高速鐵路隧道防排水技術(shù)

1、西成鐵路客運(yùn)專線TJ-8標(biāo)隧道防排水施工 西成客專十工區(qū)-陳其達(dá)一、一、隧道防排水施工概述隧道防排水施工概述隧道防排水基本情況隧道防排水基本情況 我國(guó)鐵路隧道，已規(guī)劃設(shè)計(jì)、即將開工建設(shè)的鐵路隧道超過(guò)5 000座，總長(zhǎng)超過(guò)9 000 km。而隧道防水問(wèn)題一直是困擾鐵路建設(shè)的難題。高速鐵路對(duì)隧道防水要求非常嚴(yán)格，防水等級(jí)為地下工程防水技術(shù)規(guī)范(GB50108-2008)規(guī)定的一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)。即二次襯砌不允許滲水、二次襯砌表面無(wú)濕漬。隧道防排水防水排水初期支護(hù)砼防水板、土工布止水帶、止水條二次襯砌砼注漿縱、環(huán)向盲溝及附屬邊溝水溝中心水溝洞內(nèi)洞外洞外排水系統(tǒng)帷幕注漿全斷面預(yù)注漿回填注漿周邊小導(dǎo)管預(yù)注漿徑

2、向注漿二、防排水設(shè)計(jì)原則二、防排水設(shè)計(jì)原則一、防水設(shè)計(jì)原則 1 隧道防排水遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理，保護(hù)環(huán)境”的原則，采取切實(shí)可靠的措施，已達(dá)到防水可靠、排水通暢、經(jīng)濟(jì)合理的目的。 2 隧道防排水應(yīng)對(duì)地表水和地下水作妥善處理。洞內(nèi)排水應(yīng)滿足道床、人員行走面、線纜溝槽無(wú)滯水的要求，洞外排水系統(tǒng)完整，保證隧道結(jié)構(gòu)和設(shè)備正常使用和行車安全。一、防水設(shè)計(jì)原則 3 隧道防水盡可能加強(qiáng)初期支護(hù)防水，以襯砌結(jié)構(gòu)自防水為主題，以防水層防水，施工縫、變形縫防水為重點(diǎn)。二、排水設(shè)計(jì)原則 1 對(duì)水資源有嚴(yán)格要求的隧道，防排水采取“以堵為主、限量排放”的原則。 2 時(shí)速350公里的隧道洞內(nèi)設(shè)置雙

3、側(cè)排水溝加中心排水溝，襯砌背后設(shè)置環(huán)向、縱向盲溝，將襯砌外地下水引入洞內(nèi)側(cè)溝，經(jīng)側(cè)溝的匯集和沉淀后再由側(cè)溝和中心水溝排出洞外。二、二、隧道防排水措施隧道防排水措施超前注漿堵水超前注漿堵水 防水工程措施 隧道防水工程措施包括圍巖注漿堵水、初支噴混凝土防水、防水層防水、兩縫防水、二襯自防水、拱頂充填注漿防水等。 一 、注漿堵水 注漿堵水主要適用于大的富水?dāng)鄬悠扑閹?、地下水發(fā)育可能引起大量地下水流失的隧道段落。富水地段的照片突泥涌水的照片突泥涌水的照片隧道注漿堵水措施 1、注漿的目的 注漿就是在一定的壓力下，將可凝固的液體壓入地層中，充填凝固，從而達(dá)到改良地層性能，降低地層的含水量、空隙率和滲透系數(shù)

