鐵路隧道襯砌滲漏水病害是影響列車安全運營的主要病害之一，也是影響隧道設施全壽命健康服役的主要因素之一[1~3]。我國現行TB10003-2016鐵路隧道設計規范》[4]規定：隧道防排水設計應遵循“防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理，保護環境”的原則。目前我國新建鐵路隧道大都采用復合式襯砌，與襯砌結構相適應的隧道防排水體系具有圈層構造，可用“一堵兩排兩防”來概括，即一圈圍巖
注漿堵水，噴射混凝土與防水層（防水板、止水帶等）間、防水層與襯砌間兩圈排水系統（盲管、盲溝等）及防水層和襯砌混凝土兩層防水[5]。顯然，隧道防排水理念的提升和復合式襯砌結構的應用提高了鐵路隧道的防排水效果。
盡管我國在鐵路隧道的防排水設計和施工中取得了豐碩的成果、積累了寶貴的經驗，但大部分隧道仍存在不同程度的滲漏水現象，部分隧道的滲漏水狀況還相當嚴重[6，7]。目前，我國鐵路隧道防排水技術主要存在三個方面的問題：（1）不同環境條件下鐵路隧道的防排水設計標準針對性不強；（2）防水板等防水產品質量及安裝可控性差，防水效果不理想，甚至缺失排水功能；（3）排水系統關鍵參數設置不盡合理，排水盲管易堵塞，可維護性差，排水系統排水不暢[8，9]?？梢姡浪a品缺失排水功能是鐵路隧道防排水效果不佳的關鍵原因之一。
當前，具備排水功能的凸殼型防排水板正日益引起隧道與地下工程從業者的重視[10，11]。由于凸殼型防排水板具有全斷面排水功能，可將隧道襯砌背后的地下水匯集至縱向設置的排水盲管（溝）之中，可全面替代傳統的防水板與環向排水盲管設置。但是，凸殼型防排水板通水量的檢測方法、評判指標等目前尚無標準可循，因此，研究凸殼型防排水板的通水量及其通水能力對于揭示該產品性能、優化設計
參數以及更新有關規范和標準均具有重要意義。
2 現行規范中關于環向盲管的要求和規定現行《TB10003-2016 鐵路隧道設計規范》[4]中關于環向盲管的設置規定為：環向盲管宜直接引入
側溝，間距宜為8～12 m；當地下水發育時，間距可適當加密至3~5 m；縱向盲管宜8~12 m分段，盲管應設反濾層；環向盲管管徑不宜小于50 mm，縱向盲管管徑不宜小于80 mm。工程建設中實際常用的環向盲管管徑為50 mm，設置間距為10 m。
3 凸殼型防排水板排水通道的等效管徑計算
凸殼型防排水板具有全斷面排水功能，其排水通道可等效為不同尺寸的環向盲管管徑，其排水能力采用通水量來表征，可借助理論模型通過計算確定。凸殼型防排水板根據凸殼形狀可分為半球形和圓臺形兩種，其橫斷面結構如圖1所示，排水通道結構如圖2所示。
從圖1和圖2可以看出，單位幅寬（隧道縱向延長米）半球狀凸殼型防排水板排水通道的等效管徑可按式（1）計算：
單位幅寬（隧道縱向延長米）圓臺狀凸殼型防排水板排水通道的等效管徑可按式（2）計算：
式中：D0為單位幅寬（隧道縱向延長米）凸殼型防排水板排水通道等效管徑（mm）；L 為凸殼型排水板凸殼間距，取20～30 mm；h 為凸殼型排水板凸殼高度，取10 mm；B 為凸殼型排水板厚度，取1.0 mm；ε 為120 kPa壓力作用下，凸殼型防排水板容許的最大壓縮變形率，取0.1；r 為半球狀凸殼型防排水板球殼半徑，取8 mm；b1為圓臺狀凸殼型防排水板頂面直徑，取8 mm；b2為圓臺狀凸殼型防排水板底面直徑，取16 mm。
按式（1）和式（2）計算單位幅寬（隧道縱向延長米）凸殼型防排水板排水通道的等效管徑，如表1所示。
由表1可知，不同凸殼形狀、不同凸殼間距的單位幅寬（隧道縱向延長米）凸殼型防排水板排水通道的等效管徑為0.062 6~0.082 2 m 。
4 凸殼型防排水板通水能力理論計算
4.1 通水量理論計算公式
