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第三届铁路隧道年会论文集 32 2005-12 盾构直接切削围护墙的设计探讨 焦齐柱 （铁道第四勘察设计院 武汉 430063） ［摘 要］ 目前国内盾构进出洞一般采用人工凿除盾构范围的围护墙后， 再进行掘进的方式。 该种方式对围护墙前地层加固、止水要求相对较高，因而存在一定的施工风险， 同时人工凿除围护墙施工费时费力。采用 GFRP（玻璃纤维）筋代替围护墙中盾构 隧道范围内的钢筋，盾构在进出洞时可以直接切削围护墙进行掘进，这样既可以 加快施工进度、较少施工风险，同时还可以减少围护墙前地层加固范围和降低地 层与围护墙间的止水要求，节约投资。 ［关键词］ 盾构 围护墙 GFRP 筋 1 概述 目前国内盾构进出洞一般采用人工凿除盾 构范围的围护墙后，再进行掘进的方式。该种 方式对围护墙前地层加固止水要求相对较高， 因而存在一定的施工风险，同时人工凿除围护 墙施工费时费力。采用 GFRP（玻璃纤维）筋 代替围护墙中盾构隧道范围内的钢筋，盾构在 进出洞时可以直接切削围护墙进行掘进，这样 既可以加快施工进度、较少施工风险，同时还 可以减少围护墙前地层加固范围和降低地层与 围护墙间的止水要求，节约投资。目前 GFRP 筋在国内属于一种新材料，还没有相关规定或 规范来指导配筋设计，本文以武汉长江隧道为 例，根据美国混凝土协会 440 委员会设计规范 “Guide for Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars （ACI 440.1R-03）” 和国内“混凝土结构设计规范”对 GFRP 筋混凝 土的设计及施工进行了探讨。 2 武汉长江隧道工程概况 武汉长江隧道工程位于武汉长江一桥、二 桥之间，是一条解决内环线内主城区过江交通 的城市主干道，其汉口岸和武昌岸接线道路分 别为大智路和规划沙湖路，越江位置分别位于 汉口江滩公园入口上游侧和武昌船舶设计院附 近。 隧道内设双向四车道， 设计车速为 50km/h。 汉口岸于胜利街设右进隧道的匝道，于天津路 设右出隧道的匝道；武昌岸隧道与友谊大道设 四条匝道连接。工程建成后将承担汉口中心区 与武昌中心区的交通，均衡中心区交通流量， 减少车辆绕行。隧道总长 3600m，其中盾构段 东线长 2550m，西线长 2500m。盾构隧道内径 10m，外径 11m。 盾构由武昌工作井始发。武昌工作井开挖 深度 21m，设计采用 0.8m 厚连续墙作为维护 结构。考虑到连续墙配筋较多，混凝土强度较 高，盾构直径较大，人工凿除盾构始发范围内 的钢筋混凝土成本较高、工人劳动强度大、且 存在一定的施工风险，因此在西线盾构切削范 围内连续墙采用了 GFRP 筋代替钢筋，同时混 凝土也由 C30 降低为 C20。 经计算盾构通过处围护墙的变形和内力见 图 1 所示 第三届铁路隧道年会论文集 , 包络图 水土合算 矩形荷载 33 2005-12 3 GFRP 筋的设计 3.1 GFRP 筋的特性 GFRP 筋由玻璃纤维和树脂经热融合而 成，与钢筋相比其特点为 ① 重量轻，约为钢筋的 1/4，便于操作； ② 抗拉强度高， 剪切强度低， 为脆性破坏； ③ 不考虑其受压能力； ④ 弹性模量低，约为钢筋的 1/4； ⑤ 与混凝土的粘结力近似； ⑥ 无法进行除切割以外的现场加工， 如焊 接、弯曲等。 本设计采用 GFRP 筋代替钢筋就是利用其 抗拉强度高， 剪切强度低， 为脆性破坏的特点， 使得盾构刀具能够轻而易举的把 GFRP 筋切成 小段， 经排泥管排出。 GFRP 筋材料属性见表 1 所示 GFRP 筋 直径 （mm） GFRP 筋 面积 Af（mm2） GFRP筋保 证抗拉强度 ffu（MPa） GFRP 筋 弹性模量 Ef（GPa） GFRP 筋抗拉极 限应变εfu Φ16（5） 217.56 655 40.8 0.0160 Φ19（5） 295.5 620 40.8 0.0152 Φ22（7） 382.73 586 40.8 0.0144 Φ32 （10） 807.34 517 40.8 0.0118 3.2 GFRP 筋的设计计算 由于盾构井连续墙为临时结构，因此在本 工程中环境影响因子取值为CE＝1.0。