铁路隧道防排水施工技术探讨
2016-10-20罗海顺
罗海顺
【摘要】近年来铁路隧道运营期间暴露出的防排水病害，对铁路运营安全产生了较大影响，并很难从根本上消除病害。因此如何提高铁路隧道防排水施工质量，成为确保铁路隧道施工过程控制的关键。本文结合兰合铁路黄家岭隧道施工情况，探讨铁路隧道防排水施工相关技术。
【关键词】隧道；防排水；技术探讨
1、工程概况
兰州至合作铁路全线位于甘肃省境内，行经兰州市、临夏回族自治州和甘南藏族自治州，地处甘肃南部黄土高原与青藏高原的过渡地带。由北向南经过祁连褶皱系、秦岭褶皱系两个一级大地构造单元。兰合铁路为单线Ⅰ级电气化铁路，线路正线长度179.832km，隧道65.897km /47座，隧道占比36.6%。其中黄家岭隧道全长5881m，位于黄土梁峁区，最大埋深约403m，工程地质以砂质黄土和泥岩为主。
2、防排水的总体原则
隧道防排水遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，采取切实可靠的设计及施工措施，达到防水可靠、排水畅通、经济合理的目的。隧道防水以混凝土结构自防水为主体， 以施工缝、变形缝等接缝防水为重点，采取措施控制混凝土裂缝的开展，增强混凝土的抗渗性能。
3、隧道防排水施工工藝工法及要求
3.1施工准备
检验防水板质量，规划焊接线及拱顶分中线，按每循环设计长度截取防水板。施工前准备作业台架，用于基面处理及铺设防水板，基面处理超前防水板一个循环。
3.2隧道断面量测
利用全站仪测量隧道断面，对隧道净空进行量测检查，个别欠挖部位进行处理，以满足设计净空要求。
3.3初支基面处理
防水板铺设前，将初支表面外露的锚杆头、钢筋头、钢筋网凸出部分，先切断后用锤打入外露部分并抹砂浆找平。锚杆凸出基面时，锚杆头预留丝扣5mm切断后戴塑料帽处理。钢拱架连接板外露时要采用砂浆找平。经检查合格后方可安装环纵向盲管、铺设土工布、防水板。
3.4环纵向排水盲管施做方法
拱墙设环向盲管，采用φ50HDPE单壁打孔波纹管（环刚度≥4.0KN/m2，透水面积≥33cm2/m），间距按9m设置，端头直接弯入侧沟内。
纵向盲管采用φ80mmHDPE单壁打孔波纹管（环刚度≥4.0KN/m2，透水面积≥45cm2/m），每隔12m将其直接弯入侧沟内。盲管出水弯头段采用硬质PVC弯管套在上面，以起保护和引导作用。纵向盲管位置要按设计规定测量设置，盲管安设坡度不小于3%。出水口应位于侧沟深度2/3处，以利于排水。
纵向盲管采用钢筋卡或防水板条固定，采用土工布包裹，防水板挂设好后，用防水板反向半包，然后用钢筋卡固定。
3.5土工布缓冲层铺挂
3.5.1铺设土工布缓冲层前现在隧道拱顶标出纵向中线，并根据初支面平整度留足富余量，由拱部向边墙两侧铺设。
3.5.2土工布铺挂时，首先用作业台车将单幅土工布固定到预订位置，然后用射钉将热熔垫圈和土工布固定到初支基面上。固定点间距为拱部0.5-0.8米、边墙0.8-1米，呈梅花形排列。基面凹凸较大处应增加固定点，使土工布缓冲层与基面密贴，松紧适度。土工布缓冲层搭接宽度不应小于5cm。射钉一定要用水泥钢钉，并配相应的金属垫圈。
3.6防水板施工
3.6.1防水板铺设前进行精确放样，试铺后确定防水板一环的长度尺寸，并将其提供建设单位按照需要供应防水板。
3.6.2防水板铺设采用作业台架从拱部向两侧边墙铺设，下部防水板压住上部防水板，防水板与前一幅防水板平顺搭接，相邻两幅防水板搭接宽度不小于15cm。防水板松紧应适度并留有余量，一般设计周长和铺设长度按1：1.25比例预留。
3.6.3防水板焊接
防水板对位正确后，从边墙下部开始，用超声波焊枪将防水板与热熔垫圈焊接。
3.6.3.1墙部压焊：用专用支撑杆顶压防水板，手持超声波焊接机，超声波焊接机与防水板面保持垂直，再用力压紧并按下开关。焊头将接收到的震动能量传递到焊接工件的结合部，在该区域震动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料融化。融化防水板后，焊接枪头压入防水板约0.5mm时，即可停止焊接，单点焊接持续时间约3秒。施做时必须将防水板与垫圈密贴，如果防水板与垫圈之间不密贴，将严重影响焊接质量。
3.6.3.2拱部压焊：在进行拱部焊接前，先用临时钢筋支撑把防水板顶撑至初支混凝土面，再按照墙部压焊的方法进行焊接。
3.6.3.3焊点数量：边墙部位每个垫圈焊三个点，拱部每个垫圈焊四个点，宜均匀分布于垫圈上，以保证焊接牢固。
