東北高寒地區(qū)隧道防排水施工技術(shù)

徐 松

(中鐵二十二局哈建集團(tuán)三公司，黑龍江 牡丹江 157000)

1 工程概況

濱綏鐵路牡丹江至綏芬河段地處黑龍江省東南部，線路西起黑龍江省東南部經(jīng)濟(jì)重鎮(zhèn)牡丹江市，向東沿鐵嶺河、磨刀石，向東跨過椅子圈溝至穆棱鎮(zhèn)，向北偏東沿穆棱河至下城子鎮(zhèn)，向東沿馬橋河經(jīng)馬橋河鎮(zhèn)，越過太嶺，經(jīng)細(xì)鱗河至綏陽鎮(zhèn)，然后沿小綏芬河至邊境口岸城市綏芬河，既有線全長192.93km。其中隧道17座，全長51.1km，沿線地形地貌地質(zhì)復(fù)雜，經(jīng)過的斷層較為發(fā)育，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育。興源隧道經(jīng)過炭質(zhì)頁巖、泥巖，磨刀石1號隧道、磨刀石2號隧道及紅池隧道經(jīng)過云母片巖，雙豐隧道經(jīng)過風(fēng)化砂層等地質(zhì)，是近幾年來我國東北高寒區(qū)圍巖較差的新建鐵路隧道，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

該地區(qū)冬季平均氣溫-21℃，歷年最低氣溫-38.4℃，地面凍結(jié)深度2～3m，由于隧道埋深淺，地下水較發(fā)育極易發(fā)生凍脹。

2 隧道防排水設(shè)計

牡綏鐵路工程位于東北高寒地區(qū)，全線多座隧道屬于淺埋隧道，按新奧法原理設(shè)計，為了防止凍脹對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害，隧道防排水采取“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，防排水等級滿足《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的一級防水標(biāo)準(zhǔn)。

3 防排水施工

3.1 中心深埋水溝施工

牡綏鐵路隧道長度小于2 000m及隧道大于2 000m低洞口段1 000m采用中心深埋水溝，中心深埋水溝采用φ600mm(t=12cm)鋼筋混凝土預(yù)制管，排水橫溝采用φ200mm(t=50mm)鋼筋混凝土預(yù)制管，中心深埋位于內(nèi)軌頂標(biāo)高下3.6m處。由于全線多座隧道地下水較豐富、地質(zhì)條件差、管結(jié)構(gòu)尺寸大，在施工過程中，極不利于初期支護(hù)受力封閉的形成，隧道水平收斂、拱頂下沉速率大，存在嚴(yán)重安全隱患。

(1)開挖長度：中心深埋水溝每循環(huán)開挖長度應(yīng)根據(jù)圍巖情況合理選擇，通過圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，確保施工安全。Ⅴ級圍巖地段每循環(huán)開挖長度2～3m為宜，Ⅳ級圍巖地段3～5m為宜；Ⅲ級圍巖6～8m為宜。

(2)開挖方法：Ⅴ級圍巖地段采用挖掘機(jī)配合人工一次開挖成型；Ⅲ、Ⅳ級圍巖地段采用控制爆破，分3～4次開挖成型，開挖時盡量減少對圍巖的擾動。

(3)難點(diǎn)處理：在Ⅴ級圍巖或全風(fēng)化砂巖、炭質(zhì)頁巖、泥巖及云母片巖地段，由于地下水豐富，開挖時極易發(fā)生坍塌或流砂現(xiàn)象；中心水溝無法施工，現(xiàn)場采用放坡開挖、鋼管樁防護(hù)、超前井點(diǎn)截水，徑向注漿等施工方法，確保施工安全。

(4)工藝要求及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：中心深埋水溝采用2m長φ60鋼筋混凝土預(yù)制管，管身設(shè)置梅花型滲水孔。鋪設(shè)嚴(yán)格控制標(biāo)高和坡度，不得有隆起現(xiàn)象。水溝回填直接影響水溝的使用效果，回填采用級配料分層回填(見圖1)。

