1、高速铁路隧道防排水技术一、一、隧道防排水施工概述隧道防排水施工概述隧道防排水基本情况隧道防排水基本情况 我国铁路隧道，已规划设计、即将开工建设的铁路隧道超过5 000座，总长超过9 000 km。而隧道防水问题一直是困扰铁路建设的难题。高速铁路对隧道防水要求非常严格，防水等级为地下工程防水技术规范(GB50108-2021)规定的一级防水标准。即二次衬砌不允许渗水、二次衬砌表面无湿渍。隧道防排水防水排水初期支护砼防水板、土工布止水带、止水条二次衬砌砼注浆纵、环向盲沟及附属边沟水沟中心水沟洞内洞外洞外排水系统帷幕注浆全断面预注浆回填注浆周边小导管预注浆径向注浆二、防排水设计原则二、防排水设计原则
2、一、防水设计原则 1 隧道防排水遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理，保护环境”的原则，采取切实可靠的措施，已达到防水可靠、排水通畅、经济合理的目的。2 隧道防排水应对地表水和地下水作妥善处理。洞内排水应满足道床、人员行走面、线缆沟槽无滞水的要求，洞外排水系统完整，保证隧道结构和设备正常使用和行车安全。一、防水设计原则 3 隧道防水尽可能加强初期支护防水，以衬砌结构自防水为主题，以防水层防水，施工缝、变形缝防水为重点。二、排水设计原则 1 对水资源有严格要求的隧道，防排水采取“以堵为主、限量排放”的原则。2 时速350公里的隧道洞内设置双侧排水沟加中心排水沟，衬砌背后设置环向、纵向盲
3、沟，将衬砌外地下水引入洞内侧沟，经侧沟的汇集和沉淀后再由侧沟和中心水沟排出洞外。二、二、隧道防排水措施隧道防排水措施超前注浆堵水超前注浆堵水 防水工程措施 隧道防水工程措施包括围岩注浆堵水、初支喷混凝土防水、防水层防水、两缝防水、二衬自防水、拱顶充填注浆防水等。一、注浆堵水 注浆堵水主要适用于大的富水断层破碎带、地下水发育可能引起大量地下水流失的隧道段落。富水地段的照片突泥涌水的照片突泥涌水的照片隧道注浆堵水措施 1、注浆的目的 注浆就是在一定的压力下，将可凝固的液体压入地层中，充填凝固，从而达到改良地层性能，降低地层的含水量、空隙率和渗透系数，提高地层强度和整体性，起到加固、堵水的目的。2、
4、注浆的原理 浆液注入土体的过程，一般总是先渗透，当通道被阻，浆液渗透困难，即对周围地层进行压密，当压力继续升高，在土体中产生劈裂现象，浆液顺裂缝进一步扩散。渗透、压密和劈裂互相影响、互相补充。几种注浆方案的特点 全断面预注浆 1、加固隧道前方核心区及轮廓线外约38m范围内的围岩，防止地下水、泥等从隧道周边和掌子面突入隧道内，并加固隧道围岩；2、每循环加固段长(1550m）、掘进时必须保留止水岩盘的厚度，一般为58m。钻孔和注浆量大、作业周期长；注浆时，工作面其他作业无法进行。3、一般需设置专门的混凝土止浆墙，以抵抗浆液压力和水压力；4、通常采用分段前进式注浆，也有利用钻杆采用后退式注浆的，还有
5、全孔一次性注浆。注浆顺序一般是从外圈到内圈依次进行。几种注浆方案的特点 周边帷幕预注浆 1、以加固隧道待开挖段周边的岩体，防止岩体从隧道上方坍塌为主。2、每循环加固长度1550m，注浆时，掌子面其他作业停止。3、通常采用分段前进式或分段后退式注浆，条件允许时采用全孔一次性注浆，多圈孔时，先注外圈孔，再注内圈孔，最后依次注中间圈孔。几种注浆方案的特点 周边小导管预注浆 1、周边预注浆的一种特殊型式，在注浆孔中安设小导管，导管与支护钢架连接在一起，注浆加固的同时起到管棚的作用。2、注浆孔一般沿掌子面周边轮廓线钻设，外插角1015，钻设深度视具体情况合理确定，宜为36m。几种注浆方案的特点 径向注浆
