隧道养护的重任—防水

'隧道养护的重任—防水 摘要：     提起隧道防水，人们会立即想到修建隧道时常常遇到的高位涌水。闻名中外的京广复线大瑶山道九号断层的涌水，日均涌水达8000吨，最大时达30000吨，使施工无法进行。大秦线军都山隧道在开挖中曾多次被泥石流堵塞．给施工造成极大困难。但运营之后．隧道还有防水问题吗?问题是肯定的，而且难度更大。当你在盛夏走进隧道里，踏在用钢筋混凝土盖板铺砌成平坦的人行道上，听着板下水沟潺潺流水声，一股凉风迎面吹来，会使你产生别有洞天之感。然而正是这汩汩流水，在每时每刻腐蚀着隧道的机体。它像癌细胞一样，在隧道内产生一个又一个瘤块。如果没有高明的“医生”不断施“手术”，隧道是很难保证正常运营使用的。 一、隧道的天敌——水害     隧道是铁路穿越地层的地下建筑物。当隧道位于古术层中或截断古术层时，破坏了水在岩石圈中的正常循环，有着一定压力的地下水必将沿着各种裂隙向隧道内挤进；尽管修建隧道时对防水问题都做了各种技术处理，但防水效果多尽人意。根据1985年不完全的统计，全国目前运营隧道中有1300多座有渗漏水病害，占运营隧道30之多。在这些渗漏水隧道中，程度不同的影响着运输生产，大量地损坏了铁路设备，很大程度上增加了运输成本，给国家造成巨大损失。    1972查看正文      提起隧道防水，人们会立即想到修建隧道时常常遇到的高位涌水。闻名中外的京广复线大瑶山道九号断层的涌水，日均涌水达8000吨，最大时达30000吨，使施工无法进行。大秦线军都山隧道在开挖中曾多次被泥石流堵塞．给施工造成极大困难。但运营之后．隧道还有防水问题吗?问题是肯定的，而且难度更大。当你在盛夏走进隧道里，踏在用钢筋混凝土盖板铺砌成平坦的人行道上，听着板下水沟潺潺流水声，一股凉风迎面吹来，会使你产生别有洞天之感。然而正是这汩汩流水，在每时每刻腐蚀着隧道的机体。它像癌细胞一样，在隧道内产生一个又一个瘤块。如果没有高明的“医生”不断施“手术”，隧道是很难保证正常运营使用的。 一、隧道的天敌——水害     隧道是铁路穿越地层的地下建筑物。当隧道位于古术层中或截断古术层时，破坏了水在岩石圈中的正常循环，有着一定压力的地下水必将沿着各种裂隙向隧道内挤进；尽管修建隧道时对防水问题都做了各种技术处理，但防水效果多尽人意。根据1985年不完全的统计，全国目前运营隧道中有1300多座有渗漏水病害，占运营隧道30之多。在这些渗漏水隧道中，程度不同的影响着运输生产，大量地损坏了铁路设备，很大程度上增加了运输成本，给国家造成巨大损失。    1972年开通运营的京原线，仅使用几年，全线最长的驿马岭隧道，整体道床和衬砌多处被高压地下水挤裂，大量的地下水涌向隧道内，水漫钢轨，滚滚波涛使隧道变成山腰问的悬河，运营不久的线路停运达1年之久，国家又投资几千万元来整治水害。    地处四川、陕西交界的大巴山隧道，出于穿越一系列断层破裂带，地下水压力很大，日均涌水为83OO～19000吨，导致道床破裂，翻浆冒泥，钢轨及连接零件锈蚀严重，使得隧道内长期限速慢行，成了控制襄渝线通过能力的“卡脖子”地段。     可不能小看隧道内涓涓流水，它像病菌一样无孔不入。施工中任何疏忽大意，在混凝土中留下蜂窝麻面和各种微小裂隙，都可破坏隧道结构。源源不断地流水，像不断加压的千斤顶，沿着结构的裂隙将衬砌或整体道床挤裂破坏。当隧道的围岩是软质岩石时，长期在地下水的包围下，会变软泥化而减小或失去对隧道结构的承载能力，引起隧道结构的变形损坏当围岩是可溶性岩石时，流水的不断侵蚀，导致隧道结构变形损坏的危险性更丈。特别是当地下水又属侵蚀性水时，这种破坏作用就更大更快。如含碳酸的水能溶解混凝土中的碳酸钙，使混凝土粉化。如果是含硫酸盐型的侵蚀水，对混凝土结构的破坏更为严重。    丰沙线上行二号隧道内混凝土侵蚀深达10厘米。兰新线坡底峡隧道，由于围岩裂隙水中含有很高的硫酸根离子，运营不到十年，隧道护坡普遍开裂塌陷，地下水淹没道床，严重影响运输生产。    国外这种例子也很多，如澳大利亚联邦铁路有一座隧道地下水含三氧化硫高达100克／升，且山体中含脉状石膏盐岩等，对块石衬砌有显著恶化作用，被迫改建。    隧道的渗漏水使得隧道内空气潮湿，线路设备常年浸泡在水中 尤其是钢轨及其连接零件，在潮湿和有水的条件下，锈蚀损坏很快，根据国外资料记载，在潮湿和有侵蚀性水的条件下，钢铁表面的锈蚀深度每年平均为1．2～8．0毫米。无怪乎人们把钢铁的锈蚀比喻为无焰火灾。正是这常年不息的无焰火灾，使每年自白损失上百万吨的钢轨和连接零件。 二、坚冰作祟    在寒冷的北方，隧道渗漏水引起的冰害，严重威胁运输安全冬季隧道刨冰已成养护维修工作的主要内容。