3.2 環(huán)縱向透水盲管施工

3.2.1 環(huán)向透水盲管施工

圍巖本身不是一個均勻的含水層，地下水出露條件不一，為使隧道內(nèi)排水暢通，東北嚴(yán)寒地區(qū)環(huán)向透水盲管設(shè)置于初期支護(hù)背后凍結(jié)線外才能防止排水系統(tǒng)不受凍害。環(huán)向透水盲管(見圖2)間距12m一道，在Ⅳ、Ⅴ級圍巖施工時，環(huán)向透水盲管位置支護(hù)完鋼架后，先預(yù)留盲管位置不噴射混凝土，待下兩榀鋼架及初期支護(hù)混凝土噴射后采用人工配合風(fēng)鎬開挖。在Ⅲ級圍巖地段采用控制爆破分兩部開挖。盲管結(jié)構(gòu)為木板貼油氈瀝青箱型結(jié)構(gòu)，內(nèi)填透水材料。環(huán)向透水盲管保溫層為輕質(zhì)混凝土，采用掛板法施工。環(huán)向盲管開挖寬度1.0m，深度1.4m。在富水、Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段易造成塌方。施工初期支護(hù)時應(yīng)加強(qiáng)處理或?qū)鷰r進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿處理等措施，必要時可采用格柵鋼架加固措施。環(huán)向透水盲管施工完后安裝縱向透水盲管，將襯砌背后水匯集于橫向排水溝，通過橫向排水溝引至中心深埋水溝。

3.2.2 縱向透水盲管施工

牡綏鐵路隧道工程防水板下端墻角處設(shè)置縱向HDPEΦ107/93雙臂打孔波紋管盲溝，盲溝表面鋪設(shè)1.5m寬聚氨酯保溫板保溫，板厚2cm，現(xiàn)場按照設(shè)計施工，澆筑襯砌混凝土后，發(fā)現(xiàn)聚氨酯保溫板，損壞嚴(yán)重。經(jīng)施工單位和建設(shè)單位多次研究，采用圖紙(見圖3)方法施工，解決澆筑二次襯砌混凝土破壞聚氨酯保溫板問題，保證縱向透水盲溝不受凍害。

3.3 防水板施工

初期支護(hù)與二襯間設(shè)置EVA防水板，一般地段拱墻設(shè)置，Ⅴ級圍巖地段全環(huán)封閉設(shè)置。

(1)鋪設(shè)面處理：防水板施工前，先對初期支護(hù)表面進(jìn)行處理，初期支護(hù)施工中表面應(yīng)盡量平整。噴射混凝土前，割除超過噴射面的錨桿、小導(dǎo)管、鋼筋等，噴射完混凝土后施工防水板前，應(yīng)進(jìn)一步對其表面進(jìn)行處理后鋪設(shè)無紡布。

(2)吊掛方法：防水板鋪設(shè)采用專用熱熔襯墊及射釘將無紡布固定在初期支護(hù)混凝土上，專用熱熔襯墊呈梅花型布置，鋪設(shè)無紡布松緊要合適，不能因無紡布過緊被撕裂，過松無紡布褶皺堆積形成人為蓄水點(diǎn)。無紡布鋪設(shè)完成后，采用手動電熱熔器加熱，使防水板固定在專用熱熔襯墊上。鋪設(shè)防水板松緊要合適，使之與無紡布充分接合并緊貼在初期支護(hù)混凝土表面，防止過緊或過松，防水板受擠壓破損或形成人為蓄水點(diǎn)。防水板間搭接縫與變形縫、施工縫等薄弱環(huán)節(jié)錯開50cm以上。

(3)連接方法及要求：防水板焊接采用熱風(fēng)焊接法，雙焊縫拼裝，嚴(yán)格控制其焊接質(zhì)量，尤其是在洞室處，應(yīng)將洞室防水板和洞外防水板焊接成一個整體，確保防水板焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]地下工程防水技術(shù)規(guī)范(GB50108-2008)[Z].

[2]鐵路隧道施工規(guī)范(TB10204-2002～J163-2002)[Z].

[3]王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010.