道围岩 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。
3.3.1.2 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。
3.3.1.3 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。
3.3.2 围岩注浆的作用
3.3.2.1 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。
3.3.2.2 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。
3.3.2.3 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。
3.3.3 抗渗喷射混凝土施工

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10～20 cm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。
3.3.4 做好引流管的施工

超前预注浆的围岩，开挖时如仍有水出漏，根据出漏情况作相应的引、排措施。当出漏水较 集中呈泉状时，设置树枝状软式排水管排水；当出漏水较分散时，在围岩内植入透水引流管 将水局部集中后，设置树枝状软式排水管排水。安装排水管与喷锚同步进行，边排水边喷射 混凝土。喷锚完成后，使开挖围岩面与喷射混凝土之间形成排水用的汇水孔，使围岩涌水、 渗漏水通过汇水孔、排水管等排水装置“引”到墙脚纵向软式透水管，再由引水管引排到隧 道排水沟内，使其形成永久性地下水排水设施。

经过上述处理，使围岩的大部分地下水通过排水设施排出洞外，喷混凝土后混凝土表面渗水 现象很少，能够起到一定的防水作用。
3.4 精细组织深埋保温中心排水沟的施工

洞内设置深埋中心水沟，每隔30m设置一处检查井。洞内水通过洞外深埋保温暗沟排离洞口 ，出水口采用圆包头式出水口。
3.4.1 深埋保温中心水沟安装

福生庄隧道深埋保温中心水沟采用预制钢筋混凝土圆管，内径D=50cm，每节长度为2.5m， 接头采用嵌口呈插式。

施工前，先用台钻在预制钢筋混凝土圆管按打孔，孔位在圆管拱顶中心线两侧各60°处，纵 向间距4m，梅花型布置。

在开挖好的基槽内灌注C25混凝土通长定位凹型基座，使水管顶部置于最大冻结深度线以下 ，排水管两端准确定位在两线间中心处（检查井外侧与线路轨枕枕端仅有7cm，准确定位极 其重要，稍有偏差将影响线路铺轨）。同时严格设置管底纵向坡度，杜绝出现反坡现象，避 免排水不畅造成於塞。圆管安装时，圆管壁上预钻的渗水孔定位在顶部两侧60°处，确保将 隧底围岩内的水引排到中心水沟内。

圆管承插接头内先塞油浸麻筋，圆管承插后挤压密贴，将承插接头缝隙用1∶2防水水泥砂浆 填塞紧密，严防接头漏水。钢筋混凝土圆管外侧夯填2.5～5.0cm卵石或碎石至仰拱混凝土底 部，夯填时两侧对称进行，防止管体单侧受压移位。
3.4.2 洞底面排水槽的施工

洞内隧底设置由两侧向中心2%的横向排水坡，两线中心设10～20cm宽、5cm深的中心排水槽 ，通过检查井在隧底预留的排水孔，将洞内隧底积水排入中心水沟内。施工时，每隔5m在两 侧边墙（电缆槽边）及两线中心设置标高点，准确挂线，灌注隧底混凝土后，按标高点进行 抹面。
3.4.3 检查井施工

检查井具有检查排除中心排水管管内淤塞、有效连通纵向中心排水沟和汇集边墙排水的重要 作用，施工质量直接影响隧道排水的施工质量。

首先要准确定位。检查井外侧与线路轨枕枕端仅有7cm，准确定位在两线间中心处极其重要 ，稍有偏差将影响线路铺轨。

在灌注井底混凝土前将基底夯实，灌注好的井底混凝土顶面要抹光且低于排水圆管底部20cm ，以便于清淤。

按设计要求布设隧底环向透水盲管。隧底环向透水盲管整体安装在仰拱底部，一端采用盲管 三通结构与隧道拱脚纵向透水盲管连接，另一端深入检查井内，将防水板外侧环向、纵向盲 管内的水引排到中心水沟内。 

灌注检查井井壁混凝土时，特别注意不能堵塞透水盲管，使透水盲管排水畅通。与隧底顶面 齐平处的井壁四面中心留φ5cm的透水孔，便于将道床内的积水排入中心水沟。井壁上按设 计预埋检查梯，便于检查人员上下进行清淤工作。

检查井设双层盖板。下层为浸油木盖板，上层为钢筋混凝土盖板；上、下层盖板间距为1.85 m，中间充填保温材料（泡沫聚苯板）进行保温处理。
3.4.4 圆包头出水口的施工