换句话 说， 不经折减GFRP筋的保证强度和极限应变直 接应用到设计中。初步选取竖直抗弯筋采用 10GFRP筋。 3.2.1 抗弯承载力计算 （1）GFRP 筋配筋率 bd Af fρ ，其中 b 为截面计算宽度，d 为 截面有效高度； （2）平衡配筋率 fucuf cuf fu c fb fE E f f ε ε βρ 1 85. 0 其中 1 β为 0.85，但混凝土强度达到或超 过 27.6MPa 后，强度每增加 6.89MPa，则其值 减少 0.05，但不小于 0.65。 为混凝土的抗压强度。 c f cu ε为混凝土的极限应变，一般取 40200-20-40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 m深度 mm水平位移 Max 35.1 2000 10000-1000-2000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 m深度 kN*m/m弯矩 -703.1 1382.6 1000 5000-500 -1000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 m深度 kN/m剪力 184.9kN/m 412kN/m 511.8kN/m 653.3kN/m 473.9kN/m 673.7kN/m -473.3 571.4 图 1 围护墙内力图 第三届铁路隧道年会论文集 0.003。 （3）GFRP 筋抗弯承载力 如果 fbf ρρ，即混凝土受压破坏 GFRP 筋承受的拉力为 f f fucufcuf f c cuf f fEE f E f≤ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −εε ρ β ε 5 . 0 85. 0 4 1 2 GFRP 筋承受的弯距为 2 59. 01bd f f fM c ff ffn ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − ρ ρ （4）抗弯强度折减系数 考 虑 到 GFRP 筋 是 脆 性 破 坏 材 料 ， ACI440.R-03 按照偏于保守安全的原则引入抗 弯强度折减系数的概念，根据构件的截面破坏 型式是混凝土压碎还是 GFRP 筋断裂破坏，采 用了不同的抗弯强度折减系数。 该系数的引入， 同时也提高了结构抗震设计中基于构件延性的 安全储备。 fbf fbffb fb f fbf for for for ρρ ρρρ ρ ρ ρρ φ 4 . 17 . 0 4 . 1 2 5 . 0 ≥ 5m，5 条/m ；②、走向 0～10 的垂直节理，延伸长 1～2m，1～3 条/m。 地表勘察结合钻探资料，山坡表层为粉质 黏土，褐黄色，硬塑，局部夹有泥质灰岩、灰 岩成分的碎、块石，厚 8～26m ；下伏页岩 上部为强风化，灰黑色，节理、裂隙发育，岩 芯多呈碎块状，厚 2.4～9.0m；下部为弱风化， 节理裂隙发育，岩芯多呈短柱状。山坡土壤孔 隙水及基岩裂隙水较发育，埋深 1.5～19.4m， 受降雨影响明显。 3 隧道坍塌及稳定性评价 2005 年 5 月 24 日洞口边仰坡开挖防护完 毕后采用上台阶进洞开挖， 6 月 19 日洞口边仰 坡出现局部开裂，为防止边仰坡滑坍，采取在 护拱上修建浆砌片石坡脚挡墙，局部开裂部位 采取 5 米小导管注浆加固的处理措施。到 8 月 9 日，隧道上台阶累计开挖 86 米，初期支护后 的监控量测显示围岩处于变形速率约 2mm/d 的缓慢变形情况下，8 月 9 日 700 监测变形 速率异常为 12mm/d，至当日 1830 变形速率 达到 52 mm/d 并在拱顶发现一条细小裂纹，到 8 月 10 日 700 监测变形速率达到 110mm/d， 其裂纹宽度发展到 32mm，至 1000 洞内发生 坍塌并扩展到距洞口约 20 米的地方， 未坍塌段 初期支护和边仰坡已严重变形且有掉块现象， 地表纵向裂缝最宽处达 20 厘米， 5 天后洞口段 也全部坍塌，塌方量达。 从隧道坍塌后的地表勘察看，地表裂缝主 要集中出现在线路左侧 30m 至右侧 20m 范围 内，平行洞轴为主，贯通最长的 45m，最大张 开 20cm。 