位于南疆铁路上的奎先隧道，地处海拔3OO0米以上的高寒地区，年平均气温在-4摄氏度以下。每到冬季，滴水成冰，轨道中心结冰常高出轨面，侧壁下水沟上的结冰常达一米以上。经过反复试验研究，将原设计的暗管水沟改造为新型的保温水沟(圈1)   把渗漏水引导进水沟里，捧出渭外。由于地处高寒，隧道内冬季常为负温，而且衬砌和围岩也都在负温下，尽管有保温水沟，也常发生结珠堵塞 因为此处结冰不是由上向下发展，而是由底部、侧面开始结冰向上发展，蚕食流水断面，一层层长出冰来。为此，隧道养护者们又为保温水沟安设了电热器提高水温，保证不让结冰，排水畅通。在隧道内安设电热器在世界上是少见的，但在高寒的特殊地区，这是十分绝妙的设计。    东北浑白线上的枫叶岭隧道的刨冰期长达4个月，从11月中旬至3月中旬，每天昼夜不停的检查和刨冰，否则就难保证运输安全。    在电气化铁路上，隧道冰害对安全运输的影响更加严重。隧道顶部的渗漏水往往顺着锚固索滴流在电化高压导线和承力索上，在拱顶和导线、承力索问形成一个飞倒挂庞大冰柱，国外多叫冰笋。因为冰是纯绝缘体，故会引起高压导线短路，烧断导线、承力索和其电气设备。仅宝成线凤州工务段管内1984年就发生烧断承力索的危险事故达三次之多。刚刚开通试运营的大秦线电气化铁路，第一十冬天就发生多起烧断导线和承力索的大事故丰沙大电化铁路的丰沙段．也曾发生过因导线下的冰笋太重将锚固索拔出坠落的危险事故。这种冰笋在寒冷的渗漏水严重的地区．增长速度很快，往往一夜间就侵入限界，如果不及时清除，就难于保证运输安全。     另外，充满在隧道结构内各裂隙间的水冬天结冰，结冰后体积膨胀。因此，裂隙中水的形状变化，就像无声破碎剂一样，把衬砌、仰拱、水沟和道床等挤裂破碎。    每当初春，在寒冷地区的隧道两端口处，你会看到被这种无声爆破所破坏的纵横开裂密布的水沟或道床。为了减轻和防止这种无声爆破作用的破坏，隧道养护者们结合当地情况，因地制宜地采取了多种技术措施。如撒防冻化学药剂。用保温材料覆盖．甚至在隧道安装暧气设备等。 三、治水之路    自从有了隧道和其他地下工程，就揭开了人类和地下水做斗争的历史。由于地下水来源复杂，情况多变，经历长期曲折的探索，其变化规律尚未完全被人们所掌握。目前，我国对运营隧道防水的原则是以“预防为主，综台治理”。积累多年防治水的经验，制定了“因地制宜，排、堵、截相结合，以排为主”的方针。     所谓隧道排水．就是将隧道截断含水层的地下水引出隧道，保持岩石圈中的地下水循环连续，它分为自然排水和强制排水，一般多采用因势利导的自然排水。我国在隧道设计中多采用侧沟和中心掏排水方式。由于水沟设置不妥或废弃物堵塞不能及时清除，导致地下水在隧道内漫滥，极大地危害着道床和钢轨等设备，严重影响运输条件，甚至限制了线路通过能力。经过长期试验和探索，隧道养护者们设计了“密井暗管”式排水设备，有效地限制和防止了地下水漫溢。“密井暗管”就是在侧沟下面边墙脚下，埋设周围带孔的圆管。    其四周用无砂多孔混凝土固住，地下水沿边墙内外和道床下渗进暗管中，解除了水淹道床的病患(图2)为解决暗管的凝积问题，每隔一段距离设一敞口竖井，井下设沉淀池供沉淀水中杂质。这种“坎儿井”式排水设备，在许多地方整治长大隧道排水中收到很好的效果。     由于地下水饭为复杂，各地差异很大，隧道养护者们创造出五彩缤纷的排水设备。如前所述外．还有各式各样的盲沟(图3)。   隧道堵截水是将漏水严重的处所裂隙封住，把地下水按照预定路线引导到水沟中排出洞外。目前我国常用的堵漏方法：    压注浆法：将防水浆液用很高的压力注入围岩的裂隙中，达到堵塞裂隙封住漏水的目的。压注浆材料大体可分为：水泥系列(即水泥浆)，水泥药液系列，水玻璃系列和高分子化学注浆材料系列。根据国内外施工实践证明，从防水效果和综合指标考虑，水泥一水玻璃浆液被广泛采用。近年发展起来的化学浆液，防水效果虽然比较理想但价格高昂．而且对环境有一定污染，在应用上受到限制。     面层法：主要用于修补衬砌渗漏水，一般用氯化铁防水砂浆、膨胀水泥砂浆、环氧煤焦油涂料等，直接抹在衬砌表面，以阻止衬砌混凝土裂隙渗漏水。    喷涂防水：近年新研究的阳离子乳化沥青胶乳为喷涂材料，用高压气直接喷涂在混凝表面，以速凝封住裂隙渗水。    根据国内外防水实践证明．真正用一种方法就奏效的还不多见，往往是多种方法并用，而且是多层次的防水才能收到较好的效果。治标不如治本．隧道防水应在设计施工中加以重视，否则，运营后会导致防不胜防的局面，即使养护工程师们绞尽脑计，花费几倍的代价，也难于创造出施工防水的条件和效果。这是一条应当记取的深刻教训。'