6、 1、隧道开挖后，洞壁渗漏水较大时，或支护后围岩软弱，支护结构变形较大时，通过径向注浆达到堵水减排和加固围岩、限制变形的目的。2、根据加固厚度，钻孔可采用气腿式风钻（5m以下）或风动潜孔钻机（510m），隧道底部也可采用地质钻机钻孔。径向注浆时，前方工作面仍可平行作业。3、通常采用全孔一次性注浆，分序加密进行。注浆设备单液注浆泵单液注浆泵化学注浆泵化学注浆泵 砂浆泵砂浆泵搅拌机搅拌机注浆现场照片注浆现场照片二、二、隧道防排水措施隧道防排水措施初期支护防水初期支护防水 二、初支喷混凝土防水 喷混凝土作为防水层是被国际隧协所提倡的，但这种观点在国内尚未被广泛接受和利用。喷射混凝土层施作质量和防水效
7、果受围岩开挖、施作工艺及目前业内施工现状影响很大，要在初期支护阶段把防水做好有一定的难度，但作为复合式衬砌的最外层支护及第一道防水屏障，其在整个隧道防水体系中起着重要的作用，但现行设计多数未从防水的角度做针对性的设计。二、初支喷混凝土防水提高喷混凝土的防水质量，主要有以下几点。1 对围岩基面进行处理：包括对松散危石清理加固和对围岩渗漏水的注浆堵漏、引排等。2 对喷混凝土和围岩不完全密贴的处理：主要存在于钢架密集地段，对此主要依托于施工工艺和现场施工管理，必要时可通过围岩补注浆措施解决。(初期支护背后注浆）3 对喷混凝土材料本身的要求：包括合理调整配合比及对其有效的湿润养护。提高喷混凝土本身的抗
8、渗性和减少裂纹，并在出现裂纹后及时进行补喷。二、二、隧道防排水措施隧道防排水措施防水层防水防水层防水 三、防水层防水 隧道复合式衬砌中的防水层是隧道防水技术的核心，对确保隧道防水功能起着决定性的作用。隧道在初期支护与二次衬砌之间拱部及边墙部位均铺设EVA塑料防水板和土工布，但从已建成的隧道来看仍进行了大量的渗漏水整治。由于防水板是整座隧道拱墙通设，理论上讲，不应该有渗水，但大量出现渗水，主要是防水板有破损或焊接没有达到设计要求造成的。分区防水 原理：在复合式衬砌防水设计中，假定防水板在施工中破坏，为了限制渗漏水的范围，用分舱的方法将整个隧道防水分为许多小块区域，采用背贴式止水带与防水板热风密实
9、焊接进行分区，同时将背贴式止水带安装在施工缝(或变形缝)的位置上，既可以形成二衬分区防水，又可以保护施工缝处的防水板，并使施工缝处增加了一道有效的防水线。这样，一旦某个区域发生防水板破坏而漏水，不会因“窜流”而影响其他分区。同时在每个分区内预先设置注浆管，可针对漏水的分区进行注浆修补。思考：与其想办法进行渗漏水的整治，不如从源头抓起，确保防水板在施工中不被破环或少被破坏及确保防水板的焊接质量，通过加强现场施工管理来实现，相比隧道建成后，反复治理反复漏水要强的多。防水板 防水板采用EVA型（乙烯-醋酸乙烯共聚物）或ECB型（乙烯-醋酸乙烯与沥青共聚物），防水板生产用原材料不得使用再生料。防水板表
10、面形状：光面型和表面有凸点的立体型。防水板和土工布应分离设置。（建技【2021】13号）作用防水板作用：防渗 土工布作用：缓冲 隔离 排水通道规格及性能要求 幅宽宜为24米。厚度不小于1.5mm、2mm、2.5mm、3mm。性能良好（耐刺穿性、阻燃性、耐久性、耐水性、耐腐蚀性、耐菌性）防水板的物理力学性能序号项目指标EVAECB1断裂拉伸强度/MPa 18172扯断伸长率/%6506003撕裂强度/kN/m 100954不透水性/0.3MPa/24h无渗漏无渗漏5低温弯折性/-35（无裂缝）-35（无裂缝）6加热伸缩量，mm延伸 22收缩 667热空气老化(80168h)断裂拉伸强度/MPa