从地表变形开裂现象分析， 地表变形 开裂的主要原因是由于隧洞洞体坍塌后，洞体 以上一定范围内的岩体发生破坏沉陷，导致地 表变形开裂、形成纵横裂缝。从地表裂隙的分 布范围、形态、延伸方向、规模等方面判断， 洞顶岩体破坏的范围并未超越洞体破坏的影响 范围，没有引起山体坡表深厚层坡残积层沿基 方法浅析 马 涛 （铁道第四勘察设计 ［摘 要］ 塌方事故经常发生在浅埋隧道施工 失的一个重要安全隐患。随着我 越来越大,隧道施工过程中围岩稳 讨了浅埋隧道塌方处治中超前支护 衬砌结构的内力情况；给出了浅埋 ［关键词 第三届铁路隧道年会论文集 49 2005-12 岩面发生滑移失稳破坏，山体整体是稳定的。 但若不及时采取有效措 能诱发堆积层的滑移失 个山体的稳定，对工程安全造成极大的危胁。 4 超前支护作用分析 对于松散的坍塌体，隧 发生片帮冒顶，形成松动压力，其中比较有代 适合于埋深极 散地层开挖后 力的存在， 使 根据岩柱理论 尤其应 支护，否则很难成拱，极易使顶板 完全塌方。 浅埋暗挖时通 常采用的一种超前支护技术，在拟开挖的地下 隐埋弧线上，预先设置 惯性 用。 行超前预加固时，加固 用，承载拱上部的岩层 重量， 使拱内部围岩与支护系统处于免压状态， 部围岩与支护系统受到的力仅是由于拱向 隧洞方向的变形引起的形变压力。当管棚为惯 钢管，且沿隧道开挖轮廓周 个稳定的“简支梁”支撑 结构。 施进行加固处理，则可 稳，甚至于可能危及整 采用管棚注浆法进 圈将起到“承载拱”的作 道开挖后，围岩会 性力矩较大的厚壁 表性的理论是岩柱理论和普氏理论。岩柱理论 浅的隧道。岩柱理论认为，在松 ，由于洞顶下沉及岩柱两侧摩擦 顶部岩体卸载， 而两侧岩层加载。 ，隧道开挖后边墙侧压很大。因 边密布时，加固圈的变形较小，因此，隧道支 护结构所承受的上部荷载大大减小。另外，在 管棚进口端一般加有套拱基础，另一端伸入到 隧道围岩较为完整、坚硬处，这样就可以对上 部破碎软弱岩石形成一 此，在开挖前必须进行超前加固措施， 加强墙部的 普氏理论适合于埋深较浅的隧道。 普氏理论认为，隧道开挖后，顶部岩体失去稳 定，产生坍塌，并形成自然拱。随之，隧洞两 侧由于应力集中而逐渐破坏。因此，顶部坍塌 并进一步扩大形成塌落拱。根据普氏理论，对 上覆围岩破碎且埋深较浅的隧道，如果不进行 超前支护，则隧道拱部极易坍塌。因此应加强 对隧道拱顶的支护。 管棚注浆法是地下结构工程 隧道或结构的衬砌拱圈 力矩较大的厚壁钢管，起临时超前支护作 用，防止土层坍塌和地表下沉，以保证掘进和 后续支护工艺安全运作[2]。当遇到断层破碎带 及松散坍塌体时，管棚结合超前注浆可成为有 效的施工方法 （管棚注浆法） 。 由于该工法具有 不需要大型机具设备、工艺简单、见效快等特 点，因而在地下工程松软地层开挖中被广泛采 拱内 5 二次模筑衬砌有限元计算 隧道塌方处治时，二次模筑衬砌预计会承 受较大的围岩徐变压力，因此有必要验证拟定 二次模筑衬砌结构的安全性。二次模筑衬砌的 设计通过荷载结构模型计算分析后确定。考 虑到初期支护担负着一定的围岩荷载，且辅助 施工措施采用了管棚注浆法加固也有利于减少 围岩压力，故将上覆全部土体自重的 70作为 二次衬砌的垂直压力，侧压力亦比照处理。 本文采用 SAP84 V6.5 软件进行计算， 二次 模筑衬砌拟定为 70cm 厚 C30 钢筋混凝土，坍 塌体容重 3 19/kN mγ，计算摩擦角 0 35ϕ， 弹 性 反 力 系 数 150/KMPa m ， 高 度 33Hm ，列车荷载38.6kPa，假定二次衬砌 承受 70％上部土柱荷载。 荷载计算方法参照文 献，计算模型共划分 66 个单元，围岩弹性抗 力采用压弹簧模拟。 [3] [4] 通过计算，隧道二次模筑衬砌弯矩图、轴 力图分别见图 1、2 第三届铁路隧道年会论文集 图图 1 二次衬砌计算弯矩图 生在墙脚处，分别为 908.4kNm、3676kN。二 比较均匀，最小的轴力出现在拱顶，最大轴力 2 二次衬砌计算轴力图 计算显示隧道二次衬砌的拱顶、墙脚以 及拱侧是受力薄弱部位，最大弯矩与轴力均发 次衬砌弯矩主要发生在拱部与墙脚处，边墙及 仰拱处的弯矩值较小；二次衬砌轴力分布相对 出现在拱脚。 根据计算结果，主筋选用 Φ22 的 20MnSi 钢筋，纵向间距 150mm，结构安全系数为 2.6， 满足相关规范要求。 