公路隧道排水設(shè)計與隧道路基病害防治

陸國會

（廣西交建工程建設(shè)集團有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引言

在公路工程體系中隧道結(jié)構(gòu)形式極為常見，選擇這一方式開展公路建設(shè)工作，不但能優(yōu)化公路行進路線，為行車帶來方便，而且也能縮短施工線路長度，降低滾石、泥石流等自然災(zāi)害的危害性。隨著近年來我國公路隧道建設(shè)數(shù)量不斷增多，大量實踐表明隧道建設(shè)與水有著天然矛盾，許多公路隧道建設(shè)會因為排水問題而造成無法按期完工、成本徒增等問題，嚴(yán)重影響使用安全性與穩(wěn)定性，因此針對公路隧道排水設(shè)計和隧道路基病害防治相關(guān)問題的研究，顯得尤為必要。

1 公路隧道排水設(shè)計要點

1.1 設(shè)計原則

現(xiàn)階段，新奧法屬于公路隧道排水設(shè)計方法中最為先進的一種。技術(shù)人員在對公路隧道進行排水設(shè)計時，一定要遵循隧道與支護結(jié)合的原則，依據(jù)工程項目的現(xiàn)實情況選擇可行且有效的治理措施，確保排水系統(tǒng)高質(zhì)量完工[1]。在采用新奧法進行公路隧道排水設(shè)計時，一定要關(guān)注以下幾點要求：第一，一旦圍巖周邊察覺有縫隙水或涌水現(xiàn)象，技術(shù)人員一定要采取排、堵、截等手段展開綜合性防護，保障錨桿、混凝土噴射等設(shè)備能夠順利使用。第二，在開展前期建設(shè)或二次襯砌之前，公路隧道的施工現(xiàn)場一定要有防水層，才能保證后續(xù)工作的順利開展。

1.2 設(shè)計復(fù)合防水層

在公路隧道施工建設(shè)中，滲水問題始終是導(dǎo)致隧道病害產(chǎn)生的主要原因，一旦發(fā)現(xiàn)有滲水問題，便需要耗費大量成本與時間進行防治。隨著我國公路建設(shè)數(shù)量的不斷增多，隧道建設(shè)技術(shù)也有了質(zhì)的飛躍，為了能夠讓公路隧道防排水工程實現(xiàn)良好的施工成效，在設(shè)計過程中，需要綜合考量施工手段、防排水要求、水文地質(zhì)條件、施工成本等因素，從而遵循綜合防治、因地制宜的原則，對公路隧道展開施工，進而為行車安全與隧道內(nèi)部設(shè)備穩(wěn)定運行提供保障[2]。

詳細來講，設(shè)計復(fù)合防水層是公路隧道防排水中的關(guān)鍵方法，屬于襯砌隧道防排水方式之一。在對襯砌內(nèi)面安裝排水設(shè)施時，無需開鑿即可完成，這一方式不但能簡化施工過程，而且工程施工量非常小。

1.3 設(shè)計沉降止水帶和止水條

結(jié)合當(dāng)前的公路隧道施工實際情況而言，因為長時間有地下水滲流或仰拱破裂，所以會產(chǎn)生泥沙堵塞現(xiàn)象，致使引水管經(jīng)常發(fā)生回灌，引發(fā)一系列冒泥、冒水、翻漿等問題。此外，地下水壓力及流量逐步增大，也會不斷地從襯砌裂縫與施工縫等較為薄弱環(huán)節(jié)中滲漏，久而久之便會導(dǎo)致襯砌背后形成空洞，從而改變圍巖特征。同時，地下水富含碳酸鹽，具有一定腐蝕性，會對襯砌形成腐蝕。當(dāng)?shù)叵滤疂B透至路基后，加之車輛長年累月的碾壓，極易導(dǎo)致路面被破壞。一般來講，公路隧道內(nèi)部不會發(fā)生滲水穿透混凝土直接進入的現(xiàn)象，而出現(xiàn)隧道滲水的問題，根本原因在于混凝土施工過程中發(fā)生沉降或裂縫現(xiàn)象，所以要有效規(guī)避滲水問題，一定要合理處理裂縫問題。

最常用的裂縫處理方法是在縫隙中放進遇水膨脹的止水條，于地形沉降之處設(shè)置止水帶。針對止水條和止水帶的安裝，應(yīng)當(dāng)進行定制，防止存在接頭不暢的情況。至于止水條和止水帶的規(guī)格，則要根據(jù)隧道的真實情況而定，待所有準(zhǔn)備工作完畢，便可確定安裝位置，安裝時要重點控制偏移[3]。

1.4 利用圍巖注漿堵水

在公路隧道施工階段，地下水會直接影響到隧道圍巖的強度和穩(wěn)定性，并且經(jīng)過長時間的浸染，還會腐蝕公路隧道的結(jié)構(gòu)，最為關(guān)鍵的是地下水會滲透混凝土的薄弱環(huán)節(jié)和破損位置，其中包含隧道施工縫、變形縫等，慢慢滲透至隧道內(nèi)部，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重影響。詳細來講，滲水會造成隧道路面濕滑，導(dǎo)致汽車輪胎摩擦力變小，剎車距離變長，行車環(huán)境危險系數(shù)提高，車禍發(fā)生率也有所提升。

