铁路隧道防水技术三

本期分享地下水对隧道结构的影响

国内外隧道渗漏水状况调查#中国盾构隧道智能建造世界领先#

目前我国有铁路、公路隧道多座，总长度约多km，已成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。我国城市轨道交通的隧道建设也正在进入快速发展时期，目前已建成运营.73km，在建.79km。国内43个百万以上人口城市中已有近30个提出了建设城市轨道交通的要求。未来十年我国要建设～km的城市轨道交通，涉及大量隧道建设。

隧道产生渗漏水病害，既有地质条件、气候条件、材料老化、地震方面的原因，也有设计、施工方面的原因。隧道缺陷类型主要有渗漏水；结构恶化产生缺陷，包括衬砌开裂、变形、片块剥离以及大块坍落；基底隆起、边沟变形和塌陷；底板破裂、翻浆冒泥等几种。国内外的有关资料统计如下：

年，日本对座隧道进行调查统计，渗漏水的有座，占56%，漏水长度达70%。

年，日本对最寒冷的北海道地区公路隧道病害进行了调查，在北海道座公路隧道中有座出现漏水、洞内结冰。

年4月，日本已有座公路隧道，总长km，调查发现，发生恶化的隧道数量约占隧道总数的23.9%，在恶化的隧道中，衬砌开裂出现的情况最多。

年我国铁道部工务局及基建总局对全国30～70年代在不同地质（坚硬、软岩、黄土）条件下修建不同类型（单心圆拱、三心圆拱、直边墙和曲边墙、单线和双线断面）的隧道混凝土衬砌裂缝产生的原因进行调查分析，共调查隧道94座，总长80.7km，约有93.2%的隧道衬砌开裂，裂缝长度占隧道总长19.2%。

年，我国铁路共有运营隧道座，总长度.56km，存在的主要隧道缺陷类型有侵限、漏水和通风照明不良。据工务部门1年秋检测，净空不足侵入建筑限界的座，严重漏水座，衬砌严重腐蚀座，仰拱变形座，通风不良座，照明不良座。

根据年，我国铁路隧道技术状态统计，全路有运营隧道余座，共计km，其中严重漏水（包括拱部滴水、边墙渗水、流水，隧道底部翻浆冒泥、严寒地区隧道结冰、冻胀），影响隧道运营的达座。占隧道总数的30%左右。

渗漏水缺陷对结构的影响

目前，铁路隧道结构设计理论与方法主要有：荷载结构模型、收敛约束模型、连续体模型及工程类比法等，其稳定性判断一般为强度准则或位移准则以及二者的结合。这些方法对正常使用状态的隧道是适用的，但对于可能产生结构缺陷性隧道不太适应。由于造成隧道结构破坏的原因很多，其发生破坏的形式也多种多样，有时由于裂纹尖端的应力集中，结构会出现脆性断裂，有时由于结构内部的损伤，出现损伤断裂，因此，其力学机制比较复杂，如果仅用强度或位移准则进行判断是不合理的

在我国《铁路隧道设计规范》（TB—）中提出了利用位移来进行隧道稳定性的判断，对正在施工的隧道，尤其对隧道初期支护的稳定性判断比较适用，但对于运营隧道却不适用，由于对于行车密集较大的隧道，要获得不同时间，大量的二次衬砌的位移数据是困难的，同时，有的隧道虽变形很小，但由于裂缝影响，极易发生突然破坏。目前，一些专家学者用断裂力学和损伤力学的有关理论，研究带理解裂缝隧道的破坏机理是一种新的尝试，有助于推动隧道与地下工程的进步和发展。

我国结构缺陷性隧道的统计

年、1年、年我国铁路工务部门三次对铁路隧道运营状态统计，渗漏水隧道占隧道总数的30%左右，我国二十世纪五、六十年代修建的隧道，其渗漏水所占比例远远高于这一数字，有的隧道雨季就象水帘洞一样，严重影响了行车安全。有些隧道的渗漏水情况：

（1）罗依溪隧道位于枝柳线北段，全长.57m，该隧道自年交付运营以来，渗漏水现象严重，且有衬砌腐蚀迹象。自年以来，病害又有较大的发展，表现为：砼衬砌遭受腐蚀，表面砂浆层轻轻敲击有豆渣状粉尘掉落，严重处出现剥落掉块，露出粗骨料，结构疏松，强度部分消失；渗漏严重，拱顶多处滴水成线，长年不断，部分漏水处有红色或白色物析出。为此，采取了衬砌背后压注水泥砂浆、衬砌内压注化学浆液、衬砌表面涂抹EM、RG防水层、边墙凿补水槽、集中排水等措施进行了隧道病害治理，取得了较好的效果。