4、，提高地層強(qiáng)度和整體性，起到加固、堵水的目的。 2、注漿的原理 漿液注入土體的過(guò)程，一般總是先滲透，當(dāng)通道被阻，漿液滲透困難，即對(duì)周圍地層進(jìn)行壓密，當(dāng)壓力繼續(xù)升高，在土體中產(chǎn)生劈裂現(xiàn)象，漿液順裂縫進(jìn)一步擴(kuò)散。滲透、壓密和劈裂互相影響、互相補(bǔ)充。幾種注漿方案的特點(diǎn) 全斷面預(yù)注漿 1、加固隧道前方核心區(qū)及輪廓線外約38m范圍內(nèi)的圍巖，防止地下水、泥等從隧道周邊和掌子面突入隧道內(nèi)，并加固隧道圍巖； 2、每循環(huán)加固段長(zhǎng) (1550m）、掘進(jìn)時(shí)必須保留止水巖盤的厚度，一般為58m。鉆孔和注漿量大、作業(yè)周期長(zhǎng)；注漿時(shí)，工作面其他作業(yè)無(wú)法進(jìn)行。 3、一般需設(shè)置專門的混凝土止?jié){墻，以抵抗?jié){液壓力和水壓力； 4

5、、通常采用分段前進(jìn)式注漿，也有利用鉆桿采用后退式注漿的，還有全孔一次性注漿。注漿順序一般是從外圈到內(nèi)圈依次進(jìn)行。幾種注漿方案的特點(diǎn) 周邊帷幕預(yù)注漿 1、以加固隧道待開挖段周邊的巖體，防止巖體從隧道上方坍塌為主。 2、每循環(huán)加固長(zhǎng)度1550m，注漿時(shí)，掌子面其他作業(yè)停止。 3、通常采用分段前進(jìn)式或分段后退式注漿，條件允許時(shí)采用全孔一次性注漿，多圈孔時(shí)，先注外圈孔，再注內(nèi)圈孔，最后依次注中間圈孔。幾種注漿方案的特點(diǎn) 周邊小導(dǎo)管預(yù)注漿 1、周邊預(yù)注漿的一種特殊型式，在注漿孔中安設(shè)小導(dǎo)管，導(dǎo)管與支護(hù)鋼架連接在一起，注漿加固的同時(shí)起到管棚的作用。 2、注漿孔一般沿掌子面周邊輪廓線鉆設(shè)，外插角1015，鉆

6、設(shè)深度視具體情況合理確定，宜為36m。幾種注漿方案的特點(diǎn) 徑向注漿 1、隧道開挖后，洞壁滲漏水較大時(shí)，或支護(hù)后圍巖軟弱，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大時(shí)，通過(guò)徑向注漿達(dá)到堵水減排和加固圍巖、限制變形的目的。 2、根據(jù)加固厚度，鉆孔可采用氣腿式風(fēng)鉆（5m以下）或風(fēng)動(dòng)潛孔鉆機(jī)（510m），隧道底部也可采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔。徑向注漿時(shí)，前方工作面仍可平行作業(yè)。 3、通常采用全孔一次性注漿，分序加密進(jìn)行。注漿設(shè)備單液注漿泵單液注漿泵化學(xué)注漿泵化學(xué)注漿泵 砂漿泵砂漿泵攪拌機(jī)攪拌機(jī)注漿現(xiàn)場(chǎng)照片注漿現(xiàn)場(chǎng)照片二、二、隧道防排水措施隧道防排水措施初期支護(hù)防水初期支護(hù)防水 二、初支噴混凝土防水 噴混凝土作為防水層是被國(guó)際隧協(xié)所提倡

7、的，但這種觀點(diǎn)在國(guó)內(nèi)尚未被廣泛接受和利用。噴射混凝土層施作質(zhì)量和防水效果受圍巖開挖、施作工藝及目前業(yè)內(nèi)施工現(xiàn)狀影響很大，要在初期支護(hù)階段把防水做好有一定的難度，但作為復(fù)合式襯砌的最外層支護(hù)及第一道防水屏障，其在整個(gè)隧道防水體系中起著重要的作用，但現(xiàn)行設(shè)計(jì)多數(shù)未從防水的角度做針對(duì)性的設(shè)計(jì)。 二、初支噴混凝土防水 提高噴混凝土的防水質(zhì)量，主要有以下幾點(diǎn)。 1 對(duì)圍巖基面進(jìn)行處理：包括對(duì)松散危石清理加固和對(duì)圍巖滲漏水的注漿堵漏、引排等。 2 對(duì)噴混凝土和圍巖不完全密貼的處理：主要存在于鋼架密集地段，對(duì)此主要依托于施工工藝和現(xiàn)場(chǎng)施工管理，必要時(shí)可通過(guò)圍巖補(bǔ)注漿措施解決。(初期支護(hù)背后注漿） 3 對(duì)噴混

