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摘要：排水系统的好坏对一个地区在应对强降雪、强降雨天气时十分重要，尤其在北方寒冷天气时的隧道更容易积水，如果排水系统设计不当，施工技术不佳容易造成排水系统的故障，从而产生积水、冻伤等灾害。因此本文主要讲述的是以张呼铁路隧道排水系统为例进行排水系统设计以及施工技术的应用分析，希望能够大力改善各地区的排水系统的排水效果。
关键词：隧道；排水系统设计；施工技术
1.前言
由于隧道设计工艺的特殊性，两面包围环绕、积水难以自主排出，导致在寒冷的冬天容易造成冻伤、结冰等危害，会对隧道的通行产生安全隐患，尤其是在我国北方的严寒地带，极冷天气下给予排水系统严重的病害，处理也十分困难。许多隧道在施工的过程中为了减少结冰现象的发生会给予隧道内部加盖保温材料，从而减少结冰现象，但是保温材料的保温效果并不足以抵抗北方极端寒冷天气，导致两侧积水沟槽超过盖板产生结冰现象，这种现象的产生远远超乎了施工人员对于隧道的施工设计，与预期效果相悖。随着排水系统沟槽积水结冰现象的发生导致排水系统出现堵塞现象和流通不畅，使隧道内部出现大量地下水，如果不能及时处理这个现象，就会严重影响隧道的正常运行。目前来说施工人员对于隧道目前问题的主要解决的方法是在出口800米范围内的两侧侧沟铺设电加热设备和伴热电缆，促进积冰融化，从而能够保证积水顺利流入排水池中，减少堵塞现象的发生。但任何加热材料和加热设备的使用时间都是有限的，需要定期检查设备，能否正常运行并进行相应的维修和保护才能保证保温材料在隧道排水系统中长久的使用下去，这就需要运维工作人员及时的检查和管理，但不同的隧道，在不同的地区，不同的情况下，有着不同的施工方案和排水策略，接下来主要根据张呼铁路隧道的排水系统进行相关探讨。
2.工程概况
张呼铁路线路地处我国北方严寒地带，多山川，因此修建了许多穿山隧道来保证铁路的正常运行，全长286.8千米，由于地理情况特殊隧道的修建是对于张呼铁路线路最好的选择，共有隧道30余座，合计41942米，占总线路的15%左右。其中位于内蒙古乌兰察布市境内的东土村隧道最长，为4560米，而浮生庄一号隧道挖掘深度最深，大概为243米，全长3276米。这些大大小小深深浅浅的隧道，共同构成了张呼铁路体系。对于张呼铁路来说排水系统之所以重要，是由于其地处中温带亚干旱蒙东区，春季沙尘频发，天干风大；夏季炎热时间极短，在内蒙古地区有一个这样的歌谣早穿棉袄午穿纱就形容了夏天这样昼夜温差极大的天气；秋季难以区分出来，时间尚短；在四季中占据较长时间的为冬季，漫长寒冷而干燥，虽然降水量少，但冰冻极长，温度低，极端温度天气达到-21.4度到-38.2度，容易造成冻伤危害，在降水量329毫米到425毫米的基础之上，积雪厚度达到了九厘米到30厘米，相对于北京，天津这些地区每年的积雪厚度来说对比十分显著，也可以看出张呼铁路地段天气十分恶劣，对于铁路的维护工作需要更深入的研究。
3.排水系统设计
排水系统的整体设计需要考虑温度，排水量，降雪情况，但这几个考虑的指标不应以平均水平纳入考虑范围，需要考虑极端天气情况下隧道内排水系统的设计方案，结合实际情况后，在隧道内部的防水板增加连续的透水盲管，贫水地区环向间距10米，而富水地区环向间距5米。环向的透水盲管最终可以汇聚到纵向盲管中，最后通过隧道底部的导水盲管排入集水井中，这就完成了雨水或雪水的聚集。之后随着中心水沟的通道排出隧道外部，在这个过程中深埋水沟是需要设置于整个隧道线路中心底部的并且各个排水装置的内外径、厚度、长度都有严格的使用要求，排水管中心距内轨顶面3.25米，距仰拱顶面1.35米。中心水管采用承插式C40钢筋混凝土预制管，外径700毫米，壁厚7毫米。整个中心水管管座及管身周围采用C20细石混凝土回填密实至仰拱底面。整个设计体系在满足使用要求的情况下，更加科学合理。
