既有铁路隧道渗漏水分析及整治技术

张文达，雷林，周鹏鹏，李德武，穆腾虎

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081；2.中国铁路兰州局集团有限公司 工务部，甘肃 兰州 730000；3.兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730070）

0 引言

我国铁路隧道数量日益增多，截至2021年3月，全路运营铁路隧道约15 554座，长度约18 771.8 km，其中高速铁路隧道4 728座，长度约8 185.9 km。受设计、施工、养护维修等多方面影响，隧道衬砌渗漏水病害较为突出［1］。徐卓宁、杨文宣［2-3］通过隧道渗漏水病害调查研究，提出了“堵、排、截、引”相结合的综合整治措施；杨承洞［4］研发了一种新型水泥基灌浆材料TGRM，并应用于隧道渗漏水整治；叶飞等［5］针对隧道渗漏水问题，提出集中泄水泄压的整治思路；王星华［6］采用新型黏土浆液工程整治方案治理隧道渗漏水；杨甲奇［7］针对某深埋隧道岩体裂隙发育问题，通过流固耦合渗流场分析，为深埋隧道漏水病害注浆堵水设计提供参考；万利、丁锐［8-9］针对隧道衬砌渗漏水常发生于施工缝、变形缝、伸缩缝等状况，提出一套施工缝渗漏水整治方案。

隧道开挖建成后，山体中的既有水系重新分布。西北地区黄土隧道受地质、水文条件影响，围岩中的氯化盐、硫酸盐、碳酸盐等易溶盐类遇水后，伴随渗漏水流入隧道纵、环向排水盲管内结晶，久而久之造成排水盲沟（管）结晶堵塞，进一步发展导致既有排水系统失效。另外，隧道渗漏水病害还会导致混凝土结构劣化，引发道床翻浆冒泥、钢轨及扣件锈蚀、电力牵引区段接触网漏电跳闸等问题。尤其在冬季，寒区铁路隧道渗漏水还常演变为衬砌挂冰、道床冻结等次生灾害，影响既有线列车运营安全和隧道设备设施的健康服役［10-11］。因此，有必要针对既有线隧道渗漏水病害类型、原因及整治措施等开展进一步研究。

1 渗漏水分类

受地下水、不良地质构造等自然条件影响，部分隧道衬砌结构发生开裂、错位等病害，致使周边围岩中地下水、地表水渗漏至隧道内，不仅影响衬砌结构的正常使用，还会造成混凝土结构耐久性降低。工程中，隧道渗漏水常按以下4种方式分类。

（1）根据渗漏水程度由轻至重分为：湿渍、渗水、水珠、滴水、线漏等（见表1）。

表1 渗漏水类型及表现形式

（2）根据渗漏水产生部位分为：拱顶（顶部）、侧墙、仰拱（底板）渗漏等（见图1）。

图1 不同部位渗漏水

（3）根据渗漏水在隧道衬砌结构上的差异分为：点、线和面渗漏3种（见图2）。

图2 渗漏水点线面差异分类

（4）按水源补给方式分为：地表水补给和地下围岩裂隙水补给2类。通常，地表补给水引发的渗漏水流量，随地表水源补给而滞后变化，但地下围岩裂隙水补给的渗漏水流量，基本不受季节变化及降雨影响。部分隧道渗漏水，也可能同时受以上2种水源补给影响。

2 渗漏水成因分析

2.1 设计方面

（1）隧道设计阶段勘查不细。隧道穿越含水地层时，地层中的原有地下水通道被截断。若在隧道防排水设计阶段，对穿越的节理发育岩层、暗河、溶洞等预判存在偏差，对围岩级别及水文地质条件评估不够准确，很可能导致初期支护和二次衬砌的抗渗等级不达标、防排水措施不完善、防腐蚀设计不足［11］。同时，部分设计单位对隧道开挖所处的水文地质环境缺乏动态设计，给隧道渗漏水埋下源头隐患。

（2）防排水系统设计欠合理。铁路隧道防排水设计通常采用全线一套通用图，一般采用“排水盲管+防水板+止水带”的防排水体系，很少针对不同水文地质条件优化防排水设计，排水管堵塞、防水板破损、橡胶止水带扭曲、寒区铁路隧道排水盲管冻结失效、排水沟整体结冰等病害时有发生。尤其在相邻两板隧道衬砌的环向接缝处，橡胶止水条、止水带松动变位或脱落现象屡见不鲜，密封排水效果大打折扣。既有排水系统复杂且设计不够合理，造成沉降缝、施工缝（含冷缝）、结构裂缝、衬砌不密实等薄弱部位渗漏水。

2.2 施工方面

（1）超欠挖。隧道施工中的超欠挖，会造成初期支护和围岩间、二次衬砌和初期支护间存在储水空间。这部分地下水若处理不当，易在衬砌薄弱部位造成渗漏水。

（2）防水板安装不规范。防水板是阻断地下水进入隧道的关键环节，但受初期支护表面不平整、防水板安装机械擦伤、接缝处封闭不牢、热熔垫片封闭不严等因素影响，防水板易发生擦裂或戳穿。防水板施工质量缺陷是隧道渗漏水产生的主要原因。

（3）二衬缺陷。隧道二衬施工中，混凝土和易性差、振捣不密实、泵压不足、模板台车拆模过早、混凝土早期养护不足等，常造成二次衬砌存在质量缺陷，给地下水提供了渗流通道。

