严寒地区隧道防排水施工技术探讨

严寒地区隧道防排水施工技术探讨

陆伟贺

中铁十一局集团第二工程有限公司湖北十堰442000

摘要：寒区隧道防水排水是一个系统工程，寒区隧道防水排水施工质量是隧道综合评价的重要指标，直接影响隧道的使用寿命和铁路安全。平安隧道位于黑龙江地区，受冻害灾害的影响，对隧道防水排水质量提出了更高的要求。本文介绍了平安隧道隧道施工的实例，介绍了寒区隧道施工的具体方法。

关键词：严寒地区；隧道；防排水；施工技术；探讨；

1前言

严寒地区隧道工程的防排水施工质量取决于众多因素，其中完全贯彻设计思想、精心施工是搞好严寒地区隧道防排水的关键。只有统筹设计、精细施工，严寒地区隧道的防水排水体系才能做到完备而没有缺陷。采取有效的、可靠的防水材料和技术措施，规范施工工艺，严格卡控施工全过程，对确保隧道防排水质量、延长隧道的使用寿命、确保隧道正常运营和安全起着举足轻重的作用。现就平安隧道防排水施工技术做粗浅探讨，并对一些重点工序进行分析研究，为今后严寒地区隧道防排水施工起到一定的技术积累和借鉴作用。

2工程概况

平安隧道为铁路双线隧道，全长1220m。隧道主体为复合式衬砌结构，复合式衬砌由初期支护、防水隔离层与二次衬砌组成。隧址区全年平均气温在-18.1—20℃，最热月（6-8月）平均气温为20.8℃，最冷月（一月）平均气温为-19.3℃，土壤最大冻结深度2.05m，土壤标准冻结深度为1.22m。依据文献，该地区可划为严寒地区。

3保温型防排水设计

平安隧道进出口500m范围内采用保温型防排水系统。设计时，采用φ42钢花管对隧道拱墙及仰拱进行全环封闭性注浆堵水，在初期支护上设置环向排水盲管，边墙墙脚处设纵向排水盲管，仰拱设横向排水盲管，将纵向、环向排水盲管中的水排入深埋中心排水沟内。

在拱墙衬砌和初期支护间设双层防水板，防水板间设5cm厚聚氨酯保温层。二次衬砌采用防水混凝土，环向施工缝采用中埋式橡胶止水带和背贴式橡胶止水带，纵向施工缝采用钢边中埋止水带。

4设计理念

隧道保温型防排水设计采用了“先堵、后排、再防”的综合防排水原则，达到“限制水量，保温治冻，排水通畅”的设计目的，采取了多项新颖的保证严寒时期排水系统通畅的设计措施，具体分析如下。

1)全环注浆堵水，注浆深度为3m。通过注浆对拱墙及仰拱全环初期支护背后3m范围内的围岩裂隙进行封堵，减少及控制裂隙水渗入，保证衬砌背后无水或少水，从控制水的源头来控制病害，从而减少或避免严冬低温条件下冻胀现象的发生。

2)在洞口段受外界严寒气温影响较大、易产生冻胀的500m范围内，拱墙与初期支护之间设置5cm厚的聚氨酯保温层加内外2层防水板，与二次衬砌一起保障严冬时期衬砌背后环向、纵向排水系统以及局部水囊处温度在0℃以上，保证了衬砌背后无冻胀现象发生。第1层防水板主要防止初期支护渗水不进入拱墙衬砌，第2层防水板防止浇筑混凝土的水及水泥浆进入保温板，从而影响保温板的保温效果。

3)保证中心水沟及边墙仰拱排水管覆盖厚度，洞外设置保温出口，保障严冬时节洞内积水能顺利排出洞外。中心排水沟设置在冻结线以下，保证了主排水沟的通畅，避免了主排水沟发生冰冻堵塞：仰拱横向排水管设置在仰拱以下：边墙部位在设置电缆槽的同时，使横向排水管混凝土的包裹厚度达到140cm：在仰拱排水管、中心水沟碎石过滤层与上部混凝土之间设置保温板。通过以上措施，可以保证排水管在严冬时期不会受温度的影响而发生冻结现象。实践证明，以上措施能够解决严寒地区隧道防排水系统冻胀的问题。