8、凝土材料本身的要求：包括合理調(diào)整配合比及對(duì)其有效的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。提高噴混凝土本身的抗?jié)B性和減少裂紋，并在出現(xiàn)裂紋后及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)噴。二、二、隧道防排水措施隧道防排水措施防水層防水防水層防水 三、防水層防水 隧道復(fù)合式襯砌中的防水層是隧道防水技術(shù)的核心，對(duì)確保隧道防水功能起著決定性的作用。 隧道在初期支護(hù)與二次襯砌之間拱部及邊墻部位均鋪設(shè)EVA塑料防水板和土工布，但從已建成的隧道來(lái)看仍進(jìn)行了大量的滲漏水整治。由于防水板是整座隧道拱墻通設(shè)，理論上講，不應(yīng)該有滲水，但大量出現(xiàn)滲水，主要是防水板有破損或焊接沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求造成的。 分區(qū)防水 原理：在復(fù)合式襯砌防水設(shè)計(jì)中，假定防水板在施工中破壞，為了限制滲漏水

9、的范圍，用分艙的方法將整個(gè)隧道防水分為許多小塊區(qū)域，采用背貼式止水帶與防水板熱風(fēng)密實(shí)焊接進(jìn)行分區(qū)，同時(shí)將背貼式止水帶安裝在施工縫(或變形縫)的位置上，既可以形成二襯分區(qū)防水，又可以保護(hù)施工縫處的防水板，并使施工縫處增加了一道有效的防水線。這樣，一旦某個(gè)區(qū)域發(fā)生防水板破壞而漏水，不會(huì)因“竄流”而影響其他分區(qū)。同時(shí)在每個(gè)分區(qū)內(nèi)預(yù)先設(shè)置注漿管，可針對(duì)漏水的分區(qū)進(jìn)行注漿修補(bǔ)。 思考：與其想辦法進(jìn)行滲漏水的整治，不如從源頭抓起，確保防水板在施工中不被破環(huán)或少被破壞及確保防水板的焊接質(zhì)量，通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理來(lái)實(shí)現(xiàn)，相比隧道建成后，反復(fù)治理反復(fù)漏水要強(qiáng)的多。 防水板 防水板采用EVA型（乙烯-醋酸乙烯共聚

10、物）或ECB型（乙烯-醋酸乙烯與瀝青共聚物），防水板生產(chǎn)用原材料不得使用再生料 。 防水板表面形狀：光面型和表面有凸點(diǎn)的立體型。 防水板和土工布應(yīng)分離設(shè)置。（建技【2010】13號(hào)）作用防水板作用： 防滲 土工布作用： 緩沖 隔離 排水通道規(guī)格及性能要求 幅寬宜為24米。 厚度不小于1.5mm、2mm、2.5mm、3mm。 性能良好（耐刺穿性、阻燃性、耐久性、耐水性、耐腐蝕性、耐菌性）防水板的物理力學(xué)性能序號(hào)項(xiàng)目指標(biāo)EVAECB1斷裂拉伸強(qiáng)度/MPa 18172扯斷伸長(zhǎng)率/% 6506003撕裂強(qiáng)度/kN/m 100954不透水性/0.3MPa/24h無(wú)滲漏無(wú)滲漏5低溫彎折性/ -35（無(wú)裂縫