（2）赵家2#隧道位于大秦线王家湾站和涿鹿站之间，全长m，为双线电化铁路隧道，岩性为硬脆的白云岩、夹有燧石条带页岩，局部有顺层侵入的煌斑岩，岩层为单斜构造，节理发育，呈碎石状镶嵌结构。年6月开工，年11月竣工，年K+～+段隧道衬砌出现比较严重的裂缝、漏水、结冰现象，错台宽度10mm。

（3）宝中线黑达沟二号隧道，长m，年10月开工，年底基本建成，经过冬季后多数隧道内开始出现严重渗水，1年3月交付临运前，隧道渗漏水严重，经过三次洞内外治理，才基本上解决了渗漏水的问题。

（4）翅膀沟隧道全长m，隧道洞身大部分位于第三系上统红粘土和老黄土中，红粉土和老黄土之间有一层钙质结合层，层厚1.0m，且土中含水量较大，属于Ⅰ、Ⅱ类围岩。年3月开工，年10月在DK+～DK+段二次衬砌出现开裂，裂缝的宽度由最初的细裂纹发展成为4.0～27.0mm，局部地段还伴有斜裂缝和错台，最大错台宽度9.0mm，随后，隧道衬砌纵向裂缝发展为DK+～DK+，总长为m（二条），同期地表也发现裂缝，地表裂缝总长为m，最大宽度为54mm。

（5）在我国铁路隧道的诸多病害中，数量较多，整治困难，投资较大，影响行车最严重的是基床翻浆冒泥，铁路工务部门年对襄渝、贵昆、成昆等13条线路隧道病害不完全统计，有座隧道发生了严重的基床翻浆冒泥，总延长达.km，整治费用高达.7万元

隧道产生渗漏的原因分析

（1）隧道开挖对地下水的影响

根据水力学和水文地质学原理，地下水的流动，有其固定的流线，从高压水位流向低压水位，但由于隧道的开挖，将引起围岩应力释放和重分布，从而改变围岩的力学特性和泾流路线，使周围水向隧道内汇集和积聚，给衬砌及底部渗漏水留下隐患。隧道开挖影响范围的大小与地层的渗漏系数、水位降深、过水断面大小有关，此外还受隧道周围溶洞、泉眼、水库或湖泊、江河的影响。

（2）衬砌混凝土中的泌水管路

浇筑混凝土时由于水灰比过大，在混凝土硬化过程中，由于多余的水分（不参与水化作用的游离水分）的蒸发，在混凝土中形成透水的开放性毛细泌水管路。

（3）施工中的原因使混凝土中存在空隙

①在混凝土拌合时，因拌合物和易性不佳，或因施工作业草率，以致混凝土质地不够均匀；或水泥浆未能与骨料表面很好粘结，如骨料表面被污染，水泥本身的内聚力超过了与集料的附着力，形成透水缝隙；或混凝土拌合物未能很好灌满捣实，从而产生疏松层或留下各种形状的缝隙与孔洞。

②衬砌混凝土材料中有杂物，腐烂后形成缝隙或孔洞。特别是在两环混凝土接缝部位，由于挡头板未拆除干净，腐烂后形成缝隙而漏水。

③灌筑衬砌混凝土的工作缝未加处理或处理不当，产生接合不严的漏水缝隙。

④先拱后墙法施工的拱墙连接部位处理不当而产生漏水。

⑤变形缝止水带安设不规范或未安设止水带而漏水。

⑥衬砌或混凝土砌块衬砌的灰缝不密实而漏水。

（4）衬砌混凝土的化学腐蚀

衬砌周围的天然水对衬砌混凝土有腐蚀性。常见有溶出性、碳酸性、一般酸性、硫酸盐性和镁盐性的腐蚀等。这些腐蚀可能造成漏水孔隙，严重时将造成混凝土结构的破坏。

（5）内应力作用使衬砌产生裂隙

如施工方法不当，或拆模过早，或围岩压力过大超过设计荷载等，都能使衬砌内应力超过破坏强度而导致裂缝。如果隧道不设变形缝，当温差超过7~10℃时，混凝土可能因不能承受温度应力而产生裂缝。

（6）防水板安装不规范，未处理好防水板的接缝和破损部，导致渗水，排水管路堵塞。

按施工规范，防水板不能有孔洞，如因锐器戳破，则要修补完好。上下搭接采用上压下，并且上下连接部位要粘好，而在施工中操作上的不规范，往往导致以上环节不能保证，使防水板不能很好地达到预期效果。

在半封闭结构中，往往设计有盲管等排水设施，但是，地下水中所含矿物质较多，随时间推移，水中离析出来的矿物质会附着在管壁上，逐渐堵塞管路，造成排水不畅，结构背后水位升高，压力增大，最后从结构薄弱部位漏水。

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