摘要：结合新建哈尔滨至牡丹江客运专线SG-3标新立隧道，介绍了高寒地区高速铁路隧道防排水施工技术，分别阐述了拱墙防寒径向注浆、边墙碎石盲沟、深埋中心水沟、可维护注浆管等分部工序施工技术及应用，形成了一整套防排水体系，为高寒地区隧道防排水施工应用提供了宝贵经验。
关键词：隧道，高寒地区、防排水、施工技术
1 工程简介
新建哈尔滨至牡丹江客运专线地处黑龙江省东南部，线路为东西走向，新立隧道位于黑龙江省尚志市帽儿山镇境内，隧道进口里程为DK106+405，出口里程为DK109+750，全长3345m，隧道最大埋深约187.4m。隧道设计为单洞双线隧道，全长均位于直线上，全隧内进口至DK108+150范围内纵坡5‰上坡，DK108+105至隧道出口范围内纵坡为8.7‰下坡。整个隧道按照新奥法设计、施工，隧道净空面积92m2。
隧道工程位于气候严寒地区，年平均气温3.4℃，年极端最低气温-41℃，土壤最大冻结深度191cm。全风化花岗岩具冻胀性，冻胀等级为Ⅲ级冻胀～Ⅳ级强冻胀。新立隧道沿线地下水按赋存条件可分为第四系孔隙水和基岩裂隙水，主要受大气降水及地表水补给，以蒸发、地下径流的方式排泄。隧址范围内存在6条断层带，岩石节理裂隙发育，富水性强。岩层渗透系数K=0.1m/d，正常涌水量Qs=6692m³/d，最大涌水量Qs=12324m³/d。
2 隧道防排水设计
高寒地区长大隧道渗漏水会引起衬砌冻胀开裂、酥碎、剥落、挂冰和道床冒水、积水、结冰等，严重威胁行车安全。因此，隧道防排水施工成为重中之重，通过综合防排水技术的施工应用，充分发挥防、堵、截、排的有效结合，保障隧道排水的通畅，降低隧道衬砌渗漏水风险。
3 防排水施工
3.1拱墙防寒径向注浆
3.1.1技术要求
3.1.1.1本道工序在隧道初喷混凝土强度满足设计要求时进行。
3.1.1.2隧道防寒径向注浆范围为开挖轮廓线外3m，注浆孔按浆液扩散半径2m设计，注浆孔按梅花桩型布置，孔口环向间距为200cm，孔底环向间距约280cm，纵向间距200cm。
3.1.1.3注浆孔采用风钻开孔，孔径52mm。
3.1.1.4孔口管采用ф50mm，壁厚
图1 注浆正面布置图
3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长1m，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。
3.1.1.5注浆采用水泥浆，注浆压力按1～1.5Mpa。
3.1.1.6注浆前应进行压水试验，据此修正注浆参数。
3.1.2工艺流程
施工准备（初期支护强度达到施工要求）→测量放样（确定孔位）→钻孔→压水试验→浆液配置→孔口管安装→注浆→检验。
3.1.3施工方案
3.1.3.1施工准备：浆孔位布置应遵循“分段，分批，逐步加密”的原则，采用全站仪结合钢尺在初支面上按设计要求放设孔位，注浆孔呈梅花形布置，环向、纵向间距200cm。
3.1.3.2钻孔：初期支护施工完毕并且强度达到施工要求后，利用作业台车采用人工风钻钻孔。钻孔孔径52mm，孔深3m；按梅花形布置，孔口环向间距200cm，孔底环向间距280cm。
3.1.3.3孔口管安装：孔口管采用φ50mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管制作，长度1.0m。孔口安装止浆塞或止浆阀。利用风钻把孔口钢管送入孔内，孔口管与孔壁之间采用锚固剂塞实固定。
3.1.3.4配制浆液：注浆采用水泥浆，注浆前进行压水试验，据此修正注浆参数。