施工前清除圆包头出水口范围内的地面腐植土层，用M10浆砌片石铺砌30cm厚扇形铺底，水 泥砂浆抹平。水泥砂浆顶面与混凝土圆管管内侧顶面平齐，并按i≥5%向外顺坡。在水泥砂 浆抹面上码砌干砌片石，使其顶面与混凝土圆管顶面平齐。在码砌的干砌片石上面，外侧填 筑厚度为20cm的5～10cm碎石，碎石外侧填筑弃碴或土石2m（填料自下而上，粒径由粗到细 分层填筑）。土石方填筑完毕拮，外侧包砌30cm厚干砌片石，形成圆顺的包头出水口。在干 砌片石与扇形铺底接触处均匀设置五个20cm×20cm的泄水孔，这样使中心水沟内的水顺利泄 出，又可避免冷空气直接进入中心水沟而造成中心水沟内的水冻结，产生出水口堵水的不良 现象。
3.5 认真施作洞身防水结构设施

防排水施工以防水板阻水、透水盲管引流，排水沟排水为主，以超前预注浆堵水、锚喷混凝 土和衬砌混凝土致密防水为辅。

拱墙在衬砌背后环向设置Φ50mm软式透水盲管，间距6～12m，墙角纵向设置Φ80mm软式透水 盲管。纵环向盲管用盲管三通结构联接，使环向盲管内水汇集于纵向盲管，纵向盲管在拱脚 部位根据检查井位置直接引入中心深埋保温水沟检查井内，引排防水层背后的积水。

洞身环向施工缝设中埋止水带和外贴止水带两道防水措施，纵向施工缝设钢边橡胶止水带和 外贴止水带两道防水措施，变形缝设钢边橡胶止水带、外贴止水带以及防水嵌缝材料复合防 水措施。
3.5.1 排水盲管安装

防水层施作，在初期支护变形稳定后混凝土衬砌前进行。防水层施工前，对初期支护的质量 、喷射混凝土基面进行验收。防水层铺设前，基面要平顺，不得有尖突物，对初期支护喷锚 混凝土基面外露的锚杆头、钢筋头等尖硬物应进行切除，并用水泥砂浆抹平，对凸凹不平部 位应修凿、补喷，使表面平顺，凸凹不平部位高跨比不大于1/6，以保证喷射混凝土表面平 顺，符合铺挂防水板的要求。然后按设计要求设置环向Φ50盲管和纵向Φ80盲管，作好围岩 面的引水工作，在出水量较大的地段，加密环向透水管；纵环向盲管采用三通连接，并用塑 料锚固螺栓绑牢固定在喷混凝土面上，锚固间距50cm，防止盲管扭曲移位、纵向盲管驼腰造 成淤积堵塞。
3.5.2 无纺布缓冲层施工

无纺布铺设前，应先检查背面排水管安装是否符合设计要求。利用多功能作业台架（其高度 便于施工人员铺设防水设施作业，台架下方高度施工机械通过为宜），采用环向沿一侧边墙 底部向另一侧边墙底部整体铺设，纵搭接不小于12cm。根据防水板上扣带的距离，用橡胶垫圈衬垫射钉固定，间距纵向0.9m，环向1.0m，呈纵横式排列，以使防水板与衬垫连接时在环 向和纵向均有一定的松驰度，确保衬砌混凝土灌注后防水板与喷射混凝土面密贴。
3.5.3 防水板施工
3.5.3.1 防水板材料的选择

隧道采用EVA防水板作防水层，防水板厚度1.2mm，幅宽3.0m；内衬无纺布缓冲层,质量大于300g/m²，幅宽2.0m

EVA（乙烯-乙酸乙烯酯共聚物）新型高分子防水卷材，它除具有高抗拉强度、高不透水性、 高延伸率、耐老化、耐酸碱、抗撕裂以及良好的低温柔性等因素外，而且在隧道及地下结构 物中的预期使用寿命可达到100年以上；在现场施工中，其操作方便，搭接简单，没有危害 性，便于施工，有效保护施工人员健康；在成本方面，它与沥青油毡相近，比PVC防水卷材 约降低1/3左右。
3.5.3.2 防水板铺设前的准备

