唐良奎
成都局集团公司西昌工电段四川成都610000
摘要：铁路隧道位于复杂的水文地质环境当中，其排水管道系统是防止隧道支护体系遭到地下水破坏的关键。而由于隧道周边岩土当中富含矿物质等原因，导致排水管道易发生局部堵塞并引发一系列安全问题。本文首先简要介绍了铁路隧道排水系统的构成和特征，并且阐释了影响其正常排水的因素与作用机理，进而探讨了用于铁路隧道排水管道疏通的设备种类和工作原理，对于目前专用铁路隧道排水管道疏通设备的研制状况与技术应用趋势进行了分析。
关键词：设备研制；铁路隧道；管道疏通；原理与应用
引言：
铁路隧道修建于岩体结构深处，其衬砌等支护结构承载着外围地下水的压力并抵御着水的渗透和侵蚀作用。因此为了保护铁路隧道的安全使用，需要有完善的排水系统，将不断渗透和积聚到隧道外围的地下水排除。
一、铁路隧道排水系统的结构和特征
与一般工程项目相比，铁路隧道排水系统的结构更加复杂，管道的走向、形状以及空间分布多变。通常有沿隧道外围布设有纵向、横以及环向排水管道，将渗透到隧道外围各个部位的地下水汇集起来，并依靠重力作用沿管道系统由高到低流向排水沟。而为了实现对隧道支护结构的全面保护，有效降低隧道外围的地下水位并减小渗透压力，铁路隧道的排水管道相对密集，因此管道系统的节点和走向变化较多，而且为了达到可靠的排水效果，需要对管道的坡度等做到精确控制。所以铁路隧道的排水系统无论是施工技术，还是运行维护都有很高的要求。
二、引发铁路隧道排水系统堵塞的原因与作用机理
铁路隧道排水系统的堵塞既不容易及时发现，疏通起来也十分不便。而且当某处排水管出现堵塞，就会引发较大范围的排水系统失效，使得隧道外围水位上升并渗透和侵蚀隧道衬砌等支护结构，造成隧道内侧出现渗水、变形等问题，进而引发设备故障或隧道支护结构失稳等，影响铁路运行安全。因此找到隧道排水管道发生堵塞的原因并了解其形成机理，是预防堵塞并研制专用疏通设备的基础。
（一）水文地质环境对铁路隧道排水系统的影响
堵塞铁路隧道排水管道的异物通常随地下水进入，并由于水流速度和管道走势的变化沉积于某处，影响排水并逐渐将管道完全堵死[1]。矿物质结晶是其中最常见的异物，其成分通常是碳酸钙。而碳酸钙广泛存在于地下岩体当中，尤其是常见的石灰岩富含碳酸钙，当隧道周边存在石灰岩时，渗透到排水系统当中的水就会将碳酸钙带进管道。进而会在水流相对减缓的横向管道或积水部位逐渐形成结晶，使得管径逐步减小并发生堵塞，引发隧道外围地下水位上升和衬砌损坏等问题。
（二）施工和运维原因造成的排水管道堵塞
在铁路隧道施工和运维中，水泥和混凝土是最常用的材料。而在混凝土搅拌与浇筑的过程中，大量水泥粉尘和砂石料等杂质会落在排水管管口[2]。因此首先富含氧化钙的水泥会与环境中相关元素发生化学反应，生成碳酸钙并随水流进入排水管深处，进而发生结晶和形成水垢堵塞排水管道。其次砂石或混凝土等杂质因操作不慎进入排水管道，也同样会被水流带到某处聚集，从而影响隧道排水系统的排水能力。最后富含矿物质的地下水还会与施工所用的混凝土发生化学反应，析出固态的钙质并进入排水管道。因此当地下水流量较大并带来越多的钙离子时，排水管道发生堵塞的几率也就越高。
三、专用设备的研制和技术应用趋势
（一）常见铁路隧道排水管道疏通设备及其运行原理
铁路隧道排水管道疏通使用的设备有很多种，按照动力来源可基本区分为自动和手动两大类，根据具体被堵塞管道的结构复杂程度选择应用[3]。对于简单易疏通的管道使用手动设备就可以疏通，而堵塞比较严重且位于管道深处的情况，需要使用电动或燃油发动机驱动的专业设备，通过高压介质或机械设备对堵塞物进行破坏和清理。通常情况下铁路隧道排水管道疏通设备使用清洁水或气体作为介质，而钻头等机械设备主要用于清除大块混凝土或坚硬的沉积物。自动疏通设备在使用时通过软管和喷嘴将高压介质作用于堵塞管道，利用水或气体压力对碳酸钙结晶异物等进行破除。
（二）专用设备的研制状况
在目前的铁路隧道排水系统运维工作中，疏通堵塞管道所使用的设备大多是市场上的通用产品，即与市政和生活用排水管道疏通使用同种设备。而在近年来铁路隧道建设和运维需求日益增长的情况下，专用疏通设备的研制投入了越来越多的力量。科研人员着重于研制可以自动进行排水管道状态检测和疏通的设备，在现有设备的基础上，强化疏通设备对复杂结构管道的适应性，并且使得设备在管道中可以自行，实现可视化管道疏通等[4]。目前相关单位研制的清除排水管道结晶的自行式设备已经取得良好的应用效果，利用反向高压水流作为疏通端前进的动力，可以胜任结构和走向复杂的隧道排水管道结晶与钙化物的疏通。
（三）管道疏通设备未来研制和技术应用趋势
在专用管道疏通设备的研制方面，目前科研人员正尝试应用人工智能和信息技术，以期能够基于对排水管道内部状态的科学判断，进行更加高效的维护和疏通。首先在现有疏通设备的运行原理基础上，给管道的疏通端加装摄像设备，从而获得排水系统内部的影像资料，通过监视设备观察和分析堵塞发生的原因和位置，进而采取有效措施进行疏通，改变目前根据经验推测和疏通作业的情况。其次研制智能化的疏通设备，可以根据堵塞情况自动调整作业参数，例如介质压力或高压介质的喷射方向等，提升疏通效率和效果。目前专用疏通设备的研制还有很多问题有待解决，例如如何确保影像采集和传感装置等在水下正常使用等。而随着各方面技术的不断进步，铁路隧道排水系统疏通设备会快速向着实现全面的自动化发展。
四、结束语
在高速铁路工程日益增多的背景下，需要进行维护和疏通的隧道排水管道也会迅速增长，因此为维护铁路系统的运行安全，研制功能更加强大的专用管道疏通设备，已经是一项非常紧迫和重要的课题。
参考文献：
[1]郭强.浅谈铁路隧道防排水施工技术应用[J].甘肃科技，2017，33（10）：66-67.
[2]佚名.铁路隧道水害整治施工技术[J].佳木斯职业学院学报，2018，No.187（6）：495-496.
[3]佚名.一种铁路隧道底部预制装配式排水系统：，CN205977268U[P].2017.
[4]赵鹏，郭小雄，马伟斌.铁路隧道排水管道疏通设备研制及应用[J].铁道建筑，2018.