3.1.3.5径向注浆：注浆采用水泥浆，注浆前进行压水试验，据此修正注浆参数。注浆前掌子面应喷射混凝土封闭，防止掌子面处溢浆。注浆前进行管路调试，检查注浆管路及设备，确保注浆压力表完好，注浆前孔口管埋设牢固，并安装止浆管。注浆顺序应由下往上，由水少处到多水处，实行隔孔跳排注浆。注浆孔壁与钢管之间填实，孔口设止浆塞可利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。注浆压力1～1.5Mpa，注浆过程中若发生串浆，则关闭孔口阀门待其他孔注浆完毕后再打开阀门，注浆结束后可使用铅丝、麻刀、木楔等材料在注浆孔口将间隙堵塞。
单孔结束标准：当达到设计终压并继续注浆10min以上。所有注浆孔均已符合单孔注浆标准，无漏浆现象。注浆泵压力能达到设计压力的1.5～2.0倍。
分析注浆记录，查看每个孔的注浆压力、注浆量是否达到设计要求；注浆过程中漏浆、跑浆是否严重，从而以浆液注入量估算浆液扩散半径，分析是否与设计相符。注浆效果如未达到设计要求时，应进行补孔注浆。
3.1.3.6单孔注浆效果检查：分析注浆记录，查看每个孔的注浆压力、注浆量是否达到设计要求；注浆过程中漏浆、跑浆是否严重，从而以浆液注入量估算浆液扩散半径，分析是否与设计相符。
注浆效果如未达到设计要求时，应进行补孔注浆。
3.2边墙碎石盲沟
3.2.1施工设计
围岩本身不是一个均匀的含水层，地下水出露条件不一，所以必须补充修筑边墙碎石盲沟，使隧道内外形成一个通畅的排水系统，才能有效地防止隧道内的冻害。示意图见图2。
防水板背后边墙部位每隔12～16m设置环向碎石盲沟一道，碎石盲沟断面50cm×50cm（宽×深），碎石盲沟外设钢筋笼，钢筋笼主筋直径Φ14，箍筋直径φ8，间距200mm。碎石盲沟底部通过隧底φ100mmPVC横向导水管及横向级配碎石盲沟与中心深埋排水沟或中心检查井连通，横向级配碎石断面20cm×20cm（宽×深），φ100mmPVC排水横管进水口用土工布包裹以防堵塞。
3.2.2施工方案
3.2.2.1测量放线：测量班放出起止点、控制桩，同时用钢卷尺放出盲沟纵向、横向开挖线并用石灰注明。
3.2.2.2盲沟开挖：根据设计尺寸采用机械配合人工开挖盲沟，开挖过程中应注意盲沟的断面尺寸、深度。
3.2.2.3喷锚：在盲沟开挖完成后，及时清除掉周边围岩上的松动土、石，喷射混凝土厚度不小于50mm，及时封闭岩面。
3.2.2.4安装钢筋笼：按照设计要求，将加工好的钢筋笼安装到位。
图2 边墙碎石盲沟布置示意图
3.2.2.5回填碎石：碎石表面应清洁，铺设应整齐规范，孔隙应清晰以便保证流水通畅。碎石铺设采用人工铺设方法，人工铺设的外观应整齐顺适，平面几何尺寸应满足规范和设计要求。回填级配碎石应分层回填，回填时应注意回填碎石稳定及其上部的透水性
3.3深埋中心水沟
3.3.1施工设计
新立隧道为人字坡两端排水，距洞口1.5km范围内设置深埋中心水沟。深埋中心排水管中心距内轨顶面4.21m，水管坡度与对应位置线路坡度一致。深埋中心水沟下设C20混凝土基座，回填级配碎石至管顶以上30cm，以上部分回填C20保温混凝土。仰拱中心位置设5cm厚聚氨酯保温板，聚氨酯保温板周围采用EVA防水板包裹并密封。如下图所示。
图3 深埋中心水沟横断面图
3.3.2施工方案
深埋中心水沟施工在隧道仰拱初期支护封闭后进行，具体工序如下：
3.3.2.1仰拱开挖，及时采用钢架进行封闭，仰拱开挖完成以后，初期支护及时封闭成环。
3.3.2.2拆除仰拱钢架中间单元。
3.3.2.3开挖深埋中心水沟，两腰按1：0.2坡刷至仰拱开挖面底。
3.3.2.4施作深埋中心水沟钢架及喷射混凝土，开挖后应先初喷混凝土3cm，架设钢架后再喷射5cm；侧壁喷砼厚度与正洞仰拱衬砌初支厚度一致。
