支义

摘要：本文结合郑西铁路客运专线张茅隧道2号斜井的防排水施工，按照客运专线隧道防排水设计思路，并考虑到影响隧道防排水结构设计的因素，形成一套有效的隧道防排水施工工艺，该方法有效地解决了大断面富水段黄土隧道施工中存在诸多技术难题，确保施工期间洞内排水快捷、安全、流畅。

Abstract： This paper combines the waterproof and drainage construction of No.2 inclined shaft of Zhangmao Tunnel of Zhengzhou-Xi'an Railway Passenger Dedicated Line， according to the design idea of waterproofing and drainage of passenger dedicated tunnel， and taking into account the factors affecting the design of tunnel waterproofing and drainage structure， forms an effective tunnel waterproofing and drainage construction process. The construction process effectively solves many technical problems in the construction of the loess tunnel in the large section water-rich section and ensures that the drainage inside the cave is fast， safe and smooth during construction.

关键词：铁路；隧道；防排水

Key words： railway；tunnel；waterproof and drainage

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）33-0116-02

1 工程概況

张茅隧道2号斜井位于河南省陕县境内，是郑西客运专线重点工程ZXZQ08标段。洞内主要岩性为第四系中更新统（Q2）富水黏质黄土夹圆砾土，垂直节理发育，老黄土呈硬塑状，属Ⅴ级黄土加强段，正洞最大开挖宽度15.62m，最大开挖高度13.48m，断面达到163.87m2，施工难度大。

该段为黏质黄土，其物理、力学指标：天然密度（2.0g/cm3）、天然含水量（23%）、天然空隙比（0.67）、空隙率（40.20%）、饱和度（95%）、液限（37%）、塑限（22%）、塑性指数（15）、液性指数（0.16）、干密度（1.68g/cm3）、基本承载力（250kPa）、凝聚力（60kPa）、内摩擦角（21？准）、摩擦系数（0.3）、压缩系数（>0.4MPa-1）等参数。

2号斜井洞身开挖完成后，土体中有水不断渗出，经实测含水量已超过20%，大约10分钟左右土体渐渐发生软化、剥落、掉块等不良现象，水流沿岩面渗流至拱脚，使拱脚处黄土变软，支护体出现不同程度的轻微下沉现象，围岩自稳性很差，施工难度增加并提高了施工安全风险。

集中水量采集：曾于2006.11～2016.12，对2号斜井XK0+153.2位置斜井衬砌的一根排水支管（？准50），经过一周时间早晚定时采集出水量，详见表1。结论：此管的出水量平均值为1.18L/min，计算出每月出水总量约为51m3。然而，正洞断面远大于斜井断面，推算出正洞每延米的出水量约2.1m3/d。

施工措施：在斜井与正洞交叉口设一处集中积水池（容量约21.86m3），仰拱填充表面每隔205米设一处小型蓄水池（容量约14.8m3），侧沟积水和中心水沟积水就近排向蓄水池，利用多台水泵接力抽水直至洞外。经计算本工点排水量约1250m3/d，最大排水量约1700m3/d。

2 隧道防排水设计原则

①铁路隧道施工防排水设计：应遵循 “防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，切实可靠的采取技术措施，达到了防水可靠、排水通畅、经济合理、不留后患等目的。使衬砌表面干燥亮泽，保证施工期间洞内设备的正常使用。

②隧道防水应以二次衬砌结构自防水为主，结合变形缝和施工缝防水为重点，辅助防水层和注浆加强防水。

③隧道内排水设置了两侧排水沟和中心排水沟为主体，且防水层背面加横向？准50PVC排水管，边墙底设纵横向？准160PVC排水管为辅助作用，汇集到积水池，集中排出洞外。

3 隧道防排水系统施工要点

3.1 隧道施工防排水工作思路

该隧道处于地下水位以下及黏质黄土的特性，仅靠“防”或“排”的方法不可取，根据现行铁路规范依靠综合治理的办法，并结合“防、排、截、堵”的治理原则和指导思想。施工期间，强调“堵”，即开挖后及时施做初喷混凝土封闭开挖面，阻止黄土中的水在开挖后由于静压力作用形成通路；而永久设施强调“排”，即在隧道二次衬砌完成后，须将水及时排出降低水压，体现“无压排水”的设计精神和施工思路。

3.2 隧道防水施工的几个要点

3.2.1 初喷混凝土封闭开挖岩面

初始喷射混凝土是初期支护的一个重要环节，厚度宜为4～6cm。湿陷性黄土的水分由于开挖后水压力的静作用而演变成通路，土体表面湿润、滴水、剥落、掉块，减弱了围岩强度。施工中采取短进尺、快封闭，掌子面每循环开挖深度为80cm（仰拱一次性开挖长度为3～4m），初喷混凝土及时封闭开挖面，初步起到防水作用。在涌水量过大地段，通过初喷对整个掌子面及作业面全部密封，作业面形成硬质壳体结构，初支表面的水流顺壳体的凹面流到下导侧沟内，从而引水至洞外。实践证明这种方法是非常有效可行的。

