高等級(jí)公路隧道防排水設(shè)計(jì)及施工技術(shù)探討

郭衛(wèi)琦

(山西省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，山西太原 030006)

0 引言

我國地域遼闊，自然條件差異較大，隧道穿越的山體工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)、氣候條件、水文地質(zhì)和設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等條件復(fù)雜多變，許多隧道運(yùn)營不久即出現(xiàn)滲漏水，有的出現(xiàn)隧道凍害，這些問題在不同程度上影響了隧道的正常使用。因此必須重視隧道防排水問題，認(rèn)真研究，合理設(shè)計(jì)，精心施工，努力提高隧道防排水施工工藝水平，從根源上治理隧道滲漏水。下面就隧道防排水設(shè)計(jì)及施工與大家進(jìn)行探討。

1 隧道防排水設(shè)計(jì)

1.1 隧道防排水設(shè)計(jì)目標(biāo)、施工防排水的要求

滿足正常的隧道運(yùn)營要求，降低維修維護(hù)成本，保證工程的堅(jiān)固性和耐久性，保護(hù)好隧道的周邊環(huán)境及地下水資源。

高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路隧道防排水應(yīng)做到拱部、邊墻、路面、設(shè)備箱洞不滲水，有凍害地段的隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結(jié)，車行橫洞、人行橫洞等服務(wù)通道拱部不滴水，邊墻不淌水。

1.2 隧道防排水設(shè)計(jì)適用原則

隧道防排水設(shè)計(jì)適用“防、排、堵、截結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的總原則，采取切實(shí)可靠的措施，達(dá)到防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟(jì)合理的目的。對(duì)地表水、地下水進(jìn)行妥善處理，洞內(nèi)外形成一個(gè)完整通暢的排水系統(tǒng)。

對(duì)于隧道穿過巖溶、斷裂破碎帶，預(yù)計(jì)地下水較大，當(dāng)采用以排為主可能影響生態(tài)環(huán)境時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況采用“以堵為主，限量排放”的原則，達(dá)到“堵水有效、防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟(jì)合理”的目的。

在巖溶發(fā)育地段，則采用“以疏為主、以堵為輔”的原則，強(qiáng)調(diào)盡量維系巖溶暗河的既有通路，嚴(yán)禁隨意封堵溶洞、暗河。

一般巖層結(jié)構(gòu)，對(duì)不透水或微弱透水地層采用“防、排、截”相結(jié)合的處理原則。

隧道防水應(yīng)重視初期支護(hù)防水，以襯砌結(jié)構(gòu)自防水為主體，以防水層防水、施工縫、變形縫防水為重點(diǎn)，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用要求。當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有侵蝕性時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，保證混凝土結(jié)構(gòu)的安全和耐久性。

1.3 防排水措施設(shè)計(jì)

1)針對(duì)富水的斷層破碎帶和巖溶發(fā)育區(qū)等情況，采用開挖前預(yù)注漿或開挖后圍巖注漿等措施對(duì)地下水進(jìn)行截堵，是防排水設(shè)計(jì)可采取的重要措施。在隧道開挖線外圍一定范圍內(nèi)截?cái)嗷蜃枞叵滤c隧道之間的水流通路，達(dá)到人為的限制地下水排放量及排放方向的目的，同時(shí)加固圍巖，改善隧道受力條件，從而保證隧道運(yùn)營安全。注漿可選擇單液漿或雙液漿注漿的方式。

2)圍巖滲入水進(jìn)入隧道首先遭遇到初期支護(hù)噴射混凝土，初噴混凝土的防水作用不容忽視，設(shè)計(jì)采用濕噴纖維混凝土，除考慮結(jié)構(gòu)受力因素外，高壓噴射的混凝土對(duì)因圍巖變形引起的張開裂縫或原狀裂隙均能起到及時(shí)封閉的作用，并能保證自身的密實(shí)性及與圍巖密貼，從而避免初支背后空洞儲(chǔ)水給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響;微纖維的使用可以抑制噴射混凝土的開裂，使得初期支護(hù)發(fā)揮一定防水作用。

3)二次襯砌既是隧道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，又是隧道防水的屏障。需采用防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)不小于S8，襯砌厚度不小于40 cm。