11、1614扯断伸长率/%6005508耐碱性饱和Ca(OH)2 溶液168h断裂拉伸强度/MPa 1716扯断伸长率/%6006009人工候化断裂拉伸强度保持率/%8080扯断伸长率保持率/%707010刺破强度/N1.5mm3003002.0mm400400 外观质量 防水板宜选用高分子材料，在规格确定的长度内不允许有接头。防水板表面应平整、边缘整齐，无裂纹、机械损伤、折痕、孔洞、气泡、及异常粘着部分等影响使用的缺陷。防水板外观颜色应为材料本色，不得添加颜料和填料，特殊要求除外。在不影响使用的条件下，防水板表面凹痕，深度不得超过厚度的5%。防水板的规格尺寸及允许偏差项目厚度（mm）宽度（m）长
12、度（m）规格1.5mm，2.0mm，2.5mm,3.0mm2.0，3.0，4.020以上平均偏差不允许出现负值不允许出现负值不允许出现负值极限偏差（%）-5-1/橡胶止水带的物理力学性能防水板有无焊焦、焊穿、假焊和漏焊现象；硬度变化（邵尔A）度 标准：将5号注射针与压力表相接，然后进行充气，当压力表达到规定压力（0.但现场施工存在一定问题，达不到设计意图。耐碱性饱和Ca(OH)2 溶液168h纵向盲管安装易出现的问题检查焊缝是否均匀连续，表面平整光滑，有无波形断面。注浆时机:二衬混凝土达到设计强度防水板表面应平整、边缘整齐，无裂纹、机械损伤、折痕、孔洞、气泡、及异常粘着部分等影响使用的缺陷。三
13、层以上塑料防水板的搭接形式必须是T形接头。撕裂强度（kN/m）防水板的规格尺寸及允许偏差81m，底部11.扯断伸长率（）基面处理 铺设防水板之前对基面（初期支护表面）的渗漏水、外露突出物及表面凹凸不平处进行检查处理（施工时必检）。1 渗漏水处采用排水管引排或封堵。2 对于基面外露的锚杆头、钢管头、钢筋头等突出物予以切除后妥善处理。防水板铺设前应对初期支护进行验收，用射钉将热塑性垫圈和缓冲层平顺地固定在基面上，固定点间距拱部0.50.8m，边墙0.81m，底部11.5m，梅花型布置上下左右成行，凹凸较大处增设。热熔垫圈布置图防水板铺设照片 无纺布搭接宽度不小于5公分。无纺布一般仅设置环向接缝，长
14、度不足搭接时，用下部的无纺布压紧上部的无纺布。防水板施工 防水板铺设采用无钉铺设工艺，采用自上向下的顺序铺设，松紧应适度并留有余量（实铺长度与弧长的比值为10:8）,检查时要保证防水板全部面积均能抵到围岩。防水板的拼接应采用双焊缝工艺，焊接接缝处必须擦洗干净。铺设时，先拱后墙，下部防水板应压住上部防水板。防水板铺贴平整顺直，搭接宽度不小于150mm。防水板搭接缝与施工缝错开距离50cm。防水板施工 防水板之间的搭接采用双焊缝、用具有调温、调速热功能的楔式自动爬行式热合机热熔焊接，细部处理或修补采用手持焊枪，单条焊缝的焊接宽度不应小于15mm，焊缝严密，不得焊焦焊穿。防水卷材纵向搭接与环向搭接处
15、，除按正常施工外，再覆盖一层同类材料的防水卷材，用热焊焊接。三层以上塑料防水板的搭接形式必须是T形接头。在焊缝搭接的部位焊缝必须错开，不允许有三层以上的接缝重叠。焊缝搭接处必须用刀刮成缓角后拼接，使其不出现错台 防水板宜选用高分子材料，在规格确定的长度内不允许有接头。长度：长度根据施工要求事先向厂家定制，一环内尽量避免接头。洞外排水系统是保证洞口边仰坡及防护工程免受或少受雨水冲刷的重要组成部分。注浆就是在一定的压力下，将可凝固的液体压入地层中，充填凝固，从而达到改良地层性能，降低地层的含水量、空隙率和渗透系数，提高地层强度和整体性，起到加固、堵水的目的。注浆时机:二衬混凝土达到设计强度隧道二衬
