公路隧道防排水設(shè)計(jì)的思考

張清枝

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院晉達(dá)監(jiān)理公司，山西太原 030006)

隨著我國(guó)高速公路的快速發(fā)展，高速公路隧道的數(shù)量迅猛增加，以山西省為例，至2013年年底通車運(yùn)營(yíng)的高速公路隧道已達(dá)367座，累計(jì)長(zhǎng)497 km，其中3 km以上的特長(zhǎng)隧道56座，10 km以上的隧道3座。雖然一直以來(lái)工程技術(shù)和管理人員對(duì)隧道的防水排水問題都非常重視，但由于引發(fā)隧道水害因素的復(fù)雜性，到目前隧道滲漏水問題依然沒有完全解決［1］。然而，水對(duì)隧道的危害是多方面的，滲漏水的長(zhǎng)期作用會(huì)危害隧道結(jié)構(gòu)的耐久性，降低隧道內(nèi)各種機(jī)電設(shè)施的使用功能和壽命。寒冷地區(qū)，尤其是嚴(yán)寒地區(qū)，隧道漏水將使隧道洞口附近路面產(chǎn)生結(jié)冰，拱部產(chǎn)生掛冰，嚴(yán)重惡化了隧道的運(yùn)營(yíng)條件。因此有必要對(duì)隧道防水排水措施進(jìn)行不斷研究總結(jié)，最大限度地保障隧道結(jié)構(gòu)和設(shè)備的耐久性以及隧道行車的安全性。

1 現(xiàn)行公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范確定的隧道防排水設(shè)計(jì)原則

由于引發(fā)隧道水害因素的復(fù)雜性，所以解決隧道滲漏水問題靠單一的辦法不可能得到很好解決?，F(xiàn)行JTG D70-2004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)對(duì)隧道防排水設(shè)計(jì)提出“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則［2］，要求隧道防排水設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)地表水、地下水妥善處理，洞內(nèi)外應(yīng)形成一個(gè)完整通暢的防排水系統(tǒng)。“防”即要求隧道襯砌、防水層具有防水能力，防止地下水透過防水層、襯砌結(jié)構(gòu)滲入洞內(nèi)?！芭拧奔匆笏淼纼?nèi)應(yīng)有暢通的排水設(shè)施，將襯砌背后、路面結(jié)構(gòu)層下的積水排入洞內(nèi)水溝。“截”即要求對(duì)易于滲漏到隧道的地表水，采用設(shè)置截水溝或排水溝、清除積水、填筑積水坑洼地、封閉滲漏點(diǎn)等措施，最大限度的減少地表水的下滲對(duì)隧道的影響;對(duì)地下水，應(yīng)采用導(dǎo)坑、泄水洞、井點(diǎn)降水等措施，將地下水盡量引離隧道結(jié)構(gòu)之外。“堵”即要求針對(duì)隧道圍巖有滲漏水地段，采用注漿、噴涂、堵水墻等方法將地下水堵在圍巖體內(nèi)。

2 對(duì)設(shè)計(jì)原則的分析及修改建議

應(yīng)該說《規(guī)范》當(dāng)時(shí)確定的隧道防排水設(shè)計(jì)原則是合理的，但隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，對(duì)公路隧道防排水設(shè)計(jì)也提出了新的要求?！兑?guī)范》“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，應(yīng)修改為:“堵、截、排、防結(jié)合，因地制宜，綜合治理”。盡管二者考慮的因素完全一樣，并且都強(qiáng)調(diào)的是因地制宜，綜合治理，只是各種措施的排序發(fā)生了變化，然而，排序的變化對(duì)具體工程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)和重點(diǎn)安排還是有很大差異的。為什么要調(diào)整排序，并且將“堵”由最后提到最前，主要基于以下理由:

1)“防”是被動(dòng)的，隧道防水主要有兩道防線:a.在初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)置的由防水板和無(wú)紡布組成的防水層，以防止地下水到達(dá)二次襯砌背面;b.規(guī)定二次襯砌混凝土應(yīng)滿足一定的抗?jié)B要求，將隧道二次襯砌作為隧道防水的最后一道屏障。從目前投入運(yùn)營(yíng)的隧道存在滲漏水的程度來(lái)看，被動(dòng)防水很難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，且有時(shí)投資較大，這也正是現(xiàn)行公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范提出綜合治理的理由。