3.3.2.5自下而上施作C20混凝土基座，内径φ800mm壁厚120mm预制钢筋混凝土深埋排水涵管，涵管接头处以一层1：2.5砂浆、20#10*10cm钢丝网、1：2.5砂浆处理，回填级配碎石，级配碎石应回填密实，粒径应在2.5～5.0cm之间，铺设土工布，土工布铺砌范围为5米宽。
3.3.2.6恢复仰拱钢架中间单元。
3.4可维护注浆管
3.4.1施工设计
可维护注浆管是一种预埋注浆管系统，用于隧道混凝土中的施工缝的永久密封。在新和旧混凝土的接缝之间安装注浆管是非常合适的。当水渗入接缝时，可以通过设定在表面的PVC端口注入浆液加以封堵这种方法可以密封接缝。合适的注浆时间可以选择在混凝土养护结束后进行注浆。
可维护注浆管采用φ24mmPVC管，在洞口1000m范围拱墙环向施工缝、沉降变形缝及温度伸缩缝处安装。
3.4.2施工方案
3.4.2.1注浆导管敷设应严格按设计布管，沿最近的方向敷设，使走向顺直减少弯曲。严禁三层管交叉重叠；平行的两根PVC管间距应大于5cm；可维护注浆管位于防水材料的内侧（即靠近线路侧），板内PVC管之间的交叉角必须大于45°；如果按直线布管不能满足上述要求，则布管宜适当绕行。当注浆管不足时应可以采用搭接的方式进行连接。在注浆导管布设3cm范围内应该清理干净，可不进行凿毛处理，凹坑部位可用防水砂浆大致找平。
3.4.2.2可维护注浆管安装应不小于10m，每隔25cm用导管夹固定，防止其左右晃动或滑动、弯曲，出口管要用封堵头将端口封紧。
3.4.2.3连接盒使用金属托架固定在模板上。
3.4.2.4环向施工缝、变形缝、温度伸缩缝连接盒放置于每环断面最宽处，纵向施工缝连接盒放置在边墙墙脚侧沟盖板以上20cm。
3.4.2.5每个连接盒四周采用8组M22*100锚栓锚固牢固，施工时应注意锚固深度及质量。
4 综合防排水技术实施效益
4.1施工方案
经济效益
高寒地区长大隧道防排水综合施工技术的应用，虽然设计较为复杂，工序较多，但可显著降低后期高铁隧道运营风险和后期治理风险，综合效益明显。
社会效益
近年来，防排水设计、施工也在明显的发展变化，防水设计趋于详细，防水施工工艺趋于完备、检验愈来愈严格，防水效果较过去有了很大改善，高寒地区长大隧道防排水综合施工技术的实践验证，减少了隧道后期可能存在渗水、冻胀等常见病害的风险，有利于隧道防排水施工技术的推广，安全、社会效益的提高。
5 结语
衬砌渗漏水是铁路隧道的主要病害，而严寒地区的隧道渗漏水会造成衬砌的破坏，整治起来有其特殊困难，如因结冰造成的排水不畅会造成严重的衬砌冻害，使衬砌裂缝加大，造成更大的漏水。防排系统的成功与否，是隧道施成败的关键因素。因此在施工中应采取“以排为主，防、排、堵、截、保温相结合．因地制宜，综合治理”的原则，防排水施工应做到到精细化，严把质量关。
中心深埋水沟由于旗难度大，一般只适用于高寒区隧道，但在地下水丰富的隧道施工中，中心深埋水沟对降低地下水位，减少衬砌背后的水的压力，防止渗漏明显。因此，在一般地下水丰富隧道中，中心学时水沟不失为一种较好的防排水措施。
中心深埋水沟具有利弊双面性，优点较明显，但开挖较深，施工难度大，容易堵管，清理困难，施作不好，易对后续工程造成较大影响，对日后运营及维修产生极大困难。
参考文献：
[1]Q/CR9604-2015.高速铁路隧道工程施工技术规程
[2]TB10753-2010.高速铁路隧道工程施工质量验收标准
[3]王梦恕，等.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.
论文作者:周跃文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/18
标签：注浆论文; 隧道论文; 碎石论文; 水沟论文; 浆液论文; 深埋论文; 混凝土论文; 《基层建设》2018年第1期论文;