11、）-35（無(wú)裂縫）6加熱伸縮量，mm延伸 22收縮 667熱空氣老化(80168h)斷裂拉伸強(qiáng)度/MPa 1614扯斷伸長(zhǎng)率/% 6005508耐堿性飽和Ca(OH)2 溶液168h斷裂拉伸強(qiáng)度/MPa 1716扯斷伸長(zhǎng)率/% 6006009人工候化斷裂拉伸強(qiáng)度保持率/%8080扯斷伸長(zhǎng)率保持率/% 707010刺破強(qiáng)度/N1.5mm3003002.0mm400400 外觀質(zhì)量 防水板宜選用高分子材料，在規(guī)格確定的長(zhǎng)度內(nèi)不允許有接頭。 防水板表面應(yīng)平整、邊緣整齊，無(wú)裂紋、機(jī)械損傷、折痕、孔洞、氣泡、及異常粘著部分等影響使用的缺陷。 防水板外觀顏色應(yīng)為材料本色，不得添加顏料和填料，特殊要求除外。

12、 在不影響使用的條件下，防水板表面凹痕，深度不得超過(guò)厚度的5%。 防水板的規(guī)格尺寸及允許偏差項(xiàng)目厚度（mm）寬度（m）長(zhǎng)度（m）規(guī)格1.5mm，2.0mm，2.5mm,3.0mm2.0，3.0，4.020以上平均偏差不允許出現(xiàn)負(fù)值不允許出現(xiàn)負(fù)值不允許出現(xiàn)負(fù)值極限偏差（%）-5-1/基面處理 鋪設(shè)防水板之前對(duì)基面（初期支護(hù)表面）的滲漏水、外露突出物及表面凹凸不平處進(jìn)行檢查處理（施工時(shí)必檢）。 1 滲漏水處采用排水管引排或封堵。 2 對(duì)于基面外露的錨桿頭、鋼管頭、鋼筋頭等突出物予以切除后妥善處理。 防水板鋪設(shè)前應(yīng)對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行驗(yàn)收， 用射釘將熱塑性墊圈和緩沖層平順地固定在基面上，固定點(diǎn)間距拱部0.

13、50.8m，邊墻0.81m，底部11.5m，梅花型布置上下左右成行，凹凸較大處增設(shè)。熱熔墊圈布置圖防水板鋪設(shè)照片 無(wú)紡布搭接寬度不小于5公分。 無(wú)紡布一般僅設(shè)置環(huán)向接縫，長(zhǎng)度不足搭接時(shí)，用下部的無(wú)紡布?jí)壕o上部的無(wú)紡布。防水板施工 防水板鋪設(shè)采用無(wú)釘鋪設(shè)工藝，采用自上向下的順序鋪設(shè)，松緊應(yīng)適度并留有余量（實(shí)鋪長(zhǎng)度與弧長(zhǎng)的比值為10:8）,檢查時(shí)要保證防水板全部面積均能抵到圍巖。 防水板的拼接應(yīng)采用雙焊縫工藝，焊接接縫處必須擦洗干凈。 鋪設(shè)時(shí)，先拱后墻，下部防水板應(yīng)壓住上部防水板。 防水板鋪貼平整順直，搭接寬度不小于150mm。防水板搭接縫與施工縫錯(cuò)開距離50cm。防水板施工 防水板之間的搭接采用

14、雙焊縫、用具有調(diào)溫、調(diào)速熱功能的楔式自動(dòng)爬行式熱合機(jī)熱熔焊接，細(xì)部處理或修補(bǔ)采用手持焊槍，單條焊縫的焊接寬度不應(yīng)小于15mm，焊縫嚴(yán)密，不得焊焦焊穿。 防水卷材縱向搭接與環(huán)向搭接處，除按正常施工外，再覆蓋一層同類材料的防水卷材，用熱焊焊接。 三層以上塑料防水板的搭接形式必須是T形接頭。 在焊縫搭接的部位焊縫必須錯(cuò)開，不允許有三層以上的接縫重疊。焊縫搭接處必須用刀刮成緩角后拼接，使其不出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái) 防水板保護(hù) 1 已鋪設(shè)好的防水板地段嚴(yán)禁 采用爆破法處理欠挖。 2 擋頭板的支撐物在接觸到防水板處必須假設(shè)襯墊。 3鋼筋保護(hù)層外側(cè)墊塊墊土工布防止破壞防水板。 4 焊接作業(yè)時(shí)用阻燃材料對(duì)防水板遮擋，避免焊

