铁路隧道防水技术

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31.1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。61.2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。71.3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。132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。172.2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。192.3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010020030230210050(47%)141(8%)1185(60%)128107(91%)(76%)开裂漏水结冰挤压膨胀病害隧道的数目根据病害类型划分的病害隧道的数目0隧道数目%21日本隧道病害发生的类型、频率与地质条件的关系0501001504.5%62.9%开裂4.2%4.3%61.5%漏水65.5%64.7%结冰12.9%9.5%8.6%14.1%9.2%7.0%16.9%23.1%15.4%11.2%4.5%n=13[11]n=98[85]n=142[128]n=116[187]挤压隆起[]表示隧道的实际数目,因为一些隧道划分为一种以上地质结构及一种以上病害类型第四纪火山土火熔结凝灰岩上第三纪凝灰岩、凝灰角烁岩、火山岩上第三纪沉积岩前上第三纪沉积岩深沉岩变质岩隧道数目：n22日本隧道病害发生的类型、频率与施工年代的关系050100150隧道数目：nn=11n=85n=128n=107挤压隆起开裂漏水结冰:～1960:1961～1965:1966～1970:1971～1975:1975～19869.1%54.5%18.2%8.4%18.2%9.6%43.4%16.9%21.7%13.5%34.9%24.6%19.0%8.0%14.0%34.7%25.2%16.8%6.6%23日本隧道病害发生的类型、频率与结冻指数范围的关系050100150n=11n=85n=128n=107挤压隆起开裂漏水结冰隧道数目：n200～400℃400～600800～1000600～8001000～120036.4%36.4%18.1%9.1%9.4%56.5%11.8%12.9%9.4%18.0%53.1%8.4%10.9%8.6%18.7%54.2%8.4%10.3%8.4%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%。252.4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1