（4）止水带埋设不规范。目前在环向和纵向施工缝处采用的橡胶止水带，易发生固定不牢，在混凝土浇筑中常出现脱落、变位，造成施工缝处密封不严，既有排水系统存在缺陷。

2.3 养护维修方面

部分设备维管单位未严格落实养护维修规定，未对隧道排水系统定期清理、疏通，造成隧道侧沟、中心排水沟、盲管出水口等部位结晶、淤积、堵塞。既有排水系统失效，进而导致衬砌背后地下水无法及时排出，在水压作用下，沉降缝、施工缝（含冷缝）、结构裂缝、衬砌不密实等薄弱处所产生渗漏水。

3 渗漏水整治技术

近年来，针对隧道渗漏水的整治多采用“排堵结合”方案，取得了一定整治效果。但调查回访发现，不少隧道渗漏水工程整治完工后，出现病害反复，常见渗漏水病害整治完工后，在附近未发生过渗漏水的位置出现了不同程度的渗漏水。通过调研踏勘中国铁路兰州局集团有限公司（简称兰州局集团公司）管内宝中、兰渝等铁路沿线隧道渗漏水工点，结合宝中铁路某隧道渗漏水病害整治工况，研发出一种低位疏排引流和降低水位的综合整治方案，并应用于工程整治，取得了良好效果。

3.1 病害概况

宝中铁路某单线隧道建于20世纪90年代，全长329 m。2016年9月，工务人员在设备检查时发现K152+410处拱顶存在线状渗漏水，K152+360~480处基底翻浆冒泥严重（见图3），线路几何尺寸不良，立即报告并现场看护。经现场踏勘、反复比选，研究制定低位疏排引流和降低水位的综合整治方案。

图3 宝中铁路某隧道渗漏水现场

3.2 整治技术

（1）低位引流。在渗漏水处所，采用水钻或风钻在距隧道边墙底部约50 cm高处钻设泄水孔，直径为100 mm，深度钻穿防水板。施工时，钻孔不宜打穿初期支护，以防喷沙涌泥。为便于结晶体的清理疏通，在泄水孔内安装直径80 mm、壁厚3 mm PVC管，管口外端用橡胶圈进行填塞固定，以防脱落。在泄水孔下方设置引水槽，将积水引排至侧沟。通过在泄水孔内安装PVC管，将结晶体收集在光滑的PVC管内，减少了结晶体在孔壁的吸附堆积，便于清理疏通（见图4）。泄水孔长时间结晶淤积后，可将PVC管抽出清理，或更换新的PVC管，很大程度上减少了结晶体的淤积附着。

图4 渗漏水严重地段施做潜孔室引流方案

渗漏水较严重处所宜新建潜孔室，或在既有大、小避车洞内扩挖形成潜孔室。在潜孔室内，沿隧道边墙外侧向上呈扇形施做φ70 mm潜孔眼排水（见图5）。潜孔深度一般控制在10 m左右，并内衬外裹双层化学纤维渗滤布且设有φ5 mm细孔的PVC管，兼顾防止细颗粒土砂流失及引水功能。

（2）降低水位。在渗漏水区段长、漏水量大、水压高地段，长期渗漏水造成隧道衬砌背后或仰拱底部土砂流失严重，诱发隧道结构性病害，在这种地段采用了降低水位措施。施工时，在避车洞或边墙处设置低位泄水洞。从泄水洞内向隧道顶部钻设φ80 mm的潜水孔，坡度约7%，长度根据实际情况10~20 m不等，潜水孔内设高压聚乙烯引水管，管壁梅花形布置直径为8 mm的泄水孔，间距约20 cm，引水管外设双层化学纤维渗滤布或土工布（见图5）。采用此方案，可降低渗漏水区段的地下水水位，将渗漏水聚集后集中引排至侧沟或洞外，有效整治因渗漏水诱发的隧道翻浆冒泥、衬砌渗水挂冰等病害。

图5 降低水位整治方案

3.3 整治效果

低位引流和降低水位整治铁路隧道渗漏水，可根据渗漏水程度及发生部位单独采用或综合使用。通过对兰州局集团公司管内宝中、兰渝、包兰线老头沟、颉河1#隧道等渗漏水工程整治，完工后持续观察4年，均未发现渗漏水反复，取得了良好的整治效果（见图6）。

图6 整治完工后的泄水洞及线路状况

4 结论和建议

隧道渗漏水病害整治是一项系统工程，通过分析铁路隧道渗漏水病害的类型及成因，提出了一种适合于既有线铁路隧道的整治技术，主要结论和建议如下：

（1）隧道渗漏水应坚持源头管控。设计单位要因地制宜，深入调查，合理优化防排水设计方案。施工单位应规范工艺流程，加强施工质量控制，在源头上保证隧道防排水系统完善畅通。设备维管单位应严格落实养修规定，及时清理、疏通排水设施。

（2）隧道渗漏水整治应采取堵排结合、因地制宜、综合治理。采用低位疏排引流和降低水位的综合整治方案，可有效整治隧道渗漏水病害。

（3）建议隧道渗漏水病害整治应“早发现、早整治”，找到根源，对症下药。同时，加强隧道的日常养护管理，对渗漏水部位立卡建档，责任到人，合理确定检修周期，避免渗漏水引发隧道衬砌结构劣化。