3.1中心沟检查井
中心沟检查井与积水、积雪的储存和流通密切相关，对于其宽度、高度和施工技术有着严格的要求，直径为1.1×1.1米，高为3.2米，各个中心沟检查井之间的距离为30米，这样的设计规格可以保证每个检查井之间断开连接处前后闭环紧密扣合，维持排水结构开口处的稳定性，当然对于检查井的厚度，也需要严格的控制限制在50毫米以内，这样的厚度可以保证检查井内部钢筋构造更加合理、密度适宜，仰拱环向主筋应弯入检查井井壁内长度不会大于35倍钢筋直径。这样对钢筋和井壁的厚度都可以很好地发挥支撑作用，保护中心沟检查井正常运转。
3.2中心水排水管
中心水排水管的选择和使用首先要符合国家相关法律规定的规格要求，必须能够达到可以使用100年的目标，并且采用C40钢筋混凝土填埋技术，管径为700毫米，各个排水管之间的间距为30米，更好地保证中心水排水管各管道之间的运行效果。
3.3排水系统可维护性
排水系统的好坏一方面取决于在设计的过程中是否符合当地的气候环境和使用需求，另一方面在于施工人员的定期维护和检查，因此在设计的过程中为了后续方便检查工作顺利进行，可以在保温层边缘设置检查孔，保证在维修过程中可以通过检查孔引入地下水到保温边沟从而防止隧道底部边缘处的积水，改善排水效果。在排水系统的维修期间，相关维修策略也需要制定详细的方案，针对当前所出现的问题进行维护。比如不同检修管之间应该错开布置间隔一定的距离；其次在中心检查井被水淹没之后要使用φ100规格的排水管才能保证充分填充；最后对于排水系统的坡度和隧道坡度要基本保持一致，才能够更好地让积水流到检查井中。一些施工上的小细节往往能够发挥不一样的使用效果。
4.排水系统重点施工环节及工艺
4.1隧道深埋中心水沟
隧道深埋中心水沟的施工顺序进行合理的安排能够更好地发挥排水系统的效果，因此针对张呼铁路隧道施工现场应该采取的顺序，首先是准备清扫隧道底部沉渣，通过样本进行测量；其次在准备工作进行好之后开始挖掘水沟基槽，喷涂混凝土和防水材料以及利用C20细石混凝土进行浇筑，最后中安装中心水管。在中心水沟的施工过程中，也包括一些施工细节需要充分考虑和设计。
4.1.1水沟基槽开挖
挖掘水沟基槽首先并非利用机器或人工进行挖掘需要通过定量炸药的使用来爆破，但爆破的范围和程度一定要得到严格的控制，在保证岩石的承载能力的同时减少对于周围环境的扰动。
4.1.2喷射混凝土封闭
水沟基槽开挖后，需要对爆破所产生的废渣进行清理，从而更好地利用混凝土进行喷射和封闭，使封闭后的基槽表面更加平整，利于后续工作的开展。
4.1.3细石混凝土底座浇筑
细石混凝土底座的浇筑过程中，有模板和浇筑形状，需要按照固定的弧度位置进行浇筑，并保证与预制承插管一致，才能更好地保证排水管道的坡度与隧道坡度一致。
4.1.4中心管安装
中心管的安装对于整体排水系统的正常运转十分重要，在安装前需要保证周围无虚渣油渣等污染物，规格也需要明确，按照使用标准和要求，可用橡胶密封圈套入插口槽内，保证在使用过程中各个插槽受力均匀，无破损，后续的检查过程中，还需要对于中心馆的正常运维进行调整，从而更好地保证中心管的工作效果。
4.1.5C20细石混凝土浇筑
C20细石混凝土在调配的过程中有特定的比例，需要按照设计标准进行充分搅拌，从而减少混凝土在浇筑过程中与基槽之间的缝隙，同时在浇筑前也需要进行杂物的清理，保证浇筑过程的顺利进行。混凝土倾斜高度要达两米，从而更好的防止混凝土离析。