15、接火花損傷防水板。（必要時(shí)在臺(tái)車配置高壓水槍） 5 澆筑混凝土?xí)r避免混凝土沖擊防水板，必要時(shí)設(shè)置防護(hù)板。 6 搗鼓時(shí)，避免振搗器直接與防水板接觸。 7禁止尖銳物倚靠已鋪設(shè)的防水板。防水板質(zhì)量檢查1 目測(cè)檢驗(yàn)： 用手將已固定好的防水板上托或擠壓，檢查其與基面的密貼程度及預(yù)留量；防水板有無(wú)焊焦、焊穿、假焊和漏焊現(xiàn)象； 用尺量焊縫寬度和固定點(diǎn)的間距是否符合設(shè)計(jì)要求；檢查焊縫是否均勻連續(xù)，表面平整光滑，有無(wú)波形斷面。防水板質(zhì)量檢查2 充氣檢查（密封性檢查）頻率：隨機(jī)抽樣法，每襯砌循環(huán)環(huán)向2條縫，縱向1條縫。儀器：檢漏儀標(biāo)準(zhǔn)：將5號(hào)注射針與壓力表相接，然后進(jìn)行充氣，當(dāng)壓力表達(dá)到規(guī)定壓力（0.25MPa）

16、時(shí)停止充氣，保持10min以上，若壓力下降10%以內(nèi)，說(shuō)明焊縫合格。（質(zhì)檢工程師負(fù)責(zé)實(shí)施）防水板焊縫檢測(cè)照片盲管鋪設(shè)盲管鋪設(shè) 在環(huán)向每隔6-10m鋪設(shè)50盲管,滲水嚴(yán)重處加密鋪設(shè),沿隧道縱向方向墻腳處每12-20m鋪設(shè)80盲管, 接到水溝內(nèi)用以引排水.環(huán)向、縱向盲管鋪設(shè)示意圖縱向盲管安裝易出現(xiàn)的問(wèn)題二、二、隧道防水措施隧道防水措施施工縫、變形縫防水施工縫、變形縫防水 施工縫、變形縫防水 施工縫、變形縫是隧道防水的薄弱環(huán)節(jié)，也是隧道中最易發(fā)生滲漏的地方。隧道襯砌施工縫處理不好，不僅造成襯砌混凝土裂縫及洞內(nèi)漏水，嚴(yán)重影響隧道正常使用和行車安全。 施工縫 環(huán)向施工縫：拱墻采用背貼式橡膠止水帶采用背貼

17、式橡膠止水帶+中埋式橡膠止中埋式橡膠止水帶水帶進(jìn)行防水處理。背貼式止水帶中埋式止水帶 橡膠止水帶的物理力學(xué)性能序號(hào)項(xiàng) 目變形縫施工縫1硬度（邵爾A）度6056052拉伸強(qiáng)度（MPa） 15123扯斷伸長(zhǎng)率（） 4504504壓縮永久變形（）7024h 303023168h 20205撕裂強(qiáng)度（kN/m） 30256脆性溫度（） 45457熱空氣老化70168h硬度變化（邵爾A）度 66拉伸強(qiáng)度（MPa） 1210扯斷伸長(zhǎng)率（%） 4004008耐堿水氫氧化鈣飽和溶液23168h硬度變化（邵爾A）度 66拉伸強(qiáng)度（MPa） 1210扯斷伸長(zhǎng)率（%） 4004009臭氧老化50pphm：20%,，