5保温材料的选择

在常见的保温材料中，挤塑聚苯乙烯保温板(XPS)、硬质聚氨酯板(EPU－h)和优质保温苯板(EPS)都具有优良的保温性能。实际中，要综合导热系数、强度、柔性、材料来源、寿命和环保性能等方面选择保温材料。挤塑聚苯乙烯保温板在我国隧道保温工程中没有应用过，没有实际案例能说明它的应用效果，使用性能难以评判。该保温材料可在试验室内试验，但若用于主体工程，则有一定的风险。优质保温苯板导热系数大，根据计算，满足保暖要求时要加大厚度，这样在初期支护与二次衬砌之间预留的空间要大。一是加大开挖轮廓会增加成本，二是初期支护与二次衬砌之间夹层过厚对结构整体受力不利。硬质聚氨酯板具有导热系数小、强度高、低毒、耐老化等优点，且在国内隧道保温施工中作为衬砌外保温层是非常常见的，在工程应用中也取得了良好的效果。经过对比、分析及精确的计算，确定采用硬质聚氨酯保温板。

6聚氨酯保温板制作工艺选择

目前，聚氨酯保温层施工一般有现场发泡机械喷涂法和工厂制作现场安装法2种方法。现场发泡法施工是在现场把原材料发泡，机械喷涂在隧道轮廓上，生成聚氨酯板，具有连续性好、缝隙较少等优点。平安隧道保温层设置在初期支护与二次衬砌之间，两侧均设置防水板，若采用现场发泡法施工，聚氨酯板与光滑的防水板粘结形成整体非常困难，容易脱离，人员、机具使用数量大；在台架有效的空间和时间内，施工组织难度大；聚氨酯喷涂后，熟化时间较长，会影响下一工序的施工。预制好的聚氨酯块状板表面平顺、安装快速、工艺较现场发泡简单，但拼装板间的缝隙较多。2种施工工艺各有优缺点，但无论采用哪种工艺，第2层防水板施工都有一定的难度，因此，只能考虑保温层自身施工和质量控制的难易程度。通过对工艺进行详细的研究，最后确定采用聚氨酯板工厂制作、现场安装，缝隙采用现场发泡填充连接为整体的施工工艺。考虑拱墙部位弧度、搬运、安装等因素，聚氨酯保温板尺寸定为2m×1m(长×宽)。

7隧道保温型防排水施工技术

7.1径向注浆堵水

7.1.1钢花管制作按照设计要求制作1m长的钢花管，前端设锥头，后端设尾箍。

7.1.2钻孔及钢花管安装按照设计的环向、纵向间距在初期支护上布点、钻孔，钻孔方向尽量与初期支护表面垂直。

7.1.3注浆

注浆时，要按照钢花管的位置间隔注浆，从无水地段逐渐向有水地段注浆，先封堵可能渗水的岩体裂隙，再封堵有水部位的岩体裂隙。注浆时优先选择水泥浆，在有水封堵困难的部位，利用水泥－水玻璃双液浆快速凝结的特性进行堵水。

7.2深埋中心水沟施工

7.2.1沟槽开挖

为提高工作效率，沟槽开挖和仰拱开挖一起进行：为减少超挖，沟槽部分进行专项爆破设计。通过加密眼距、减少单孔装药量等方法进行爆破，施工过程中根据实际情况对爆破参数进行调整。

7.2.2排水管安装

开挖完成后，清除沟内虚渣，将水管外侧用土工布包裹，水管接头部位用钢丝网+砂浆进行处理，防止灌注混凝土时水泥浆渗入水管内。中心水管安装标高使用混凝土预制块进行调整，中心水管安装完毕后，进行基座混凝土浇筑。

7.2.4碎石过滤层铺设

待基座混凝土初凝后，进行碎石过滤层铺设，采用小型夯实机械进行夯实，减小工后沉降。

结束语：本文结合施工现场实例，着重从隧道设计理念、保温材料的选型和保温型防排水系统施工过程等方面进行了研究和探讨。采用内置保温层+冻结线以下深埋水沟的设计方案，解决了严寒地区隧道冻胀问题。在施工中，通过创新施工工艺和施工方法，不断提高防排水的施工质量，充分发挥了内置保温型防排水系统的防冻胀优点，保证了洞内无冻结薄弱点，排水系统正常，排水通畅。特别是先进可行的内置保温层施工技术，解决了使用外挂保温层后期维修保养的难题，保障了隧道的连续运营。

参考文献

[1]吴楚钢.新疆天山地区高速公路隧道防冻技术研究[D].重庆交通大学，2010.

[2]贾辉.气象要素对寒区隧道温度场影响及纵向分区研究[D].西南交通大学，2016.