3.2.2 复合式防水层（防水板+无防布）

复合式防水层设于初期支护和二次模筑之间，表面光滑，即可减少混凝土与二次模筑混凝土之间约束应力和防止二次衬砌混凝土产生裂缝，也能阻止从喷混凝土表面渗出的水分，渗透到衬砌混凝土。施工方法为：初喷混凝土表面平整牢靠，无尖锐凸出物存在，不然则从根部割除，在割除部位及周边按照规范要求用水泥沙浆覆盖处理。初喷混凝土整理完表面，将无防布用塑料圆垫片贴上，而后用水泥钢钉锚固塑料垫片。防水板采用热熔法手工焊接在塑料圆垫上，焊接应牢固可靠。防水板搭接采用双焊缝热熔焊接（宽度不得小于150mm），焊缝间空腔采用充气法进行检查。

3.3 隧道排水施工要点

3.3.1 洞内排水要求

纵向设置了两根？准160排水管、两侧边沟和中心水沟，五条排水设施。侧沟起到沉淀兼顾部分排水作用（下导至仰拱段：同样设侧沟在距下导拱脚1.5m处，防止下导拱脚长期浸泡，软化地基，同时在两侧可以放置电焊机、小型空压机等设备），中心水沟采用明沟形式，施工期间把中心水沟回填透水性材料，共同确保洞内排水快捷、安全、流畅。

3.3.2 施工期间排水流程图（图1）

3.3.3 施工缝少量渗水处理

衬砌混凝土及仰拱填充混凝土完成后，在施工缝接缝处出现少量的渗水现象。这些渗水量尽管很小，然而对以后运营中路面混凝土的危害可能较大。因此，在渗水严重地段进行打孔埋管，强调“以排为主”的指导思想，把这部分渗水通过导管引到中心排水沟，可以有效防止水的侵渗对路面造成破坏。

3.3.4 仰拱開挖面冒水处理

仰拱开挖过程中，在隧道中线靠近掌子面一侧设小型积水池，便于仰拱抽水。经过多次循环开挖仰拱，总结出小型积水池最佳尺寸，长：1.6m、宽：1.2m、高：50cm。

仰拱开挖完，能看到基底有大面积浸水、部分表面出现了像泉眼一样不停地冒水，及时采用仰拱初喷，厚度在15～20cm。

仰拱初喷作用：及时封闭开挖面，防止地基软化、水流形成通路，同时大大提高地基承载力；形成硬质壳体结构作业面，有利于快速闭合初支钢拱架的施工。

3.3.5 仰拱填充表面积水处理

针对仰拱底部积水排出洞外，选用铁皮积水箱作为中转抽水设备（长：2m、宽：1.2m、高：1.2m），用于仰拱底部小型积水池。

施工期间若在中心水沟填满黄土，则造成中心水沟局部冒水，致使仰拱填充表面积水横流。因此在中心水沟选择透水性材料（如石碴），在积水池旁的中心水沟内（约一米长）填成具有堵水的材料，让水流顺12‰的隧道纵坡流到积水池，从而有效地解决了仰拱表面积水的难题。

4 影响防排水结构设计的因素

4.1 地层岩性与地质构造

此段隧道为黏质黄土、夹少量姜结石，遇水有软化作用，具有轻微的膨胀性。因此采取了较为全面的防排水设施。

4.2 隧道涌水量与涌水类型

隧道涌水量与涌水类型是隧道防排水设计的主要依据。张茅隧道中2号斜井涌水量最大，并局部有股水流出，适当加强了防排水设施。

4.3 施工方法与衬砌结构

施工方法与衬砌结构都取决于围岩类别，在隧道结构稳定的前提下，考虑隧道防排水设施是隧道防排水之必须。富水黄土隧道采用“网、锚、喷”联合支护的复合结构；二次衬砌采用复合式加强衬砌结构。

5 结语

郑西客运专线张茅隧道2号斜井的防排水施工，必须遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，结合影响隧道防排水结构设计的因素，形成一套有效的隧道防排水施工工艺，该方法切实、可靠，有效地解决了大断面富水段黄土隧道施工中存在诸多技术难题，达到排水快捷、安全、畅通、不留后患的目的。

参考文献：

[1]邵丽霞，王超.铜黄公路楼子沟隧道防排水.华东公路[B].1001-7291（2001）06-0065-03.

[2]陈福江（导师：马建林）.黄土隧道围岩含水量变化对隧道形态影响的研究[D].西南交通大学硕士论文，20080601.

[3]张爱军.近饱和黄土大断面隧道变形控制研究[D].北京交通大学，2015.