铁路隧道防排水现状与思考
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【摘要】本文介绍了铁路隧道防排水设计原则，论述了防排水问题分析与建议。
【关键词】铁路隧道防排水 设计要点
中图分类号：S607+.2 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
防排水是铁路隧道设计标准建设、设计、施工中的重点，但衬砌渗漏水问题仍然不同程度地出现在新建铁路隧道中。隧道渗漏水不仅直接影响行车安全，而且还降低隧道通风、照明系统的工作效率，诱发运营设施的锈蚀，影响隧道结构的耐久性，在寒冷地区隧道的渗漏水还会引发挂冰、底鼓等不良病害，严重危及行车安全。因此，针对目前国内的防排水技术现状，有必要进行进一步的研讨，对防排水技术提出更新的改进措施。进一步指导铁路隧道设计与施工，使隧道工程交付运营后处于整洁状态。
二、铁路隧道防排水设计原则
“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”是铁路隧道防排水设计遵循的基本原则。在进行铁路隧道设计时，应综合考虑隧道区水文工程地质和气候条件，以及地下水排放对周围生态环境的影响，合理设计隧道衬砌和铁路隧道的开挖方法。
1、根据防排水形式，隧道防排水设计可分为：排水型隧道和防水型隧道。
（一）排水型隧道坚持以排为主或以堵为主，限量排放的原则，一般应用在山岭隧道中。我国大部分铁路隧道位于山区，一般情况下隧道排水对周围环境影响不大，大部分使用排水型隧道。允许地下水排放量要根据具体的隧道环境来确定。如果排水对周围的生态环境影响不大可不控制排水。在保证初期支护和二次衬砌的排水系统畅通的情况下，可以利用衬砌背后的盲沟让水排进隧道内排水沟排除洞外。但是，如果排水系统发生堵塞时，可能导致隧道承受水压，使隧道失稳。
（二）防水型隧道是通过防水层或止水带等各种措施将水控制在衬砌之外。这种类型的隧道广泛应用于静水头压力不超过30m的隧道区中。经研究表明，防水型隧道的静水头压力上限是60m，但是这对隧道结构和防水的要求比较高且不符合经济性要求。但是，在下列条件下是要优先选用防水型隧道的：
当地下水排放对周边环境影响较大时，特别是城市条件下及大量排水对地表植被、生态环境等造成影响较人的地区；当地表下沉对结构lF常使用和周边环境影响较大且对其造成危害时；当地下水具有腐蚀作用时，为了避免地下水对混凝土的腐蚀和加速混凝土的退化，需要将混凝土与地下水隔离处理。
2、铁路隧道防排水措施
铁路隧道防排水措施除了模筑混凝土主体自防水外，还包括初期支护喷射混凝土防渗、防水层防水、施工缝、变形缝防水、洞内排水等等措施。
（一）初期支护喷射混凝土防渗：I—TA(国际隧协)提倡用喷射混凝土作为防水层。但影响其抗渗性的因素较多，采用此法需要隧道进行特别的处理，隧道围岩面处理对于喷射混凝土时十分必要的。围岩漏渗水对喷射质量有直接的影响。当隧道处于软弱围岩段时，为了保证支护抗渗能力需要对支护及其背后进行注浆，使喷射混凝土层内部密实。对于突出于围岩面的锚杆端部或钢筋头。可事先切割然后喷射，或者在喷射后在进行切割，然后对其再补喷或用砂浆覆盖。
（二）防水层防水：防水层是山岭隧道复合式衬砌中防排水体系的重要组成部分，是保证隧道防水功能的重要措施，防水层有效的消除底层渗水对二次衬砌的影响。还可以对初期支护和二次衬砌起到隔离作用，减小喷射混凝土对二次衬砌模筑混凝土的约束应力，避免了二次衬砌裂缝的产生，提高其抗渗能力。
（三）施工缝、变形缝防水
施工缝是隧道衬砌混凝土施工时遗留的。沉降缝和伸缩缝统称为变形缝。沉降缝设计地质条件显著变化和衬砌受力不均处。伸缩缝的设置是为了防止混凝土受温度和收缩影响而开裂，施工缝和变形缝是防水的薄弱部位，需加强防水设计。二次衬砌结构混凝土时应尽量少留施工缝，在拱墙、仰拱和底板等处不得留纵向施工缝。对于止水带的选用应该根据实际情况，合理选择符合实际需要的止水带。