2)“排”是主動(dòng)的，但“排”有很多弊端［3］，已經(jīng)不能作為首要措施。其弊端主要有:a.隧道大量排水后將引起相關(guān)區(qū)域地下水流失，地下水位下降，地表植被干枯，農(nóng)田灌溉和生活用水的減少甚至干涸，泉水、沼澤和湖泊消失，大量排水將會(huì)改變其影響區(qū)域動(dòng)植物生態(tài)等自然環(huán)境，而由此引起的補(bǔ)救恢復(fù)措施費(fèi)用巨大或根本無(wú)法補(bǔ)救;b.大量排水后將引起圍巖顆粒流失，形成地下空洞，降低圍巖的穩(wěn)定性，地表塌陷，地面建筑物傾斜或破壞，而且施工期間大量排水施工難度大，費(fèi)用也相當(dāng)高;c.當(dāng)?shù)叵滤哂星治g性，如含鹽、含堿、含硫酸根離子等時(shí)，大量排水會(huì)嚴(yán)重污染附近環(huán)境。

3)“截”也是主動(dòng)的，圍巖地下水的來(lái)源主要由地表水補(bǔ)給，所以防止或減少地表水的下滲、下漏是減少圍巖滲漏水或涌水的措施之一，但如果隧道埋深較深，則影響的地表面積較大，地下水的補(bǔ)給渠道較為復(fù)雜，處理難度和效果難以達(dá)到理想狀態(tài)，而且如果“截”的徹底，對(duì)相關(guān)區(qū)域的自然環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生不利影響，同時(shí)由于水文地質(zhì)的復(fù)雜性和公路用地界限的限制，地表截流工程存在很大的不確定性，而且投資往往較大，施作范圍和措施在工程實(shí)踐中受到很大限制。

4)“堵”是主動(dòng)的，但“堵”和“排”是相互對(duì)立的:a.“堵”首先可避免“排”的所有缺點(diǎn)，即“堵”是將不透水的膠凝物質(zhì)通過鉆孔注入擴(kuò)散到巖層裂隙中，堵住地下水的出水通道，使隧道施工和運(yùn)營(yíng)期對(duì)地表植被，農(nóng)田灌溉、生活用水等原有自然環(huán)境的影響減到很小;b.對(duì)隧道圍巖有針對(duì)性的注漿后，阻止或減少了地下水流出隧道開挖面，為隧道開挖、襯砌施工創(chuàng)造了良好的條件;c.封堵了地下水后，地下水的靜水壓力則由圍巖體承擔(dān)，從而消除或減少了地下水對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的靜水壓力，降低了襯砌造價(jià);d.近年來(lái)隧道圍巖注漿技術(shù)發(fā)展較快，注漿材料已從水泥漿液發(fā)展到化學(xué)漿液，注漿工藝從單液注漿系統(tǒng)發(fā)展到雙液注漿系統(tǒng)，注漿的應(yīng)用范圍從地表豎井注漿和地面帷幕注漿發(fā)展到隧道工作面注漿及襯砌外圍圍巖注漿，注漿的地質(zhì)條件已從含水裂隙巖層發(fā)展到含水砂巖層等較復(fù)雜的地層，注漿封堵工藝日趨成熟，為“堵”的廣泛采用提供了技術(shù)條件。

3 隧道防排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

3.1 隧址選擇

隧道選址應(yīng)充分勘察擬通過區(qū)域的地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象和工程環(huán)境情況，由宏觀到微觀、逐步查清地表水的徑流水系，地下水的類型及水位、含水層的分布范圍及相關(guān)滲透系數(shù)、水量及補(bǔ)給關(guān)系、水質(zhì)及其對(duì)混凝土的侵蝕性，有無(wú)異常涌水、突水，查清地下水露頭、涌泉、溫泉、沼澤、天然和人工湖泊、植被，以及動(dòng)植物生態(tài)等自然環(huán)境狀況等，綜合比選路線方案，使隧道洞身盡量避開斷層發(fā)育、巖層破碎、地層富水等水文地質(zhì)復(fù)雜地段。洞口則宜選擇在不易受地表水侵害或暴雨時(shí)地面徑流不大的位置，且洞口軸線應(yīng)盡量與地面等高線正交。采取這樣的主動(dòng)規(guī)避不良水文地質(zhì)地段的措施后，隧道施工和運(yùn)營(yíng)期的防排水難度和投資就相應(yīng)較低，對(duì)環(huán)境的影響就相對(duì)較小，對(duì)下一步解決隧道的防排水問題可起到事半功倍的效果。實(shí)際上這一點(diǎn)是隧道防排水設(shè)計(jì)首要的、最主動(dòng)的措施。