防水板铺设前，先检查防水板的质量是否符合设计要求。检查防水板有无断裂、变形、孔洞 等缺陷，对各种施工机具设备进行检查调试，同时，在地面上对防水板进行试焊、充气密闭 试验，并做好操作人员的岗前培训。
3.5.3.3 铺设防水板

防水板铺设时，将防水板卷材运进洞内，利用多功能作业台架吊起卷材，将整卷防水板沿环 向从拱部开始，两侧同时对称进行挂设展铺，按1.1～1.2∶1预留有一定的松驰量，用热合 器使防水板熔化与定设在无纺布上的橡胶垫圈衬垫粘结牢固。防水板在每一环环向上尽量不 要出现纵向搭接缝；防水板的长度，在购买订货时应根据隧道的断面尺寸定型订购加工。

防水板安装采用无钉铺设工艺，确保防水板接缝的双焊缝焊接质量和搭接宽度。有效焊缝宽 度不得小于2 cm，纵向搭接宽度不小于10 cm。焊接采用热楔无损焊接法，采用专用防水板 自动爬焊机沿铺设好的防水板接缝方向行走，将两块防水板之间搭接缝隙插入焊机热楔内， 待温度达到要求，搬动焊机加压手柄，焊机压轮滚动自动压紧防水板；焊机在前行时，热楔 自动将防水板表面熔合焊接。温度过低、焊接速度过快，将出现漏焊或假焊；温度过高、焊 接速度过慢，将会把防水板烤焦、熔穿。焊接速度、焊接温度根据防水板的材质通过现场试 验确定。做到焊缝严密，不允许有渗漏，做到焊缝完全符合规定标准，密贴无空缝。
防水板的搭接处与施工缝错开距离不小于50cm。

铺设好的防水板要避免爆破飞石砸坏、或其它物体刮伤；浇筑混凝土前确保防水板不破损、 扭曲。
3.5.3.4 防水板焊接质量检查及处理

在防水层铺设完毕后，拱墙二衬混凝土施工前，应对防水层的质量进行检查，以达到预期的 防水效果，具体检查方法主要有直观和双焊缝间充气试验。

直观检查：用手托起防水板，观察其是否与喷锚混凝土面密贴。检查防水板有无破损、断裂 地方。固定点是否牢固，外露之锚固点是否用塑料垫片焊接覆盖，焊缝有无烤焦、焊穿、假 焊和漏焊的地方，焊缝宽度是否标准。手焊缝、交叉点和破损修补处应用肉眼做100%的检查 ，合格的焊缝应均匀不起褶、不虚焊，焊接的焊缝其粘结应完全，且边缘用手撕不开。如发 现焊缝有气泡、折皱及翘边，用手能撕开，焊缝不饱满，应采取补焊措施。

双焊缝间充气试验：对机焊缝做5%的抽查，并不得少于3条焊缝。检查办法是随机抽取焊缝 ，将带有仪表的5号注射针扎入两道焊缝之间，用打气筒进行充气，压力表达到0.25MPa时停 止充气，持压15min，压力下降不大于10%以内，说明焊缝合格。如压力下降过快说明有渗 漏，用肥皂水涂在焊缝上，有气泡的地方重新补焊，直至不漏气为止。
3.5.3.5 衬砌模筑混凝土施工时防水层破损的检查与修补。在精心施工防水的同时，必须对下道工序二次衬砌模筑混凝土施工进行跟踪，如因二次衬砌 模筑混凝土施工造成防水板破损，应立即修补破损防水板。防水板如有小孔洞破损，用剪刀 取小块防水板，铺设于破损处用压焊器进行焊补；如破损面积较大，用比破损面积大的防水 板用电烙铁或塑料热风焊枪沿其周边焊接，对于焊补防水板缝采用放大镜肉眼检查。
3.5.4 止水带防水施工

在施工缝处环向安设背贴式止水带和中埋式橡胶止水带，纵向安设背贴式止水带和钢边橡胶 止水带。环向止水带长度按照轮廓尺寸并加上一定富余长度裁剪。背贴式止水带紧贴施工缝 外侧；中埋式止水带固定在挡头板上，埋设在断面中部；钢边止水带埋设在断面中部，埋入 一半，外露一半，不得翻滚、扭结。二次衬砌脱模后，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，必须适当凿除或填补部分混凝土，对止水带进行纠偏。
3.6 充分利用衬砌混凝土结构自防水能力