依據流體力學知識，單位幅寬（隧道縱向延長米）凸殼型防排水板每天的通水量可按式（3）計算：Q0 =( 24 × 60 × 60 )×[C·A( R·J )0.5] （3）式中：Q0為單位幅寬（隧道縱向延長米）凸殼型防排水板通水量（m3/d）；J 為水力坡度，在0.1~2.0之間取值；A為管道斷面面積（m2）；R 為水力半徑，R=管道斷面面積/內壁周長（m）；C 為謝才系數，C=R1/6 /n（m0.5/s）；n 為糙率，視管壁光潔程度，在0.011~0.014之間取值。
4.2 凸殼型防排水板及環向盲管水力參數計算由式（3）計算得到凸殼型防排水板和環向盲管的水力計算參數，如表2所示。
4.3 凸殼型防排水板通水能力計算
根據式（3）和表2可得單位幅寬（隧道縱向延長米）、等效管徑為0.062 6 m的凸殼型防排水板的通水量，計算結果如表3所示。
由表3可知，對于單位幅寬（隧道縱向延長米）、最小等效管徑為0.062 6 m的凸殼型防排水板，在不同水力梯度、不同謝才系數條件下其計算通水量為376~2 138 m3/d。同理，計算得到單位幅寬（隧道縱向延長米）、最大等效管徑為0.082 2 m的凸殼型防排水板，在不同水力梯度、不同謝才系數條件下其計算通水量為777~4 420 m3/d。
4.4 凸殼型防排水板與環向盲管通水能力比較隧道工程中常用的環向盲管管徑為0.05 m，設置間距為10 m。假定水力梯度相同，通水路徑糙率也相同，則10 m幅寬（隧道縱向延長米）凸殼型防排水板與1道環向盲管通水能力比為：
（4）式中：Q0為單位幅寬（隧道縱向延長米）凸殼型防排水板通水量（m3/d）；Qm為1道環向盲管的通水量（m3/d）；D0為凸殼型防排水板的等效管徑（m）；Dm為環向盲管的直徑（m）。
由表3和式（4）計算可得：
即凸殼型防排水板的通水能力是環向盲管的18~38倍。
5 凸殼型防排水板通水能力影響因素
及其功效控制措施
由式（1）和式（2）可以看出，對于給定規格的凸殼型防排水板，其排水通道等效管徑的主要影響因素是ε，即120 kPa壓力作用下防水板凸殼體的最大壓縮變形率，也就是凸殼型防排水板抵抗隧道二次襯砌混凝土澆筑過程中產生擠壓變形的能力。若凸殼型防排水板塑料凸殼的抗壓強度高，則其擠壓變形小，排水通道的凈高就大，排水通道的有效面積大，通水能力等效管徑也大，反之則小。
因此，可通過提高凸殼型防排水板凸殼體的抗壓強度，確保排水板排水通道的有效面積，進而確保其通水能力。
6 結論
本文在總結我國鐵路隧道防排水技術現狀的基礎上，歸納了鐵路隧道防排水技術存在的主要問題，并進一步研究了凸殼型防排水板的通水量計算問題，得到以下結論：
（1）當前我國鐵路隧道防排水領域存在的主要問題是：隧道防排水設計針對性不強；防水板等防水產品質量及安裝可控性差，甚至缺失排水功能；排水系統關鍵參數設置不盡合理。防水產品缺失排水功能是防排水效果不佳的關鍵所在。
（2）目前凸殼型防排水板通水量的檢測方法、評判指標等尚無標準可循，可通過理論公式進行估算。
（3）單位幅寬（隧道縱向延長米）、等效管徑為0.062 6 m的凸殼型防排水板，各種工況下其通水量為376~2 138 m3/d；單位幅寬（隧道縱向延長米）、等效管徑為0.082 2 m的凸殼型防排水板，各種工況下其通水量為777~4 420 m3/d。
（4）凸殼型防排水板的通水能力是環向盲管的18~38倍。
（5）凸殼型防排水板具有全斷面排水功能，可全面替代傳統的防水板與環向排水盲管設置。
（6）提高凸殼型防排水板凸殼體的抗壓強度是確保其通水能力的有效措施。
馬超鋒馬偉斌郭小雄王志偉許學良余東洋
（中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京100081）
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Research
