严寒地区隧道深埋中心排水管施工技术

    陈利平

    摘 要：在严寒地区，隧道结构因为地下水的存在，长期出现冻胀的问题，经过冻融后，隧道结构会产生破坏，这样会大大影响了结构使用寿命，设置中心排水管是严寒地区隧道防冻害的有效措施。

    关键词：严寒地区；隧道；深埋中心水沟；施工技术

    中图分类号：U455 文献标识码：A

    张呼铁路隧道深埋中心排水沟与施工技术做粗浅的研究，以全新的设计理念为切入点，对防排水施工技术进行探讨，创新及研究总结出成套关于严寒地区隧道深埋中心排水管施工技术方法。

    1.工程概况

    张家口至呼和浩特铁路位于华北北部，呈东西走向。线路东起河北省张家口市张家口南站，经河北省万全县、怀安县、尚义县后进入内蒙古自治区境内，经乌兰察布市兴和县、察右前旗、集宁区、卓资县，西迄于呼和浩特市呼和浩特东站，全线共设隧道42km/30座。该区段年平均气温为2.9℃～9.6℃，极端最低温度-25.4℃～-35.6℃，最冷月平均气温-15.9℃，最大冻结深度246cm，按相关文献，划分为严寒地区。

    2.隧道排水系统设计理念

    张呼铁路隧道全部采用深埋中心排水管，排水管位置设置在冻结线以下，保证了主排水沟通畅，避免了主排水沟发生冻胀的可能。隧道内设置贯通仰拱下方的C40钢筋混凝土埋深中心排水管，管径700mm，排水管满足《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GB/T11836-2009）Ⅲ级管的规格要求，并采用软性企口管型，洞内检查井间距按30m布设，排水管采用C20细石混凝土铺底，排水管采用陶粒混凝土回填密实，陶粒混凝土性能应满足《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ51-2002）规定的混凝土强度等级LC5.0的要求。

    隧道中心排水管设置于线路中心仰拱底部，管中心距内轨顶面3.25m，距仰拱顶面1.35m。中心排水管采用承插式C40钢筋混凝土预制管，外径700mm，壁厚7cm。中心排水管管座采用C20细石混凝土，管身周围采用LC5.0级陶粒混凝土回填密实至仰拱底面。

    张呼铁路隧道衬砌背后均设环向盲管、纵向盲管、横向泄水管及双侧保温侧沟、中心深埋排水沟，使洞内外形成一个完整的排水系统。排水期间，环向盲管、纵向盲管通过横向排水盲管将隧道衬砌背后的地下水汇集到中心检查井内，再通过贯通仰拱下方的深埋中心排水管排出洞外。

    3.隧道深埋中心水沟施工工艺介绍

    为提高隧道深埋中心排水管施工质量，使其发挥使用功效，我们在施工现场多次进行工艺试验，总结施工顺序为：施工准备→隧底虚渣清理→测量放样→水沟基槽开挖→喷射混凝土封闭找平→细石混凝土底座浇筑→中心水管安装→陶粒混凝土浇筑。

    （1）中心水沟基槽开挖

    中心深埋水沟施工影响隧道两侧拱脚的整体性和稳定性，当水沟埋深较深，隧道断面跨度较小时影响更为明显，为防止仰拱超挖，采用预裂爆破的方式开挖基槽，不同围岩等级调整单孔装药量及炮孔布置，使爆破尽量减小对隧底围岩扰动，保护围岩的自承能力，有效控制基槽超挖。爆破后挖开中心水沟，挖掘机开挖时应在设计高程以上保留10cm厚的虚渣，采用人工开挖，避免超挖。对超挖部分采用喷射砼回填、找平；出现局部欠挖情况，采用小药量补炮或风镐处理。

    每次爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数，提高爆破效果，改善技术经济指标。根据岩石节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正眼距，用药量，特别是预裂眼。根据爆破后石砟的块度修正参数。如石砟块度小，说明主炮眼布置偏密；块度大说明主炮眼偏疏，用药量过大。根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，使炮眼眼底基本在同一断面上，喷射混凝土封闭找平。

    （2）细石混凝土底座浇筑

    清理水沟基底虚渣及积水，并及时施作C20细石混凝土底座。细石混凝土底座采用定位弧形模板，压模弧度、卡槽与承插管外径一致，通过调节定位弧形模板控制底座纵坡，保证中心管安装的顺直度和稳定性，使中心管排水纵坡与隧道线路纵坡一致。