隧道衬砌采用P8抗渗等级的C30、C25耐久性混凝土。衬砌使用12m液压大模板整体衬砌台车 ，自动计量拌合站集中拌合混凝土，搅拌运输车运输，混凝土输送泵泵送入模，在仰拱超前 情况下，拱墙衬砌一次成型。
3.6.1 抗渗混凝土生产

首先在试验室选定配合比。配合比选定时，不但要考虑混凝土的强度，还要掺配适量的抗渗 剂、粉煤灰，使混凝土达到设计要求的抗渗等级和耐久性，电通量要达到规范要求。
3.6.2 衬砌混凝土灌注工艺

灌注衬砌混凝土时，左、右侧应分层、对称平衡施工，每浇注一层，采用插入式振捣器捣固 密实。每浇筑至一层作业窗口时，迅速关闭本层作业窗口，接泵管上升至上层作业窗口，直 至顶部作业窗口。为了便于拱圈封顶密实，台车顶部作业窗口上焊有3个封顶时压入混凝土 的管道。封顶时混凝土输送管与顶模中心封顶器连接，用输送泵直接加压把混凝土压入拱圈 顶，在拱顶堵头板最上部留一通气小管，当通气小管处有混凝土溢出时将其封闭，在输送泵 的工作压力升到正常工作压2倍时，停止加压，混凝土封顶施工完毕。
3.6.3 施工要点及注意事项
3.6.3.1 混凝土拌和时要按理论配合比严格计算施工配合比。
3.6.3.2 混凝土衬砌用输送泵作业，必须严格控制粗骨料粒径（最大料径宜于35mm以下 ）、水胶比、坍落度、含气量。
3.6.3.3 防水混凝土施工，每组一次灌筑完成，并现场制作足够的抗压强度试件。
3.6.3.4 施工中预留的施工缝要将接缝表面凿毛，清理杂质，用水冲洗干净，并保持湿 润，再铺上同配比水泥砂浆。
3.6.3.5 防水混凝土必须振捣密实，插入式振捣器插入间距不超过其有效半径的1.5倍 ，避免欠 振、漏振和过振现象，施工缝和预埋部位尤需注意振捣密实，要防止振捣器触及模板、防水 板、止水带及预埋件。
4 施工质量控制要点

①各种原材料必须达到有关技术标准，且性能稳定；②所有操作人员需经过专业培训，持证上岗；③严格按设计要求进行止水带的施工；④严格施工检查制度，层层把关，对施工每一细节都必须检查并做好记录，检查不合格者坚 决返工，不得进入下道工序；⑤对防水板的防护措施要得当。在割除拱部钢筋头时，对矮边墙基础已铺防水板要做防烧保 护，在绑扎钢筋时不得破坏防水板，在焊接钢筋时必须用石棉板遮挡防水板，在安装堵头模 板时要有防止损坏防水板的措施，灌注二次衬砌混凝土时，振捣棒不得接触防水板，在已施 工好的矮边墙上堆放料具时不要碰破防水板。
5 结束语

严寒地区隧道的防排水是目前设计和施工中的关键问题之一，以防为主的设计理念要通过合 理的施工组织及规范的施工工艺来实现。要做好严寒地区隧道防排水施工，必须从隧道施工 过程的每一道工序做起，超前小导管预注浆、初期支护、防水板铺设、二次防水衬砌、排水 设施的保温等每道工序的施工质量都对严寒地区隧道防排水效果产生很大的影响，施工中的 一点疏忽可能造成渗漏水隐患,从而产生线路冻涨病害。因此，每道工序的施工质量都要达 到设计预期的效果，才能使严寒地区隧道防排水工程质量有保证。只有多吸取以往隧道防水 的经验和教训，多考虑严寒地区的特点，使设计和施工充分结合，积极开展“新材料、新技 术、新工艺、新设备”的创新活动，才能保证严寒地区隧道防、排水施工技术的大发展。
［参考文献］
［1］ 中铁二局集团有限公司.铁路隧道施工规范［S］.北京：中国铁道出版社，200 2.
［2］ 中铁隧道集团有限公司.铁路隧道施工作业技术手册［M］.北京：中国铁道出 版社，2007.
［3］ 中铁一局集团有限公司.客运专线铁路隧道工程施工技术指南［M］.北京：中 国铁道出版社，2007.
［4］ 中铁二局集团有限公司.铁路隧道施工质量验收标准［M］.北京：中国铁道出 版社，2004.