4.2防水板超声波焊接施工
防水板超声波焊接施工技术与传统的焊接方式相比，更容易把握焊接时间和力度，从而提高焊接质量，防止漏水现象的发生。并且新型焊接技术在实际操作过程中也较为简单，方便而且有利于防水板的保护，减少能量消耗，提高工作效率，制作出来的防水板强度高，不易折断和变形，焊接牢固减少，对于周边环境的污染等优点。改善张呼铁路隧道的焊接施工工艺，减少时间的浪费，可以将整体施工过程的质量得到更好的保障。在具体的施工过程中发现防水板超声波焊接施工技术可以更好地改善传统施工方式中人员的浪费以及降低对施工人员的生命威胁，在这个过程中无需施工人员利用手压的方式进行粘连也无两个人之间配合进行焊接热吹工作，因此值得广泛推广和应用。
4.3中埋式止水带
中埋式止水带在排水系统的施工过程中如何妥善的固定一直是整体施工过程中一个极为重视的问题，因为中埋式止水带的固定需要U型钢筋卡，但钢筋卡的刚度如果不符合标准，就会导致中埋式止水带的固定不够牢固，左右晃动容易移位从而影响止水带的使用质量，降低排水效果。针对传统的中埋式止水带施工工艺来看张呼铁路隧道中止水带的施工，运用了新型技术，从而更好地保证了止水带的防水效果。
4.3.1高程调节器
针对中埋式止水带由于移位导致位置不固定的问题，可以利用高层调节器准确地计算出需要安装的位置、高度和距离，从而保证止水带位置居中，更好地和U型钢筋卡进行固定，防止由于位置差异造成倾倒、翻转等问题的发生。
4.3.2定位夹具
中埋式止水带如果要想更好地固定于中央位置，就需要定位夹具在两端给予固定，防止止水带的移位，利用夹具底两根定位龙骨方钢能够充分的保证止水带维持垂直位，即使在激烈的防水情况下也不发生错位。定位夹具的制作材料符合绿色可持续性发展理念可以重复使用节约资源。由于定位夹具是新型工艺在制造和投入使用的过程中，投入了大量的资金，因此目前来说成本较高，增加了中埋式止水带的成本投入，但由于使用时间长，可重复利用，极大的降低了后续维修的费用，同时节省了大量钢筋的投入。总的来说可以节省人力、物力的浪费更好地保证止水带的使用效果，防止发生防水错乱的问题。
4.4水沟电缆槽移动台车施工工艺
水沟电缆槽移动台车施工工艺可以更好的保证各个复杂工序之间的衔接，但传统的施工工艺所需要的施工时间长，混凝土成型效果差，水沟电缆槽的控制难度高，从而造成施工作业的流程受到阻滞，难以顺利完成。而对于张呼铁路隧道的施工工艺主要采用整体化的水沟电缆槽施工技术，将各个复杂的施工工艺之间内在一致性联系起来，高效的保证了各个复杂工艺之间的转化，减轻了劳动时间减少了繁重劳动力的数量，提高了工作效率，更好地保证排水工程顺利进行。
5.总结
总而言之我国目前在面对极端天气地区的隧道排水系统施工程序的设计方面还有很多不足和需要改进、提高的地方，在这个过程中需要针对不同隧道的位置，地理情况进行综合分析和考虑，才能够设计出更符合使用需求的排水系统。希望能够随着相关经验和教训的总结，更好的保证严寒地带排水系统的正常使用，减少冻伤灾害的发生，最终达到保证张呼铁路隧道正常投入使用的目的，带来更大的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]严寒地区隧道防排水改进措施探讨[J].夏勇,马志富.铁道标准设计.2012(S1)
[2]铁路隧道防排水设计探讨[J].马志富.铁道标准设计.2011(05)
作者简介：杨静（1986-10-04），女，汉族，籍贯: 天津