保施工安全，隧道开挖前进行边仰坡加固。边 仰坡加固采用坡面小导管注浆及网喷混凝土的 加固措施，其设计参数为小导管 φ42 钢管， 长 L-4m，梅花形布置，间距 1.5m1.5m， C20 网喷混凝土厚 8cm，钢筋网采用 φ6 钢筋，网 格为 20cm20cm。 1.管棚注浆法超前支护措施 为充填坍塌体内部空隙及裂缝，降低岩土 渗透性，改善坍塌体的力学性能，增强其整体 道坍塌体及受坍塌影响周壁围岩进行加固，预 加固范围为开挖轮廓线外 6～8m 以内所有坍 塌体。 （2）长管棚施 为确保施工安用长管棚超前支 护措施，管棚采用热轧无缝钢管（壁厚 δ 部 180范围内向间距 25m（每环管棚长 水平搭接长一环管棚长 采用 L-4mφ25 中空注 浆锚杆， 一榀布置；二次衬砌采 用 70cm 厚钢筋混凝土结构，并对原衬砌断面 外轮廓进行了优化，使其更符合隧道结构受力 特征。隧道坍塌前后所采用衬砌断面对比如图 3 所示 6 塌方处治方案 根据隧道段坍塌情况及该段工程地质、水 文地质条件，采取如下处理措施 6.1 地表 地表裂缝采用黏土夯填堵塞，并用水泥砂 浆进行封闭；地表设置截排水沟，将地表水引 排至沟谷，以防地表水下渗形成危害。 6.2 洞口 为防止隧道洞口边仰坡发生二次滑坍，确 6.3 洞内 （1）隧道注浆预加固措施 性，设计采用上半断面周边超前注浆方式对隧 超前支护措 全，设计采 φ108 ＝8mm） ，拱设置，其环 为 30cm，纵向间距30m， 度 5m，最后15m） 。 2.隧道支护及结构 初期支护采用 30cm厚 C20网喷混凝土 （设 双层钢筋网） ，系统锚杆 间距 1m1m， 边墙设置， 钢架采用 I20a 工字钢架，间距 0.5m 50 2005-12 第三届铁路隧道年会论文集 （ 后衬 时突发及多期发生的特点。浅 埋隧 深、 坍塌情况,采取不同 （2） 管棚注浆法作为一种行之有效的辅助 工法,其力学效应是显著的,特别是在浅埋隧道 段，由于围岩自承能力工 岩施加强支撑，才能保证施工及隧 道结构的安全，但是实际施工中对其施工及维 护质量必须严格要求。 3）程中也要对工程周围岩体、 地 情况进行实时检测分析,以避免塌 方事故的产 （4）从施工角度考虑,能够及时构筑二衬 及仰拱,早形成封闭式支承体系,加快形 参考 TB100032005， J449版社，2005. a）坍塌前衬砌断面 （b）坍塌体处治衬砌断面 图 3 隧道坍塌前 7 主要结论 通过对浅埋隧道围岩塌方事故的分析及处 治方案的研究，可以得出以下结论 （1）隧道塌方源于多因素的共同作用,具 有外因诱发、适 砌断面对比 道塌方一般会波及地表，坍塌荷载很大， 对施工安全及周围环境影响较大，对浅埋隧道 塌方处治应根据隧道埋 的处理方案[5]。 破碎围岩地 中需要对围 很弱，施 （施工过 下水及降水 生。 围岩变 稳定过程,可有效地抑制变形及塌方事故。 文献 [1].宜万铁路宜昌至万州段新建工程施工 资料，铁道第四勘察设计院，2005.11 [2]. 伍振志，傅志锋，王 静等，浅埋松软 地层开挖中管棚注浆法的加固机理及效果分 析， 岩石力学与工程学报， 2005.3， Vol.24 No.6. [3].铁路隧道设计规范（ 2005） ，北京中国铁道出 [4].SAP84 微机结构分析通用程序用户手 册（版本 6.5） ，北京大学，2005. [5]. 霍玉华，浅埋公路隧道施工塌方事故 的预防与整治技术研究，中国安全科学学报， 2005.7，Vol.15 No.7. 51 2005-12 第三届铁路隧道年会论文集 52 2005-12 铁路隧道工程结构防排水设计理念及施工措施的探讨 殷怀连 张民庆 （铁道第四勘察设计院城建院 404020） ［摘 要］ 本文通过剖析现行铁路隧道有关结构防排水的技术规范，结合目前我国施工水平 现状，指出施工过程中普遍存在的难以解决的技术问题。针对施工的客观实际， 对铁路隧道工程结构防排水的设计和施工技术措施进行了探讨，期望能对铁路隧 道工程结构防排水的设计与施工起到一定的指导意义。 ［关键词］ 铁路隧道 结构防排水 技术规范 设计理念 1 前言 随着我国综合国力的增强，对铁路、公路 步增加，并且为适应铁路客运 舒适 是难度都 在提 公路隧道、乌鞘岭隧道，以 及正 对于隧道防排水设计 始终 道有 5000 余座， 其中半数以 上都 要 更新，以适应飞速发展的隧道设计水平，迎接 铁路隧道建设高潮。 