非飽和黃土軟巖公路隧道防排水技術(shù)研究

文/雷立強(qiáng) 中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司 陜西西安 710065

非飽和黃土軟巖在地下水的影響下，強(qiáng)度和承載力等工程性質(zhì)會發(fā)生明顯的變化，是影響隧道的整體安全的關(guān)鍵因素。本文對非飽和黃土軟巖隧道防排水系統(tǒng)的影響因素和地下水的危害和防治進(jìn)行了簡單分析。

1、隧道排防水結(jié)構(gòu)的影響因素分析

1.1 地形地貌的影響

黃土的地貌主要分為塬和峁梁兩大類。黃土的地下水為松散巖類孔隙潛水，大氣降水為地下水的主要補(bǔ)給來源?？紫?、垂直節(jié)理為地下水的主要徑流通道，以泉的方式排泄于溝谷。黃土塬受大氣降水、地下水儲存遠(yuǎn)比黃土梁峁接要好,但地下水排泄條件要差的多, 故而黃土塬的地下水較豐，滲水量較大。

1.2 環(huán)境氣溫與凍深的影響

我國黃土隧道主要分布于西北地區(qū)，經(jīng)常伴有凍害。若隧道防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理，不僅危害行車安全，還嚴(yán)重影響隧道使用壽命。因此應(yīng)查明隧道區(qū)域的凍結(jié)深度，針對性的采取排水溝處于凍結(jié)深度之下、相關(guān)檢查井增設(shè)泡沫或聚氨酯保溫層、水溝出水口設(shè)置于向陽位置及設(shè)置保溫出水口等相應(yīng)措施，以免排水通道凍結(jié)、凍脹失效確保隧道的安全性、延長其使用年限。

1.3 施工方法與襯砌結(jié)構(gòu)的影響

設(shè)計防排水系統(tǒng)時，確保隧道結(jié)構(gòu)安全的情況下，要充分考慮防排水系統(tǒng)的實用性以及經(jīng)濟(jì)性。通過對非飽和黃土軟巖的結(jié)構(gòu)分析并與其它工程隧道進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)利用模筑防水混凝土+防水板的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)是最佳經(jīng)濟(jì)合理的，且實際效果比較良好、施工比較方便。

1.4 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造的影響

通過研究地層巖的特征發(fā)現(xiàn):泥巖在受到水浸濕之后，會產(chǎn)生略微的膨脹、使其強(qiáng)度降低，因此必須確保排水系統(tǒng)的可靠性;非飽和黃土具備非常嚴(yán)重的濕陷性，受水浸濕后會產(chǎn)生較大的濕陷量，所以要防止隧道下部地下水匯流到一起，可以利用中心排水溝使隧道內(nèi)部的地下水順暢排出。通過分析隴東地區(qū)離石非飽和黃土實例隧道地質(zhì)構(gòu)造可知:離石黃土與下伏第三系紅色泥巖不能夠整合接觸。不可能出現(xiàn)特大泥石流進(jìn)入到隧道內(nèi)，所以隧道洞體內(nèi)的排水結(jié)構(gòu)應(yīng)該以“防排結(jié)合”為設(shè)計原則。

2、非飽和黃土地下水對隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的危害及防治

2.1 非飽和黃土地下水對隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的危害

（1）隧道基底受到水的浸濕后，黃土含水量增大，強(qiáng)度下降，產(chǎn)生下沉現(xiàn)象；泥巖受到地下水浸濕后，會出現(xiàn)輕微的膨脹，承載力嚴(yán)重下降進(jìn)而導(dǎo)致路面電纜槽產(chǎn)生形變、裂紋，同時也會造成襯砌斷面呈圓環(huán)狀開裂。（2）隧道圍巖的含水量逐漸增大，造成松動圈不斷外擴(kuò)，進(jìn)而襯砌垂直壓力、側(cè)向水平壓力也隨之漸漸增高。此時襯砌結(jié)構(gòu)所受到的壓力再次增高，當(dāng)超過其允許承受范圍之后，襯砌拱部或者側(cè)墻產(chǎn)生錯臺、裂縫等。（3）襯砌體存在滲漏水現(xiàn)象，當(dāng)氣溫降低后，造成路面、墻面出現(xiàn)結(jié)冰，從而對過往車輛產(chǎn)生嚴(yán)重的安全威脅。（4）經(jīng)過長時間后，由于過往汽車排出的汽車尾氣包含一定量的co1以及co2，這兩種化學(xué)成分會與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成的物質(zhì)具備一定的堿侵蝕性，從而造成襯砌體的滲水位置出現(xiàn)酥松、墻體脫落、起毛等嚴(yán)重?fù)p害襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的現(xiàn)象。