4)采用復(fù)合式防水層是復(fù)合式襯砌隧道防排水的核心內(nèi)容。防水層由防水板及土工布組成。防水板的作用是將地層滲水拒于二次襯砌之外，以免水與二次襯砌接觸并通過二次襯砌中的薄弱環(huán)節(jié)滲入隧道;還能減少二襯的約束，避免二襯受力不均導(dǎo)致開裂。土工布的主要作用是保護(hù)防水板，使防水板免遭尖銳物的刺傷。

隧道防水板選用耐久性能較好的合成樹脂防水卷材，幅寬5 m～8 m為宜，防水板厚度不小于1.5 mm，卷材拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、熱尺寸變化率、低溫彎折性、抗?jié)B透性、剪切狀態(tài)下粘合性等各項(xiàng)指標(biāo)均要滿足規(guī)范要求。防水板鋪裝設(shè)計(jì)采用無釘鋪設(shè)，設(shè)計(jì)采用寬幅防水板，可以減少接縫和人工焊接數(shù)量、簡化施工工序、加快鋪裝進(jìn)度。防水層搭接寬度不小于100 mm，采用自動(dòng)爬焊機(jī)械雙焊縫熱融粘結(jié)技術(shù)，結(jié)合部位采用真空加壓檢測，標(biāo)準(zhǔn)是0.2 MPa壓力作用下5 min之內(nèi)不得小于0.16 MPa。

5)施工縫及變形縫防排水設(shè)計(jì)。一般情況下，只要復(fù)合式防水層施工規(guī)范，襯砌混凝土施工質(zhì)量達(dá)到要求，滲漏水一般不容易直接穿透混凝土而進(jìn)入隧道洞內(nèi)。因此，混凝土襯砌中的各類變形縫和施工縫往往是防水薄弱環(huán)節(jié)，因而需要進(jìn)行特殊處理。隧道內(nèi)主要存在施工縫及變形縫，施工縫分為環(huán)向及縱向兩種。

在變形縫設(shè)置橡膠鋼板止水帶，在施工縫處設(shè)置膨脹橡膠條止水帶，膨脹橡膠條應(yīng)盡量安裝在襯砌厚度的中間。止水帶安裝應(yīng)平直垂直于工作縫，兩端埋設(shè)牢固、可靠，膨脹橡膠條在安裝前應(yīng)采取緩膨脹處理措施，避免施工過程中提前膨脹導(dǎo)致防水失敗，安裝應(yīng)牢固可靠?？v向施工縫主要采用刷涂混凝土界面劑的處理措施。

6)隧道自身排水措施主要包括:防水層與噴射混凝土層之間設(shè)縱向排水盲管、環(huán)向?qū)?。縱向排水盲管設(shè)在邊墻底部，沿隧道兩側(cè)布置，全隧道貫通;環(huán)向?qū)苎厮淼酪r砌外緣環(huán)向布設(shè)，并下伸到邊墻腳與縱向排水盲管連通。在遇有地下水較大的地段或集中滲水地段，應(yīng)加設(shè)豎向?qū)?。圍巖滲入水由于防水板的阻隔，通過土工布滲流與環(huán)向?qū)軈R集到縱向排水盲管，通過橫向排水管進(jìn)入中央排水管，然后排出隧道。環(huán)向盲溝、豎向盲管、縱向排水盲管應(yīng)用無紡布包裹，以避免雜物堵塞管路。

另外，對(duì)地下水通路位于隧道開挖線以內(nèi)而被截?cái)鄷r(shí)，采用在隧道開挖線以外埋設(shè)過水能力不小于原通路水量的管材，恢復(fù)水流通道，保證地下水通路的暢通。

2 防排水工程施工要點(diǎn)

1)首先熟悉隧道防排水施工圖紙，了解設(shè)計(jì)意圖，從而做出隧道防排水施工組織設(shè)計(jì)。

2)進(jìn)行超前地質(zhì)鉆孔。通過超前地質(zhì)鉆孔取芯，可直觀了解前方圍巖的破碎程度、含水情況、不良地質(zhì)等情況，判斷前方是否屬于富水巖層，是否處于巖溶地帶，有無涌水，繼而采取針對(duì)措施。