    （3）中心水管安装

    预制管在铺设前，先将管节的承口内表和插口的外表用钢丝刷把油污杂物清除干净，按管径规格选用相应的橡胶密封圈，并套入插口槽内，要求做到四周均匀、平顺、无扭曲，以防渗水。

    铺管时，将管节平稳吊下，平移到排管的接口处，顺底座坡度调整管节的标高和轴线，然后用紧管设备将管子的插口慢慢插入承口，在承插管子的过程中，管节仍需悬吊着，以降低紧管时的拉力。管节插入时，应注意橡胶圈不出现扭曲、脱槽等现象。中心水管靠掌子面方向用钢模封堵，接缝严密、固定牢固，安装完毕后进行中心管位置检查，对其位置及纵坡进行微调。

    （4）陶粒混凝土拌和

    ①陶粒需预先在专用水池中浸泡，在拌和站设置2座用于浸泡陶粒的可循环水池方可满足施工需求，一是确保陶粒在饱和含水状态，二是在拌合施工前过滤掉多余水分，再进行拌合；搅拌时只加入配合比有效用水量，严格控制混凝土的配合比。

    ②搅拌陶粒混凝土时，试验人员现场需检测陶粒饱和含水状态以及严格控制拌合时间120s。

    ③搅拌时，控制最佳放水时间和进料顺序，确保混凝土的和易性。

    ④采用强制式搅拌机搅拌，设置专用陶粒料仓上料。

    ⑤陶粒混凝土搅拌后的拌合料，实测坍落度很小，但振捣时仍能振捣密实，流动性也和普通混凝土一样，因此搅拌施工时，避免仅从外观判断上的错觉而随便调整陶粒混凝土的用水量。

    （5）陶粒混凝土浇筑

    中心水管周围采用陶粒混凝土回填密实至仰拱底面标高，对陶粒漂浮现象及时进行处理，振捣时间不宜过长。

    4.使用新施工工艺的优、缺点

    综合大尖山1号隧道施工深埋中心水沟的情况来看，深埋中心水沟设计埋深距内轨顶面3.25m，中心水管周边采用具有保温效果的陶粒混凝土进行包封，且在检查井上设置了40cm的保温井盖，有效地防止了隧道排水的冻害，适合用于寒冷地区隧道排水。深埋中心水沟按照设计要求施工现场完全可以做好。

    （1）新施工工艺的优点

    ①能够保证隧底稳定和施工安全

    隧道施工的要求是尽早封闭成环，以达到最佳的受力状态，深埋中心水沟的设置，是在完整的基岩上开了个槽口，采用预裂爆破对隧底基岩产生扰动小，基岩的稳定性和承载力不会降低。且中心深埋水沟施工时间短，增加初支封闭成环和仰拱施工时间，无安全风险。

    ②能够有效降低成本

    中心水沟开挖爆破采用预裂爆破，预裂爆破能较好控制水沟底部和两侧的超挖情况，但采用预裂爆破，垂直钻眼难度小，耗用的时间和药量比普通爆破减小一倍，且钻孔时风枪钻头朝下，风枪中的水不易排出，不会形成卡钻，同时钻孔角度容易把握，爆破药量又容易控制，不会形成超挖，且成型规则。

    ③提高劳动功率，缩短工序衔接

    IV、V级围岩要求仰拱开挖一次不超过3m。而中心水管每节为2.5m，底座C20细石混凝土和陶粒混凝土浇筑完成后各需要3-4小时的凝固时间，比传统水沟每循环节约2小时，有效缩短了隧道仰拱施工的时间。

    ④对施工质量有明显提高

    深埋中心水沟埋设在仰拱和初支底部，埋设较深，先浇筑细石混凝土底座，再安装中心管道，以及后期澆筑陶粒混凝土，使施工深埋中心质量得到有效保证。

    （2）新施工工艺存在缺点

    ①施工工序烦琐，深埋中心水管后期维修困难，接头部位密封不好，就会产生渗水漏水现象，造成质量隐患。

    ②深埋中心水管太重，安装时稍有不慎，就会损坏管头，造成漏渗水。

    结语

    通过施工工艺的优化，仰拱和中心水沟开挖采用预留爆破，及时调整爆破参数，减少火工品用量，降低了工程成本，同时有效地控制水沟超欠挖现象，同时预留爆破对隧底扰动小、施工方便，确保了施工安全；通过先浇筑底座，后安装水管，增强了隧道标准化作业，保证施工质量。

    参考文献

    [1]卢春房.高速铁路建设典型工程案例[M].北京：中国铁道出版社，2013.