富水地區(qū)山岳隧道設(shè)置壓力閥新型防排水系統(tǒng)工程應(yīng)用

■李道松

（福建省交通工程造價(jià)站，福州 350001）

富水地區(qū)山岳隧道面臨高地下水位作用，傳統(tǒng)隧道防排水做法是在襯砌防水層與隧道初襯之間設(shè)置環(huán)向排水盲管，環(huán)向排水盲管與隧道縱向排水管在隧道側(cè)墻相連，隧道路面結(jié)構(gòu)下方設(shè)置碎石層作為水平向排水層[1]。 傳統(tǒng)以排水盲管為主的隧道排水系統(tǒng)在圍巖壓力和淤堵下易發(fā)生排水失效，導(dǎo)致隧道襯砌滲漏等工程災(zāi)害，可能影響隧道運(yùn)行安全[2]。 福建省羅寧高速飛鸞嶺隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)隧道襯砌滲漏共60 處， 襯砌滲漏原因?yàn)槭車鷰r壓力、細(xì)顆粒和碳酸鈣沉積產(chǎn)生的淤堵而導(dǎo)致排水失效[3]。 隧道排水可能降低地下水位，產(chǎn)生地面沉降等災(zāi)害危及建筑物安全，并可能影響周圍居民生活和農(nóng)業(yè)用水安全[4-5]。 本文提出設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)[6]，采用外包土工布的S 型排水板代替?zhèn)鹘y(tǒng)排水盲管，提高隧道排水可靠性，設(shè)置壓力閥控制地下水排放量， 減小隧道排水對(duì)周圍環(huán)境的影響。 依托福州北二環(huán)通道北嶺隧道，將設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)應(yīng)用于福州北二環(huán)通道北嶺隧道， 介紹設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)組成、設(shè)計(jì)施工、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)用效果做出評(píng)價(jià)。

1 設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)

針對(duì)傳統(tǒng)隧道排水盲管的諸多弊端，將外包土工布的S 型排水板替代排水盲管（圖1），并采用外包土工布S 型集束排水管作為縱向排水管（圖2）。設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)見(jiàn)圖3， 包括防水系統(tǒng)、 外包土工布的S 型排水板環(huán)向排水系統(tǒng)、路面結(jié)構(gòu)下方外包土工布的S 型排水板水平向排水系統(tǒng)、 外包土工布S 型集束縱向排水管和壓力閥；具體步驟如下：（1）隧道防水系統(tǒng)采用防水板，與傳統(tǒng)隧道防排水做法類似；（2）隧道環(huán)向排水系統(tǒng)由外包土工布的S 型排水板構(gòu)成，根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件， 沿隧道縱向每隔5～15 m 設(shè)置1 道隧道環(huán)向排水，在隧道邊墻拱腳處通過(guò)三通連接件與縱向集束排水管相連；（3）仰拱路面結(jié)構(gòu)橫向排水系統(tǒng)包括土工布、10 cm 碎石墊層、外包土工布的S 型排水板、土工布和土工膜等，外包土工布的S 型排水板在仰拱路面結(jié)構(gòu)下方沿隧道縱向每隔5～15 m 設(shè)置，一般與隧道環(huán)向排水采用相同間距，地下水通過(guò)橫向排水系統(tǒng)導(dǎo)入縱向外包土工布S 型集束排水管；（4）外包土工布S 型集束縱向排水管設(shè)置在隧道邊墻拱腳處，外包土工布的S 型排水板和路面結(jié)構(gòu)下方水平向排水系統(tǒng)通過(guò)三通連接件與外包土工布S 型集束縱向排水管相連接， 組成縱橫交錯(cuò)的排水系統(tǒng)；（5）環(huán)向排水末端設(shè)置壓力閥，自適應(yīng)控制地下水排放量，既減小作用在隧道襯砌結(jié)構(gòu)地下水壓力，又減小地下水排放對(duì)周圍環(huán)境的影響。

圖1 外包土工布的S 型排水板

圖2 外包土工布的S 型集束排水管

圖3 設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)