3)隧道開挖。采用合理方法控制圍巖變形，對(duì)土質(zhì)及軟巖加強(qiáng)預(yù)支護(hù);對(duì)硬巖采用光面爆破技術(shù)，保證開挖輪廓圓順，這是結(jié)構(gòu)防水的基礎(chǔ)。光面爆破與初期支護(hù)盡管都不屬于防排水系統(tǒng)施工范疇，但它們與防排水系統(tǒng)施工密切相關(guān)，光面爆破效果好，環(huán)向彈簧排水管就可以圓順地沿圍巖表面設(shè)置，初期支護(hù)表面平順，就可減去掛防水板前局部找平這一環(huán)節(jié)，且能保證防水板與噴射混凝土表面密貼，同時(shí)點(diǎn)與點(diǎn)之間防水板松弛量的預(yù)留易得到合理控制。

4)噴射混凝土采用濕噴工藝，噴射路線自下往上，噴射范圍每次長1.5 m～2.0 m，高1 m～1.5 m;復(fù)噴劃分區(qū)段長6 m左右，先噴平凹面，后噴凸面。確保噴射混凝土密實(shí)、噴射厚度符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)鋼架背后、接頭處應(yīng)特別處理，避免存在空洞。

5)防水層施工基面要求。a.噴射混凝土基面要求平整，無大的明顯的凹凸起伏。平整度要求:D/L≤1/6，拱頂D/L≤1/8。其中，L為噴射混凝土相鄰兩凸面的間距;D為噴射混凝土相鄰兩凸面間凹進(jìn)去的深度。b.基面不得有鋼筋、凸出的管件等尖銳突出物，否則要進(jìn)行割除，并在割除部位用砂漿抹成圓曲面，以免防水板被扎破漏水。隧道斷面變化或轉(zhuǎn)彎時(shí)的陰角應(yīng)抹成R≥5 cm的圓弧。c.防水層施工時(shí)基面不得有明水，如有明水應(yīng)采取封堵或引排措施。

6)防水卷材施工。a.在鋪設(shè)防水布時(shí)，應(yīng)使防水布保持一定的松弛度，松弛度以手掌將防水布貼在巖面上沒有緊繃感為準(zhǔn);也不宜過松，避免二襯澆筑后造成防水板的破壞或形成空洞。在環(huán)向鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)注意防水板的縱向與隧道的縱向垂直。b.防水板的焊縫搭接寬度不小于10 cm。c.焊縫盡可能一次完成，盡量減少間斷和停機(jī)次數(shù)，避免不必要的修補(bǔ)，如有間斷或停機(jī)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。d.在鋪設(shè)防水板時(shí)，應(yīng)預(yù)留下一段1 m～2 m的搭接余量。e.在完成鋪設(shè)后和進(jìn)行二次襯砌前，應(yīng)對(duì)防水板進(jìn)行全面認(rèn)真的嚴(yán)格檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的破損處要進(jìn)行標(biāo)記，并用熱風(fēng)焊槍及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)時(shí)，補(bǔ)丁要剪成圓角，不宜剪得過小，離破壞孔邊沿不得小于7 cm。f.進(jìn)行二襯鋼筋及混凝土施工時(shí)，應(yīng)采取措施避免損害防水板，此時(shí)一旦損壞，將無法再進(jìn)行修補(bǔ)，必將留下長期隱患。

7)縱向排水管應(yīng)按照一定的排水坡度安裝，要求順直、標(biāo)高準(zhǔn)確。要做好排水管基礎(chǔ)，并用坡度規(guī)檢查。應(yīng)用防水卷材半裹縱向排水管，使從上部下流之水在縱向盲管位置流入管內(nèi)，不致產(chǎn)生地下水在排水管位置漫流。要重點(diǎn)檢查各管道接頭是否牢靠、密實(shí)，保證不發(fā)生滲漏。

8)防排水系統(tǒng)建設(shè)完畢后，應(yīng)立即進(jìn)行壓水并檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并進(jìn)行疏通處理。運(yùn)營期間應(yīng)定期進(jìn)行檢查和疏通，避免因排水不暢造成隧道損壞。

隧道施工防排水工程是隧道施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且多屬于隱蔽工程，不易維修，因此，必須加大對(duì)隧道防排水工程設(shè)計(jì)、施工的控制力度，確保工程穩(wěn)定、可靠，可以長期正常運(yùn)行。