3.6.3.4两幅防水板连接焊接
两幅相邻防水板与土工布固定热熔垫圈连接后，采用自动双缝热熔焊接机焊接。单条焊缝的有效宽度不小于15mm，防水板搭接宽度不小于15cm，分段铺设防水板边缘预留搭接余量不小于20cm。
两条焊缝间预留充气检查腔进行气密性检查。用5号注射针与压力表相连接，用打气筒进行充气，压力表达到0.25MPa时停止充气，保持15min，压力下降在10%以内，说明焊缝合格。如压力下降过快，说明有渗漏，用肥皂水涂在焊缝上有气泡的地方重新补焊，直到完全不漏气为止。
3.7混凝土施工缝和变形缝防水
环向施工缝采用中埋式橡胶止水带+背贴式止水带组成的复合防水构造；纵向施工缝采用遇水膨胀止水条+中埋式橡胶止水带组成的复合防水构造；变形逢采用中埋橡胶止水带+背贴止水带+嵌缝材料组成的复合防水构造。也可采用中埋式止水带和预埋注浆管路的复合方式进行防水处理。
3.7.1端头环向止水带施工
3.7.1.1端头背贴式止水带：应紧靠初支基面，沿隧道纵向位置应居中。
3.7.1.2端头中埋式止水带：端头模板采用定制的内外弧形钢模板固定中埋式止水带。台车端模弧长取800mm左右，分为上下端模，上下端模通过铰耳连接，中间预留8mm止水带缝，端模面板厚10mm。端模下模板通过铰耳连接在台车弧形模板上，通过液压杆加固。端模上模板通过铰耳与下模板连接在一起。
3.7.2纵向施工缝止水带
纵向施工缝采用遇水膨胀止水条+中埋式橡胶止水带组成的复合防水构造。背贴式止水带固定于初支基面上。中埋式止水带采用角钢夹具进行固定，遇水膨胀止水条采用在纵向施工缝处预留槽嵌入法进行施做。
3.7.3止水带焊接
止水带要提前按照衬砌弧长或纵向施工缝长度需要裁好，需要连接的采用热压机硫化搭接胶合。止水带焊接前用砂轮机打磨止水带搭接处，中间黏贴专用生胶片，利用热压机硫化热熔胶合连接。
钢边止水带焊接前用砂轮机打磨止水带搭接处，中间粘贴专用生胶片，利用专用夹具进行热熔连接，两端外露的钢板采用铆钉连接。接头强度不低于母材的80%。
3.8明洞衬砌拱墙采用外贴式防水层，顶部设置排水系统，回填土表层设粘土隔水层。
4、隧道防排水施工控制要点
4.1排水盲管施工控制要点
4.1.1排水盲管用土工布包裹，防止泥沙、混凝土或杂物进入堵塞管道。
4.1.2縱向盲管用防水板半裹，使水流在纵向盲管位置流入管内。
4.1.3排水盲管铺设时要顺直，并与初期支护表面密贴，空隙不得大于5cm，盲管与喷射混凝土基面脱开长度不超过10cm。
4.2防水板施工控制要点
4.2.1防水板铺设应超前衬砌施工1-2个循环，并设临时挡板防止机械损失和电火花灼伤防水板。
4.2.2设有衬砌钢筋地段在绑扎钢筋和衬砌台车就位、安装端模时，在钢筋保护层垫块外包裹土工布防止碰撞和刮破防水板。
4.2.3防水板搭接缝与施工缝错开距离不小于50cm，每一单焊缝宽度不小于15mm。
4.2.4防水板焊接前应进行试焊，防止焊枪烧透防水板。
4.3止水带施工控制要点
4.3.1环向中埋式止水带设置位置应准确、牢固、平直，其中心空心圆应与施工缝中心重合。
4.3.2止水带应固定在衬砌或仰拱的定制模具上，浇注混凝土时要做好保护，震捣混凝土时要防止止水带偏移、扭曲或破损。
4.3.3拱部浇注混凝土时要一次浇注完成，防止在止水带处产生施工缝，形成拱部掉块的隐患。
4.3.4止水带安装的径向位置较设计允许偏差为±5cm，安装的纵向位置允许偏离中心为±3cm。
4.3.5仰拱开挖时要做好端头止水带的保护工作，防止止水带的损坏。
4.3.6止水带必须采用热压机硫化搭接胶合，严禁采取粘接或铁丝串接等不符合防水要求的方式。
4.3.7止水带的转弯半径不得小于200mm，钢边橡胶止水带的转弯半径不得小于300mm。
小结：
随着我国铁路隧道建设的迅猛发展，隧道防排水施工工艺得到了不断改进及提升，但是还不能从根本上解决铁路隧道渗漏水的问题。因此，我国铁路隧道施工仍然面临严峻形势，要求在施工期间应严格按照设计及规范要求施工，创新并运用先进工艺工法，努力提高防排水施工质量，避免隧道开通后对运营安全产生隐患。
参考文献：
[1]铁道部经济规划研究院.TZ331-2009铁路隧道防排水施工技术指南.中国铁道出版社，2013.
[2]中华人民共和国铁道部.TB10108-2002铁路隧道喷锚构筑法技术规范.中国铁道出版社，2014.
[3]中华人民共和国铁道部.TB10003-2005铁路隧道设计规范.中国铁道出版社，2014.