2 现行铁路隧道工程结构防排水技术规范 目前，我国铁路隧道工程有关结构防排水 的设计、施工与验收主要参照以下技术规范 规 范 ；2铁路隧道设计规范 TB10003-2001；3铁路隧道喷锚构筑法技 ；4铁路隧道施工 规范 工程结构防 理的 隧道工程， 结 构防 采取注浆措施，从而降 低地层的渗透水能力、渗漏水量和渗水压力， 以达到加固围岩和形成截水帷幕的目的，提高 隧道工程结构防排水效果。注浆防水主要技术 措施有超前预注浆、支护前围岩注浆、回填注 浆、衬砌内注浆、衬砌后围岩注浆。 2.2 防水层（防水板）防水 防水层防水或防水板防水是指在初期支护 和二次衬砌之间设置防水层或防水板，阻止地 下水进入隧道内，或者使得地下水按照设计通 道（预埋排水管）进入隧道内。目前铁路隧道 工程中常用防水板防水。防水板防水有全包式 防水和半包式防水，主要采用半包式防水。防 水板布置型式如图 1。 等建设投资进一 、高效、快速等要求，铁路等级越来越高， 势必造成隧道无论是座数、长度，还 高，特别是对于渝怀铁路、宜万铁路等穿 越可溶岩地层的隧道，势必要求隧道设计、施 工水平都要适应新时期的要求。 应该说我国对于长大复杂隧道的设计水平 有了显著提高， 比如大瑶山隧道、 长粱山隧道、 秦岭隧道、终南山 在建设的宜万铁路中的堡镇隧道、野三关 隧道、齐岳山隧道。在又一轮的铁路、公路建 设高潮中，不同长度、类型的山岭隧道将大量 涌现， 隧道设计技术面临的既是机遇又是挑战。 但是不可避免的是，在隧道设计、施工水 平有了显著提高的同时， 是薄弱环节，设计观念陈旧，质量欠佳， 渗水、漏水在已经建成的隧道中屡见不鲜。目 前， 全路运营的隧 有不同程度的渗漏水病害，在隧道渗漏水 病害中又尤其以施工缝漏水为多，应该说，隧 道防排水设计水平包括设计理念都迫切的需 1 铁 路 隧 道 防 排 水 技 术 TB10119-2000 术规范TB10108-2002 TB10204-2002；5铁路隧道工程施 工质量验收标准TB10417-2003。 现行技术规范对铁路隧道工程的结构防排 水原则是基本一致的，应遵循“防、排、截、堵 结合，因地制宜，综合治理”的原则。针对隧道 排水，应采取切实可靠的设计和施 工措施，以达到防水可靠、排水通畅、经济合 目的。 综合现行的技术规范， 针对铁路 排水设计与施工主要技术有以下几个方面。 2.1 注浆防水 注浆防水是指通过 第三届铁路隧道年会论文集 图 1 防水板布置示意图 2.3 下 工程防水技 （全包式、半包式） 2.4 三缝防水 铁路隧道工程针对三缝防水主要通过在施 工缝、变形缝等设置遇水膨胀止水条，或者止 水带阻隔衬砌背后水进入隧道内。参照地 图 2 施工缝防水示意 盲沟或盲管排水 盲沟或盲管排水是指针对初期支护完成后 的一些渗流水，通过设置纵向和环向透水盲沟 或盲管，将隧道衬砌背后地下水引排至隧道两 侧的排水沟。目前，铁路隧道工程常采用盲管 排水。 术规范对于施工缝的防水主要有 遇水膨胀止水条、外贴式止水带、中置式止水 带三种模式，如图 2。 图 53 2005-12 第三届铁路隧道年会论文集 54 2005-12 2.5 结构自防水 结构自防水是充分利用混凝土自防水能 力，以达到结构防水的目的。 3 现行技术规范所存在的主要问题 3.1 规范规定广而全， 但主次不清， 重点模糊。 现行规范在结构防排水方面基本上都做出 了较为详细的规定，采取了比较齐全的施工技 术措施，以形成多道防线防水。事实上，有相 当一部分与现场有脱节，执行起来困难，或者 既使执行了，也难以取得良好的效果。对于铁 路隧道工程，工程的不同地质条件和水文地质 特征决定了它应采取不同的防线，达到不同的 防线设置能力。例如浅埋隧道和深埋隧道、软 岩隧道、富水隧道和贫水隧道、岩 岩溶隧道等等，它们具有相互对立 的地质条件特征，其结构防排水要求和技术措 施应该是不同的，但现行的规范在这方面规定 一般都是比较模糊的，这样，设计中必然存在 技术措施的主次不分，继而造成防排水失效， 隧道建成后渗漏水严重， 以致于形成目前“多道 防线、道道不防”，其实，这主要是由于结构防 排水设计的主次不分所决定。 3.2 对防水板的认识不足， 设计与施工严重脱 节。 