16、混凝土既是承载结构，也是隧道防水的最后一道防线，因此要求衬砌既要有足够的强度，还要具有一定的抗渗性。扯断伸长率/%同时在每个分区内预先设置注浆管，可针对漏水的分区进行注浆修补。但现场施工存在一定问题，达不到设计意图。7禁止尖锐物倚靠已铺设的防水板。拱顶回填注浆时，在拱顶预留倒梯形注浆管，纵向间距5m。土工布作用：缓冲 隔离 排水通道洞外排水系统是保证洞口边仰坡及防护工程免受或少受雨水冲刷的重要组成部分。1、周边预注浆的一种特殊型式，在注浆孔中安设小导管，导管与支护钢架连接在一起，注浆加固的同时起到管棚的作用。止水带定位准确，以免单侧过短，影响之水效果。防水板保护 1 已铺设好的防水板地段严禁
17、采用爆破法处理欠挖。2 挡头板的支撑物在接触到防水板处必须假设衬垫。3钢筋保护层外侧垫块垫土工布防止破坏防水板。4 焊接作业时用阻燃材料对防水板遮挡，避免焊接火花损伤防水板。（必要时在台车配置高压水枪）5 浇筑混凝土时避免混凝土冲击防水板，必要时设置防护板。6 捣鼓时，避免振捣器直接与防水板接触。7禁止尖锐物倚靠已铺设的防水板。防水板质量检查1 目测检验：用手将已固定好的防水板上托或挤压，检查其与基面的密贴程度及预留量；防水板有无焊焦、焊穿、假焊和漏焊现象；用尺量焊缝宽度和固定点的间距是否符合设计要求；检查焊缝是否均匀连续，表面平整光滑，有无波形断面。防水板质量检查2 充气检查（密封性检查）频
18、率：随机抽样法，每衬砌循环环向2条缝，纵向1条缝。仪器：检漏仪标准：将5号注射针与压力表相接，然后进行充气，当压力表达到规定压力（0.25MPa）时停止充气，保持10min以上，若压力下降10%以内，说明焊缝合格。（质检工程师负责实施）防水板焊缝检测照片盲管铺设盲管铺设 在环向每隔6-10m铺设50盲管,渗水严重处加密铺设,沿隧道纵向方向墙脚处每12-20m铺设80盲管,接到水沟内用以引排水.环向、纵向盲管铺设示意图纵向盲管安装易出现的问题二、二、隧道防水措施隧道防水措施施工缝、变形缝施工缝、变形缝防水防水 施工缝、变形缝防水 施工缝、变形缝是隧道防水的薄弱环节，也是隧道中最易发生渗漏的地方。
19、隧道衬砌施工缝处理不好，不仅造成衬砌混凝土裂缝及洞内漏水，严重影响隧道正常使用和行车安全。施工缝环向施工缝：拱墙采用采用背背贴式橡胶止水带贴式橡胶止水带+中埋式橡胶止水带中埋式橡胶止水带进行防水处理。背贴式止水带中埋式止水带 橡胶止水带的物理力学性能序号项 目变形缝施工缝1硬度（邵尔A）度6056052拉伸强度（MPa）15123扯断伸长率（）4504504压缩永久变形（）7024h 303023168h 20205撕裂强度（kN/m）30256脆性温度（）45457热空气老化70168h硬度变化（邵尔A）度 66拉伸强度（MPa）1210扯断伸长率（%）4004008耐碱水氢氧化钙饱和溶液2
20、3168h硬度变化（邵尔A）度 66拉伸强度（MPa）1210扯断伸长率（%）4004009臭氧老化50pphm：20%,，40，48h无龟裂无龟裂10*橡胶与金属粘合R型破坏施工缝环向施工缝：拱墙采用采用背背贴式橡胶止贴式橡胶止水带水带+中埋式橡胶止水带中埋式橡胶止水带进行防水处理。中埋式止水带 位置：位于隧道厚度的一半，径向允许偏差5cm，纵向允许偏差3cm.长度：长度根据施工要求事先向厂家定制，一环内尽量避免接头。施工要求：1位置准确、固定牢靠。2固定止水带时不能在止水带上穿孔，不得损害止水带本体部分。3止水带定位准确，以免单侧过短，影响之水效果。4 止水带定位时，应使其在界面部位保持平