（四）洞内排水
洞内排水是在衬砌背后设置排水系统，使水能从衬砌背后畅通排除。排水系统主要由环、纵和横向排水盲管、侧沟和中央排水管组成。初期支护喷射混凝土和岩面、防水层之间的水通过环向排水盲管下渗至纵向排水盲管；纵向排水肓管将水汇集流入位于衬砌基础的横向排水盲管，然后再排至中央排水管中。地下水主要通过隧道内侧沟，由侧沟汇集排至中央排水管。中央排水管要符合设计要求，总体坡度、段落坡度和单管坡度要协调一致。排水系统埋设好之后，还要进行通水实验，发现问题及时处理。
三、防排水问题分析与建议
铁路隧道的防排水可分为三类，为全封堵防水型，防排结合型(限量排水)和排水型。排水和限量排水施工对地下水的影响示意，排水型隧道相当于地下集水廊道，显然是对地下水影响最严重的一种；限量排水型是目前铁路隧道应用较多的一种类型，水位下降的多少及影响范围与允许的排水量、地下水补给量有关。全封堵防水即不允许或仅允许肉眼观察不到的极少量的地下水渗入，其对地下水的水位不会产生影响，如在浅埋隧道中可采用全封堵防水。
1、根据环境要求选择防水类型与地下水处理措施
目前很多隧道忽视外部环境对隧道防排水的要求，在全长范围内采用同一防水类型，这在某些情况下不合理，建议设计时多考虑外部生态环境和地质环境要求分区段确定防水类型。
(一)在临近良田和城镇村落的洞口浅埋段，浅埋且上部有重要水源或河湖段。要求隧道防水在满足内部运营及耐久性需要的前提下，主要为消除对外部生态环境影响而考虑。可选择全封堵防水型。
(二)在隧道深埋段，由于存在高水压问题需要适当在衬砌背后设置排水系统，同时要减少排水对原有地下水环境和围岩的影响，这就要求选择防排结合类型。限量排水。
(三)在特殊地质地段，需结合地下水文地质特点，选择合理的地下水处理措施。比如隧道在岩溶暗河段，通常不能堵塞其河道，而采用引流措施，绕避隧道。
2、重视衬砌结构防水
支护结构应被视为隧道防水的第一道防线，通常支护包括围岩注浆、喷射混凝土支护。
（ 一）围岩注浆防水
围岩注浆对防水的作用主要表现为以下两个方面：围岩注浆可减少地下水渗透量。根据日本青函隧道围岩注浆试验结果，压注后围岩空隙填充率一般在0.8~0.9左右，注浆前后渗透系数比值可达到100～l000倍左右。
（二）初期支护防水
喷射混凝土支护层作为复合式衬砌的最外层支护，其施作质量受围岩开挖、施作工艺及结构形式影响很大，不作任何处理的支护防水能力是非常有限的。施工时应做到以下几点：对喷射混凝土的围岩面进行处理；对喷射混凝土背后或内部空隙进行注浆；对突出的钢筋、锚杆端头进行处理；对喷射混凝土裂纹进行处理；调整混凝土配合比或掺加外加剂等，提高混凝土的抗渗能力。
3、强调新型分区防水，改善防水效果
目前采用的分区防水是仅在防水层与二次衬砌之间进行分区，其理由是防水层一点的破损，不致使渗入的地下水流入隧道的其他区段，而是将其限制在某个较小的区域里面，也就是说防水层一点的渗漏不致引起多处衬砌薄弱部位的渗漏。但事实是防水层的损坏不会只有一点，很多情况下是存在多处损伤。而初期支护喷射混凝土表面的渗漏存在不均一性，防水板背后的土工缓冲材料又具有排水的功能，地下水可在防水层背后自由流窜。因此，隧道初期支护喷射混凝上层一点的渗漏，可能导致所有防水层破损处渗漏，使相应地段衬砌处于水害威胁之下，当渗漏发生在隧道纵坡坡顶时，渗漏会影响隧道全长。
结论
随着铁路隧道的设计标准不断提高，铁路隧道防排水设计应进一步加强其系统性排水与防水应紧密结合，尤其应注重隧道排水系统对防水的基础性作用，根据工程条件针对性进行防排水设计，做到防排水精细化设计，并将防排水施工作为一道关键施工序，从而保证防排水系统稳定可靠。
【参考文献】
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[3].张慧玲高速铁路客运专线隧道防排水设计[期刊论文]-铁道标准设计2010(01)
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