通过在初期支护和二次衬砌间铺设防水板 这一不透水层，从而阻止地下水进入隧道内， 从理论上说，没有任何问题。但是尽管防水板 无论从材料性能、缓冲层等方面有了很大的改 善，仍难以保证隧道修建后不渗不漏。 铁路、市政的几座隧道 表 1 所示。 隧道渗漏水部位统计结果表 表 1 岩隧道和硬 溶隧道与非 笔者统计了公路、 渗漏水情况，如 各渗漏水部位所占比例（） 隧道名称 渗漏水数量（处） 砼裂缝 蜂窝麻面 备 注 施工缝 107 国道某隧道右线 361 82.1 人工模筑砼，未设防水板6 11.9 国道某隧道左线 152 95.1 4.4 0.5 泵送砼，未设防水板107 京九铁路某隧道 214 99.7 0 0.3 泵送砼，半包式防水板 广州地铁某区间隧道 41 100 0 0 泵送砼，全包式防水板 由表 1 可以看出，隧道工程采取全包式防 水板比半包式防水板结构防排水效果好，采取 半包式防水板比不设置防水板其渗漏水量少， 因而，在隧道工程中采用防水板能有效地提高 结构防排水效果，但无法避免隧道建成后的渗 漏水。 水板之所以不能达到设置后隧道不渗不 漏，主要是由于以下几个原因。 1） 一般防水板幅宽仅为 2～4m， 因而防 水板焊缝数量很多，数量很多的焊缝处理历来 是施工的薄弱环节，施工中很难保证每个焊缝 都能达到质量 100。 2） 山岭隧道采用爆破法施工， 控制好超 欠挖难度很大，目前单线隧道（120km/h）大 约 1/3 左右Ⅳ级围岩需要设置钢架，而要按照 钢架设计要求进行喷混凝土的话， 厚度的喷混凝土，而现行隧道标准图中，Ⅳ级 围岩喷混凝土厚度一般为 10cm， 施工单位在施 作时候一般做法就是将喷混凝土喷成波浪形， 在施作二次衬砌灌注混凝土的时候，很容易将 防水板拉裂。 （3）浇筑混凝土时拱部防水板容易拉裂。 （4） 捣鼓棒进行混凝土捣鼓时， 易将防水 板破坏，特别是对于Ⅳ级围岩段，混凝土喷成 波浪形更容易破坏防水板。 （5） 防水板设置容易造成衬砌和围岩的不 密贴，形成水囊。 （6） 防水板使用寿命与隧道使用寿命不配 套，不能满足隧道设计使用寿命年限。 （7） 地下水的串通性决定了， 如果施工中 不注意使防水板局部破坏，那么水就会沿隧道 串通，导致防水板防水效果大大降 防 （ （ 需要 23cm线路纵方向 第三届铁路隧道年会论文集 55 2005-12 论从材料、施 目前实 100的防水效果，试 防水板就能万事大吉的想法不太现 实，从已建的隧道工程的渗漏水情况就可以证 明这上认识。况且，目前防水板使用寿命只有 20 年， 其耐老化性能也不能满足隧道使用寿命 要求。 3.3 三缝防水是铁路隧道防水的关键， 但三缝 防水过多地依赖于止水系统。 主要部位是在施工缝处， 特别是防水板的使用， 使二次衬砌混凝土有一个良好的施工环境，基 防水混凝土的施工质量容易保证，道 的渗漏水部位更加集中在施工缝处 对的防采取止 水条、 止水带的止水作用。 但采用止水结构后 隧仍难以达到我们预期 的 捣固作用造成止水 凝土捣固时填充微小空 密封性较差。 在如此的环境中，即使是缓膨胀的止 水条 ， 埋置牢固 等， 3.4 体系的设计程 于铁路隧道结构防排水的设计与施工， 不能 于排 水隧 工程序如图 3。 隧道防排水设计流程 4.2 不宜 是浪费材料，耽 误时 法开挖。排水的结果使地 下水 等到 工程 低。 根据以上分析，我们应当对防水板的功能 要有正确的认识，尽管防水板无 工工艺水平等有了很大的提高，但是从 践情况来看，难以达到 图通过一层 由表 1 统计结果来看，隧道工程渗漏水的 本达到了在无水条件下施工，因此，二次衬砌 命达 100 年，如何保证在使用寿命年限时间内 一直排水通畅就是最大的难题了。 4 对铁路隧道工程结构防排水体系设计与施 工的建议 4.1 建立铁路隧道结构防排水 这样，隧 。 于施工缝水，隧道工程主要 ， 道施工缝的防水的目 ，这主要是因为 （1）混凝土容易带变 形， 橡胶止水条在混隙， （2） 尽管对于止水条、止水带包括混凝土 浇灌技术做了严格的要求，比如止水条要求具 有缓涨性能、7 天的膨胀率不应大于最终膨胀 率的 50％，但是不可否认的是隧道施工环境， 特别是对于岩溶隧道，不可能使得隧道环境保 持干燥， 止水效果也不能保证。 （3） 对于止水带要求位置准确 对于止水带要求定位准确，也历来是施工 中很难解决的问题，也就是直接导致隧道在修 建后的几年内施工缝就成了隧道渗漏水的主要 途径之一。 透水管盲沟的寿命期 对于透水管引排限量的地下水，经过实践 证明是很好的防排水措施，在隧道修建初期有 明显的效果，但是隧道作为永久工程，使用寿 图 3 序 对 千篇一律，首先应根据隧道所处环境对于 地下水的敏感性、地层岩性、地下水的腐蚀性 等考虑，将隧道划分为防水隧道、排水隧道， 然后针对防水隧道采用“以堵为主， 限量排放”， 一般限量排放标准可制定为 1～5m3/d。对 道采用“以排为主”的防排水理念。铁路隧 道结构防排水体系的设计与施 加强注浆堵水设计理念和施工技术水平， 采取遇水就排的结构防排水思路。 在现代铁路隧道工程施工中，往往有着一 种错误的施工理念，认为堵水 间，因此，一旦施工中出现了涌流水，就 会想到排水，除非无 管道更加畅通，最后到采取注浆封堵时， 施工难度加大，堵水质量及效果降低。在 快要交验时，二次衬砌渗漏水情况相当严 重，无耐，只有采取破坏防水板结构，破坏二 次衬砌的完整性，造成防水板和二次衬砌的千 第三届铁路隧道年会论文集 56 2005-12 。同时，二衬完成后的注浆堵水会使地 下排堵水主要 堵水三种模式。根据地质条件，按表 2 选择注 方案。 工程 方案主要内容 疮百孔 水系统破坏。一般来说，后期的堵水有一 定的效果， 但其堵水寿命期很短， 往往只有 1～ 3 年后就又会发生大量渗漏水。 隧道工程的注浆堵水是保证隧道开挖，保 宜万铁路隧道 序号 适用地质条件 证防水板施作质量的基础，因此，注浆堵水工 作应在防水板施做前全部完成。注浆 有超前预注浆堵水、径向注浆堵水和局部注浆 浆施工加固 注浆加固方案选择表 表 2 全断面超前 预注浆 （方案一 施工中可能发生严重突水涌泥地段。② ） ①可溶岩与非可溶岩接触带， 断层破碎带及向斜、 背斜核部， 物探 地质探孔单孔涌水量Q≥40m3/h。③实测 全断面超前帷幕注浆，注浆加固 异常地段，超前 水压P水≥2MPa。 范围为开挖工作面及开挖轮廓线 外正洞 8m，平导 5m。 全断面超前 预注浆 ①可溶岩与非可溶岩接触带， 断层破碎 施工中可能发生严重突水涌 地质探孔单孔涌水量 （方案二） 带及 泥地段。②物探异常地段， Q≥40m3/h。③实测 ＜2MPa。 向斜、 背斜核部， 超前 水压1MPa≤P水 全断面超前帷幕注浆，注浆加固 范围为开挖工作面及开挖轮廓线 外正洞 5m，平导 3m。 径向注浆 开挖 常地段，超前地质探孔涌水量2m /h≤Q≤40m /h，开挖后大 ①一般富水地段，岩体较完整，能保证 3 面积渗水。③实测水压P 安全。②物探异 3 径向注浆方案，注浆加固范围为 开挖轮廓线外正洞 5m， 平导 3m。 水＜1MPa 局部注浆 ①一般富水地段，岩体较完整，能保证 水。③初期支护完成后不能满足设计的允 开挖安全。②局部出 许排水标准。 局部注浆和局部补充注浆 注浆材料主要采用普通水泥单液浆（简称 C 浆） 、 普通水泥-水玻璃双液浆 （简称 C-S 浆） 、 超细水泥单液浆（简称 MC 浆） 、超细水泥-水 玻璃双液浆（简称 MC-S 浆） 、TGRM 浆（简 称 T） 、HSC 浆。注浆材料使用时，应按以下 原则行选取。注浆材料配比参数可参考表 3。 浆液配比参 表 3 配比参数 浆 进 数表 序 比 体积比 水玻璃浓度 号 名 称 水灰 1 普通水泥单液浆 WC0.61～0.8 1 2 超细水泥单液浆 WMC0.61～0.8 1 3 普通水泥-水玻璃双液浆 WC0.61～11 CS11～10.3 30～35Be’ 4 超细水泥-水玻璃双液浆 WMC0.61～11 MCS11～10.3 30～35Be’ 5 TGRM 浆 WC0.81～11 6 HSC 浆 WC0.81～11 ①按照地质构造条件不同，在一般断层破 碎地 用 C 浆， 特殊地段应采用 MC 浆。 合采用 C 浆、 C-S 浆、 水条 件下段，宜采用 C 浆、C-S 浆等普通型注浆材 料。在砂层地段，应采用 MC 浆、MC-S 浆、T 浆和 HSC 浆等超细型特种注浆材料。 ②按照注浆方案不同， 在径向注浆施工时， 一般地段可采 在超前帷幕注浆施工时， 应综 MC 浆、MC-S 浆、T 浆和 HSC 浆综合注 浆材料体系。 ③按水文地质条件不同，在一段富水条件 下可采用 C 浆、MC 浆。但在高压、强富 ， 应综合采用 C 浆、 C-S 浆、 MC 浆、 MC-S 浆、T 浆和 HSC 浆综合注浆材料体系。 ④采用综合注浆材料体系时，应按照由粗 到细、由单液到双液、由高浓度到低浓度三个 准则进行动态调整。 4.3 采取半包式防水板，强调砼自防水作用。 由表 1 渗漏水统计结果来看，采取防水板 防水后，二次衬砌混凝土质量基本上不会出现 裂纹和蜂窝麻面，防排水效果有很大的提高。 第三届铁路隧道年会论文集 57 2005-12 此，在后期 改为 铁路工程中也应采取半包式防 后，如果二次衬砌混凝土不能防水 现渗漏水问题，因此，混凝土自防水工作也应 强调 4 大的影响关系 的隧道围岩 围岩类 围长度（ 因此，尽管防水板不能彻底解决结构的不渗不 漏，但对提高防水等级有着十分重要的作用， 应广泛采用。广州地铁一期工程设计采取全包 式防水，但应用效果并不理想，因 半包式防水，笔者认同这一观点，建议在 水。防水板施作 ，一样会出 。 .4 建立分区防水的设计理念 一般隧道，结构渗漏水同围岩类别有着极 。表 4 统计了某渗漏水相当严重 别对渗漏水影响。类 别对渗漏水影响表 表 4 岩类别 m） 渗漏水点数 （处） 频 度 Ⅱ 76 47 1 处/1.6m Ⅲ 366 248 1 处/1.5m Ⅳ 112 24 1 处/4.7m Ⅴ 180 42 1 处/4.3m 由表 4 可以看出，地质条件对隧道渗漏水 影响很大。地质出现频度 反之，地质条件频度高 水严重。同时类别较 地质条件较好，开挖施，但隧道 成后，仍出现了渗漏水，这主要有两个方面的 原因， 一是隧道开挖引起了地下水通道的改变 二是防水板施工后，纵向串通。 般来说，在隧道选线时会尽量选择围岩 地质 岩区段 两侧 水设计中问题最大的就是施工 水的时候， 进行注浆封堵， 再出现渗漏水的时候，再，如此 循环，实现施工缝防水的“可维护”性。应该说， 可 大突破， 水带或者“可维护，都是 何对 布设 下水进行截排，引入排 水沟内，但是对于施工缝却单单采用防水的办 预留凹槽，缝处就形成了一个排水 道，靠近隧道内置半圆形 用嵌缝膏或者快凝水泥封堵阻止渗漏水 道内，这样施工缝渗漏水就可以引排至 ，并且情况对 ， 从而可维。 条件好，渗漏水低； 然后采 差，渗漏水出现，渗漏 进入隧 ，可以看出，尽管围岩高， 水沟内 工干燥无水完 行更换 ， 地下水会沿隧道 一 条件较好的地层，因此，软岩所占的比例 较小，硬岩所占的比例较大，为此，应针对这 一特点，采取分区防水的设计理念，将水控制 在软岩区段。分区防水的方法是，在软 应增加止水条，防止地下水沿初期支护与 二衬之间纵向串通。 4.5 不赞同施工缝的可维护性防水， 建议采取 可维护性排水措施 现行的防排 缝防水设计，为了解决施工缝的防水不可靠的 问题，近期提出了施工缝的“可维护防水系统” 的设计理念，也就是对于施工缝除了采取止水 条、止水带进行防水外，另外预埋注浆管，当 隧道施工缝出现渗漏 从而使得施工缝重新达到防水效果，然后如果 进行注浆封堵 对于施工缝的“ 提出， 是对于隧道 维护防水系统”的设计理念的 防排水设计理念的一 但是由于材料、 水只能得到暂时 施工等原因造成的施工缝渗漏 解决。对于传统的止水条、止 防水系统”的循环注浆 建立在对于施工 是在考虑如 缝的防水的设计理念上的，都 于施工缝进行防水。对于隧道 衬砌背后地下水 环向、纵向盲沟对于地 ，目前在设计中经常采用 法，对于同一地段的隧道，为什么施工缝就不 能采用排水。能不能对于隧道施工缝完全抛弃 “防水”的理念，采用“排水”的设计理念。在进 行混凝土浇灌的时候在施工缝靠隧道内一侧处 这样在施工 通侧，设排水管道， 可以根据排水封堵材料进 实现排水通道的护性 （图 4） 图 4 可维护排水施工缝 第三届铁路隧道年会论文集 58 2005-12 铁不渗不漏的质量目标，应是 话题，也是一个必须解决的问题， 防排水设计理念的一点想法，起到 抛砖引玉的作用，广大铁路建设工程技术人员 和科学工作者去对隧道防排水技术进行进一步 的探索、研究和完善，从设计理念上、从根本 上解决，使得隧道设计的薄弱环境能上一个 阶。 参考文献 铁路隧计规范.人民共和国铁 道部 [2]铁路隧道防排水技术规范.