2.2 非飽和黃土軟巖隧道地下水致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的防治

（1）“以排為主、防排結(jié)合”是防排水系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)遵循的原則，應(yīng)形成完整的防、排水體系，使隧道防水可靠，排水通暢，保證初期支護(hù)或一次襯砌無大股出水點，二次襯砌背后排水順暢，運(yùn)營期間隧道內(nèi)不滲、不漏，基本干燥，形成完整有效的防、排水系統(tǒng)。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，保證防水層的封閉和排水的通暢，其發(fā)揮功能。嚴(yán)格控制采購防排水材料物理性能及耐久性滿足設(shè)計及規(guī)范要求的，落實仰拱、仰拱填充、二襯接縫“三縫合一”等工藝要求，對排水管連接、防水板的鋪掛及保護(hù)、襯砌接縫部位止水帶的設(shè)置施工等關(guān)鍵工序從細(xì)節(jié)上進(jìn)行控制。應(yīng)加強(qiáng)排水工作，避免浸泡拱腳及基底，可在掌子面開挖臨時排水溝引排掌子面滲水，反坡段可在仰拱段設(shè)置集水坑攔截已施工段落匯水，并用水泵抽至附近水箱，再通過水管分級排至洞外。（2）巖土在遭水浸濕后，各力學(xué)參數(shù)嚴(yán)重下降。當(dāng)非飽和黃土隧道下伏基巖為泥巖或砂巖等弱透水性巖層，但隧道并未穿越交界面時，應(yīng)充分考慮應(yīng)季節(jié)變化及隧道開挖引起地下水位線的變化及黃土飽和承載力的減弱，因此在對隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行計算時，要按最小值校核。（3）為了避免隧道基底由于地下水不能及時排出而發(fā)生軟化現(xiàn)象，因此宜在仰拱下部設(shè)置中心排水溝，必要時要考慮在隧道下方設(shè)置泄水洞。（4）當(dāng)隧道通過的地段為泥巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)、淺埋段為非飽和黃土地質(zhì)時，由于泥巖地層透水性差，其與非飽和黃土在交界層會匯集一定量的地下水，引起此地段的泥巖風(fēng)化層以及非飽和黃土呈飽和狀態(tài)，從而增加了施工難度并且對后期的隧道質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。當(dāng)隧道完工后，可以讓排水系統(tǒng)快速向洞體外部排出地下水，從而降低此處的地下水流對襯砌體的損害，因此人字坡是隧道的最佳設(shè)計形狀，但是為了防止因鹽分結(jié)晶造成排水管道堵塞問題，縱坡的坡率也不能太小。

結(jié)論：

非飽和黃土軟巖公路隧道防排水是公路隧道建設(shè)面臨的大問題，排防水問題常常不能引起重視，但建成使用后很快卻有了滲漏或拱腳沉降等水害質(zhì)量問題，繼而發(fā)展成拱墻、拱頂或路面裂縫，出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量和安全問題。在非飽和黃土軟巖公路隧道排防水施工技術(shù)及質(zhì)量控制研究中，應(yīng)將防水施工質(zhì)量和集排水施工質(zhì)量均視為重點。要正確判斷隧道地下涌水類型，采取有效的排防水措施設(shè)計，確保隧道長期正常運(yùn)營。