21、展，不得使止水带翻滚、扭结。出现应立即调整。（现场时有发生）5 安装顺序：拱顶 边墙 安装方法 仰拱环向施工缝与拱墙类似。纵向施工缝纵向施工缝：采用中埋式钢边橡胶止水带+遇水膨胀止水条进行防水处理。钢边止水带止水条纵向施工缝纵向施工缝：采用中埋式钢边橡胶止水带+遇水膨胀止水条进行防水处理。纵向止水带安装遇水膨胀止水条施工采取预留槽嵌入法1挡头板（水沟）制作时预留安装止水条的浅槽。2止水条嵌入槽内，并用配套的胶黏剂固定后再浇筑混凝土。3遇水膨胀止水条接头处应重叠搭接后再粘结固定，搭接长度不小于50mm.4止水条定位后至混凝土浇筑前，避免被水浸泡，防止其提前膨胀。钢边止水带连接（外方总监推荐）变形
22、缝防水 变形缝防水与施工缝防水设置类似，在缝内增加聚苯板和嵌缝材料二衬混凝土自防水二衬混凝土自防水 二衬自防水 隧道二衬混凝土既是承载结构，也是隧道防水的最后一道防线，因此要求衬砌既要有足够的强度，还要具有一定的抗渗性。二衬混凝土为防水混凝土，抗渗等级不低于P10，地下水发育，有侵蚀地下水或高瓦斯隧道地段，抗渗等级不低于P12。二衬自防水的关键是混凝土本体的施工质量，包括了混凝土的制作、运输、浇筑、养护，任何一个环节出现问题都将直接影响到其使用功能，故如何确保其施工质量是最为关键的。二衬自防水 隧道二衬混凝土既是承载结构，也是隧道防水的最后一道防线，因此要求衬砌既要有足够的强度，还要具有一定的
23、抗渗性。二衬混凝土为防水混凝土，抗渗等级不低于P10，地下水发育，有侵蚀地下水或高瓦斯隧道地段，抗渗等级不低于P12。二衬混凝土裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通。出于侵蚀介质中的防水混凝土，其耐侵蚀系数不应小于0.9。充填注浆防水充填注浆防水(拱顶压浆拱顶压浆)二衬混凝土施工中，脱空现象时有发生，利用充填注浆不仅可以充填脱空部分，而且可以填塞由于混凝土不密实或开裂形成的缝隙，封堵地下水来源而起到防水作用。拱顶回填注浆时，在拱顶预留倒梯形注浆管，纵向间距5m。PVC倒梯形注浆管 注浆时机:二衬混凝土达到设计强度 注浆材料：M20水泥砂浆(可塑性要好、收缩性要小、具有良好的粘结性、抗渗性、耐
24、久性和化学稳定性）注浆压力：0.30.5MPa 封孔：膨胀砂浆，微膨胀混凝土，并在衬砌表面作碳纤维布封闭。隧道排水措施隧道排水措施 隧道排水包括：洞内排水系统工程(排水型隧道)、洞外排水系统工程以及洞内外排水系统的有机结合。在排水型隧道中，必须做好衬砌背后的排水系统，使水能通畅排出。洞内排水系统主要包括环向排水盲管、纵向排水盲管、侧沟、横向引水管、中心排水沟。地下水通过衬砌背后环、纵向盲管汇集至两侧侧沟，若水量大，则再通过横向引水管引入中心排水沟。设计中环、纵向盲管各自独立，环向盲管10 m左右设一道，单独引入侧沟，纵向盲管每隔一段距离断开，单独引入侧沟，这样在运营期间若某一段盲管堵塞不会影响
25、到其他段落的排水。普速铁路设计中环、纵向盲管通过三通接头连接，将环向盲管的水汇集至纵向盲管，再通过三通接头将纵向盲管引入侧沟。优点:运营期间若某一段盲管堵塞不会影响到其他段落的排水。缺点：若泄水口堵塞，水无法排除。洞外排水系统是指洞口边仰坡天沟、明洞顶回填层排水系统等。洞外排水系统是保证洞口边仰坡及防护工程免受或少受雨水冲刷的重要组成部分。但现场施工存在一定问题，达不到设计意图。主要表现在：(1)设计阶段由于对具体地形勘察深度、细度上及对铁路工程施工对周围环境的改变影响上并不完美，加之，现场技术人员思想过于教条，不能根据现场地形情况和设计施工图有机结合布置排水系统。(2)确保施工质量，确保水沟本体、水沟末端与路堑天沟、涵洞入口无缝顺接。