設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于：（1）外包土工布的S 型排水板和外包土工布的S 型集束排水管，抗壓能力和抗淤堵能力強(qiáng)，受圍巖壓力和淤堵影響小，確保隧道排水性能的可靠性；（2）外包土工布的S 型排水板、路面結(jié)構(gòu)下方橫向排水和外包土工布的S 型集束排水管構(gòu)成縱橫交錯(cuò)的隧道全斷面排水系統(tǒng)，有效降低作用于隧道襯砌的地下水壓力，消減隧道路面結(jié)構(gòu)地下水壓力，保障隧道襯砌結(jié)構(gòu)及路面結(jié)構(gòu)安全；（3）設(shè)置壓力閥，控制地下水排放量，減小隧道排水對(duì)周圍環(huán)境的影響。

2 依托工程概況

福州城區(qū)北二通道北嶺隧道所在場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、典型斷層分布與隧道走向關(guān)系見(jiàn)圖4。北嶺隧道施工中大量巖石裂隙水入滲（圖5），造成場(chǎng)地地下水位下降和地面沉降災(zāi)害，不僅影響隧道運(yùn)營(yíng)安全，還可能對(duì)周圍居民生活和農(nóng)業(yè)用水安全造成不利影響，需采取針對(duì)性治理對(duì)策。

圖5 北嶺隧道施工涌出的大量裂隙水

北嶺隧道原防排水設(shè)計(jì)見(jiàn)圖6，沿隧道環(huán)向每隔10 m 布設(shè)1 道環(huán)向排水盲管，隧道路面結(jié)構(gòu)下方設(shè)置碎石墊層，將隧道環(huán)向排水和路面結(jié)構(gòu)下方水平向排水引入邊墻縱向排水管，與洞外排水溝、截水溝形成完整的隧道排水系統(tǒng)。

圖6 原隧道防排水設(shè)計(jì)

3 設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程與施工工藝

3.1 設(shè)計(jì)流程

設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)可以同時(shí)滿足隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)所能承受的最大水壓力（P

圖7 設(shè)計(jì)流程圖

3.2 施工工藝

穿越斷層區(qū)隧道地下水控制新技術(shù)基本不改變?cè)淼琅潘O(shè)計(jì)，只將原設(shè)計(jì)環(huán)向排水盲管改為S 型排水板， 縱向雙壁波紋集水管改為S 型集束排水管，隧道防水層按原設(shè)計(jì)圖要求，隧道全斷面排水系統(tǒng)布置見(jiàn)圖8。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，調(diào)整環(huán)向排水管間距為5 m。

圖8 北嶺隧道設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排水材料進(jìn)場(chǎng)后， 相繼開(kāi)展設(shè)置壓力閥新型隧道排水系統(tǒng)施工，壓力閥安裝在排水管末端，施工過(guò)程見(jiàn)圖9，施工時(shí)間為2022 年2 月10 日-3 月18 日。

圖9 北嶺隧道設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)施工

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

為了檢驗(yàn)設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)使用效果，埋設(shè)傳感器，埋設(shè)斷面見(jiàn)圖10，典型作用在襯砌結(jié)構(gòu)的孔隙水壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖11，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)有效降低作用在隧道襯砌結(jié)構(gòu)的水壓力， 監(jiān)測(cè)點(diǎn)水壓力在20 kPa 以下。 水壓力小于隧道襯砌許可水壓力作用，關(guān)閉壓力閥，減小地下水排放及其對(duì)周圍環(huán)境的影響，應(yīng)用效果良好。 后續(xù)將繼續(xù)監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)排水系統(tǒng)長(zhǎng)期性能。

5 結(jié)論

本文提出設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)，將設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)應(yīng)用于福州北二通道北嶺隧道工程，詳細(xì)闡述了設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)流程、施工工藝和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出主要結(jié)論如下：

（1）采用外包土工布的S 型排水板代替?zhèn)鹘y(tǒng)排水盲管，采用外包土工布的S 型集束排水管代替?zhèn)鹘y(tǒng)排水盲溝，抗壓能力和抗淤堵能力強(qiáng)，受圍巖和淤堵影響小，確保排水性能可靠性；設(shè)置壓力閥控制地下水排放量，減小隧道排水對(duì)周圍環(huán)境的影響。

（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)有效降低作用在隧道襯砌結(jié)構(gòu)的水壓力，監(jiān)測(cè)點(diǎn)水壓力在20 kPa 以下，水壓力小于隧道襯砌許可水壓力作用，關(guān)閉壓力閥，減小地下水排放，減小地下水排放對(duì)周圍環(huán)境影響。

（3）設(shè)置壓力閥新型隧道防排水系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，在富水地區(qū)山岳隧道特別是穿越斷層區(qū)隧道防排水有推廣應(yīng)用價(jià)值。