18、40，48h無(wú)龜裂無(wú)龜裂10*橡膠與金屬粘合R型破壞施工縫環(huán)向施工縫：拱墻采用背貼式采用背貼式橡膠止水帶橡膠止水帶+中埋式橡膠止水帶中埋式橡膠止水帶進(jìn)行防水處理。 中埋式止水帶 位置：位于隧道厚度的一半，徑向允許偏差5cm，縱向允許偏差3cm. 長(zhǎng)度：長(zhǎng)度根據(jù)施工要求事先向廠家定制，一環(huán)內(nèi)盡量避免接頭。施工要求：1位置準(zhǔn)確、固定牢靠。2固定止水帶時(shí)不能在止水帶上穿孔，不得損害止水帶本體部分。3止水帶定位準(zhǔn)確，以免單側(cè)過(guò)短，影響之水效果。 4 止水帶定位時(shí)，應(yīng)使其在界面部位保持平展，不得使止水帶翻滾、扭結(jié)。出現(xiàn)應(yīng)立即調(diào)整。（現(xiàn)場(chǎng)時(shí)有發(fā)生） 5 安裝順序：拱頂 邊墻 安裝方法 仰拱環(huán)向施工縫與拱墻

19、類似。 縱向施工縫縱向施工縫：采用中埋式鋼邊橡膠止水帶+遇水膨脹止水條進(jìn)行防水處理。 鋼邊止水帶止水條縱向施工縫縱向施工縫：采用中埋式鋼邊橡膠止水帶+遇水膨脹止水條進(jìn)行防水處理?？v向止水帶安裝遇水膨脹止水條施工采取預(yù)留槽嵌入法1擋頭板（水溝）制作時(shí)預(yù)留安裝止水條的淺槽。2止水條嵌入槽內(nèi)，并用配套的膠黏劑固定后再澆筑混凝土。3遇水膨脹止水條接頭處應(yīng)重疊搭接后再粘結(jié)固定，搭接長(zhǎng)度不小于50mm.4止水條定位后至混凝土澆筑前，避免被水浸泡，防止其提前膨脹。鋼邊止水帶連接（外方總監(jiān)推薦） 變形縫防水 變形縫防水與施工縫防水設(shè)置類似，在縫內(nèi)增加聚苯板和嵌縫材料二襯混凝土自防水二襯混凝土自防水 二襯自防水

20、 隧道二襯混凝土既是承載結(jié)構(gòu)，也是隧道防水的最后一道防線，因此要求襯砌既要有足夠的強(qiáng)度，還要具有一定的抗?jié)B性。二襯混凝土為防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)不低于P10，地下水發(fā)育，有侵蝕地下水或高瓦斯隧道地段，抗?jié)B等級(jí)不低于P12 。 二襯自防水的關(guān)鍵是混凝土本體的施工質(zhì)量，包括了混凝土的制作、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都將直接影響到其使用功能，故如何確保其施工質(zhì)量是最為關(guān)鍵的。 二襯自防水 隧道二襯混凝土既是承載結(jié)構(gòu)，也是隧道防水的最后一道防線，因此要求襯砌既要有足夠的強(qiáng)度，還要具有一定的抗?jié)B性。二襯混凝土為防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)不低于P10，地下水發(fā)育，有侵蝕地下水或高瓦斯隧道地段，抗?jié)B等級(jí)不低于P12 。 二襯混凝土裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫通。 出于侵蝕介質(zhì)中的防水混凝土，其耐侵蝕系數(shù)不應(yīng)小于0.9。充填注漿防水充填注漿防水(拱頂壓漿拱頂壓漿) 二襯混凝土施工中，脫空現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，利用充填注漿不僅可以充填脫空部分，而且可以填塞由于混凝土不密實(shí)或開裂形成的縫隙，封堵地下水來(lái)源而起到防水作用。 拱頂回填注漿時(shí)，在拱頂預(yù)留倒梯形注漿管，縱向間距5m。 PVC倒梯形注漿管 注漿時(shí)