3.2 “堵”字當(dāng)頭

當(dāng)隧道必須通過高壓、富水、巖溶等不良水文地質(zhì)條件地段，或洞頂及其附近有井、泉、池塘、水田、濕地等對(duì)水敏感的地物時(shí)，應(yīng)首先采取“堵”的措施，堵住地下水流出隧道開挖面的通路，使地下水很少流出隧道圍巖。當(dāng)圍巖破碎、裂隙較多時(shí)，壓注水泥砂漿或單液水泥漿，可防止?jié)B漏并加固圍巖。當(dāng)局部水量較大時(shí)，采用水泥—水玻璃雙液或化學(xué)漿液，加快凝膠時(shí)間，防止?jié){液流散。采用“堵”的措施后，使不同水文地質(zhì)條件下的隧道排水工程都可不設(shè)計(jì)成抗水壓二次襯砌。根據(jù)隧道不同埋深，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定注漿堵水方式。當(dāng)隧道埋深小于50 m時(shí)，可采用地表注漿，當(dāng)埋深大于50 m時(shí)，可采用洞內(nèi)環(huán)向注漿。當(dāng)然，如果隧道洞身開挖面水量很小或無(wú)水，則無(wú)需“堵”水。

3.3 采取“截”的工程措施

當(dāng)隧道埋深較淺，或用明洞法施工時(shí)，則采用“截”的工程措施可能更經(jīng)濟(jì)可行。對(duì)隧道影響范圍內(nèi)洞頂?shù)目油荨⒍囱ǖ纫追e水地段填平夯實(shí)，將水引排至隧道影響范圍以外。當(dāng)隧道頂部有灌溉或排水渠通過時(shí)，應(yīng)將其改移至隧道影響范圍以外;當(dāng)必須從洞頂通過時(shí)，應(yīng)盡量與隧道軸線正交，并采取可靠的防滲漏措施。當(dāng)用明洞法施工時(shí)，洞頂回填體內(nèi)宜施作雙層隔水層和排水層，將滲入回填體內(nèi)的水截住并排走。為防止洞頂暴雨時(shí)形成的地面徑流流向洞口，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地形做好洞口附近地面截水溝、急流槽的設(shè)計(jì)。

3.4 “排”仍然是重要一環(huán)

由于地下水和隧道圍巖的復(fù)雜性，采用“堵”和“截”后可能還不能完全達(dá)到使隧道開挖面無(wú)水的目標(biāo)。另外，由于地下水水量及流向等在不同季節(jié)也有所變化，施工期間無(wú)水或少水的地段，并不能保證在運(yùn)營(yíng)期間也無(wú)水或少水，那么按現(xiàn)行規(guī)范做好排水設(shè)施仍然是必要的。

3.5 把好最后一關(guān)“防”

應(yīng)該說，經(jīng)過以上三重措施后，地下水到達(dá)隧道二次襯砌背面的量已經(jīng)大大減少了，但由于工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的復(fù)雜性，以及現(xiàn)場(chǎng)的施工條件和施工效果與理想的設(shè)計(jì)方案還有一定差距，甚至施工中的任何一個(gè)差錯(cuò)或不精細(xì)，都可能使堵、截、排措施不能完全達(dá)到預(yù)期效果，所以隧道的防水設(shè)計(jì)依然是重要一環(huán)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著環(huán)境保護(hù)要求和施工安全要求的不斷提高，應(yīng)對(duì)《規(guī)范》的防排水重點(diǎn)做相應(yīng)調(diào)整，即:將“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的設(shè)計(jì)原則，修改為“堵、截、排、防結(jié)合，因地制宜，綜合治理”。把“堵”圍巖水放在綜合治理的首位，盡量不排或限量排放地下水。

［1］陶西貴，于 江，梁龍喜.公路隧道滲漏問題檢測(cè)分析及治理［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008，4(3):578-582.

［2］JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］丁 浩，蔣樹屏，李 勇.控制排放的隧道防排水技術(shù)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2007，29(9):1399-1406.