所以，可采取圍巖注漿堵水的方式解決相關(guān)問題。此情況主要適用于公路隧道開挖期間，面對一系列的股狀突水、線狀淋水、地下水上涌等問題，均可采取灌注漿液的方式，往滲水縫隙中注漿，能夠切實改善圍巖向隧道內(nèi)部滲水的弊病。采取圍巖注漿堵水法，在超長隧道設(shè)計施工中更為適用，待隧道開挖完成后，該方法能夠采用超前或徑向的方法對準(zhǔn)圍巖展開鉆孔注漿。此外，材料選擇方面一定要選用價格低、料源充足的水玻璃漿液或水泥漿液，并且在注漿過程中需要視透水區(qū)情況而定，確定是否要擴大注漿范圍。一般布孔范圍要比透水區(qū)寬1.2～1.6m。另外，注漿前為了防止由于地下水壓力過大而帶來的透水孔過量形成的問題，需要在透水區(qū)中間部位多打一定數(shù)量的泄水孔。待滲水區(qū)情況穩(wěn)定，再不斷朝周邊注漿，隨后開展封孔操作。

2 公路隧道路基病害防治方法

2.1 路面壓實處理

2.1.1 病害分析

公路隧道路基作為隧道建設(shè)中的基礎(chǔ)前提，必須重視其質(zhì)量把控，如果路基部分出現(xiàn)大量病害，會嚴(yán)重影響公路隧道路基的功能發(fā)揮，所以要做好隧道路基病害的防治工作。但在現(xiàn)實情況中，由于公路隧道在服役中會頻繁受到車輛荷載對路基的擠壓，加之自然因素的影響，會出現(xiàn)路基滑坡、變形等一系列病害，導(dǎo)致路面發(fā)生質(zhì)量問題，影響安全性與穩(wěn)定性。

另外，養(yǎng)護管理不周、人為因素破壞、水文土質(zhì)等方面的原因，都會導(dǎo)致路基快速受損。所以，從現(xiàn)實情況來看，在建設(shè)施工階段要做好相關(guān)防范，后期環(huán)節(jié)則要關(guān)注養(yǎng)護管理，才能實現(xiàn)對公路隧道路基病害問題的有效規(guī)避。而對于路基病害而言，包含自然災(zāi)害、地面沉降、坡腳滑動等不同類型病害，均會造成路基坍塌、變形等問題，影響公路整體質(zhì)量。

2.1.2 防治辦法

要想解決上述路基病害問題，就一定要嚴(yán)格按照施工要求執(zhí)行，完善路基施工。

首先，要選擇固化好、硬度高且穩(wěn)定性強的碎石路、砂土作為路基填料。

其次，在施工中合理處理填料穩(wěn)定性，同時按照隧道要求采取科學(xué)有效的方式展開施工。

最后，填料選擇完畢后進行壓實處理，在壓實的過程中要選擇分層壓實的做法，保證每一層填料的完全壓實，才能提高路基的穩(wěn)定性、密實性和強度，才能承受得住自然災(zāi)害、車輛荷載等一系列破壞。

2.2 控制路基含水量

2.2.1 病害分析

對于公路隧道路基的病害防治而言，路基沉降屬于路基病害的主要表現(xiàn)之一，也是路基出現(xiàn)的垂直下落情況，該情況會造成公路的變形與裂縫的產(chǎn)生。需要格外注意的是，路基沉降作為路基常見病害之一，具有不可逆特性。造成路基沉降的原因有許多，一方面來自自然災(zāi)害，另一方面是車輛荷載，也有路基本身的質(zhì)量問題。

其中，路基本身質(zhì)量問題主要指施工建設(shè)過程中存在填筑方法的不合理性，抑或填料本身存在質(zhì)量問題，可能因為壓實度不夠、路基排水處理不合理等造成。所以，也就導(dǎo)致路基強度、抗變形能力存在不足，加之車輛的長年累月荷載，難以避免地會出現(xiàn)路基位移和垂直下降的問題。另外，當(dāng)遭遇軟土地基時，由于土質(zhì)原因會弱化公路的抗變形能力、強度與密實度，均導(dǎo)致隧道建設(shè)達不到公路施工要求。前期必須進行固化處理，而如果固化過程中壓實、置換土層、軟土層處理等方面方法不合理，再加上自重、車輛荷載等問題，便容易出現(xiàn)中空塌陷、兩側(cè)擠壓、沉降等問題，進而引發(fā)路基沉降。

部分山區(qū)路段會因為路基底部過于陡峭而容易遭受雨水侵蝕，一旦坡腳加固處理不當(dāng)，加之地殼運動、車輛荷載、路基本身原因等影響，便極易出現(xiàn)邊坡滑塌的情況，主要表現(xiàn)為滑坡、溜方等現(xiàn)象（溜方指的是因為施工不合理或流水長期沖刷而導(dǎo)致邊坡下移，在長時間作用下逐漸掏空路基）。

2.2.2 防治方法

針對上述病害問題，在公路隧道路基防治中應(yīng)當(dāng)先做好對軟土地基的處理工作。為了防止土層之間出現(xiàn)軟夾層，要先控制好路基含水量，如此可強化路基的穩(wěn)定性與強度，并且能保障路基壓實工作質(zhì)量。從這一點來看，天然稠度小、含水量多的黏質(zhì)土可用作路基填料，并且在原料中添加適量的生石灰，能夠借助生石灰的良好吸水特性，實現(xiàn)對路基的有效固化。另外，還可在原料中加入吸水性強的樹脂、膨潤土等材料，同樣能實現(xiàn)固化路基的效果。

對于邊坡防護來講，一般可采取護坡防護與坡面防護兩種方式。前者指在邊坡面砌筑塊石、片石等材料，砌筑方式可采取干砌或漿砌等，具體視情況而定，如針對軟土地基則可采取干砌法。而后者的主要目的是針對巖石風(fēng)化剝落、地表水沖刷等一系列問題展開防治，常見方式是砌筑菱形或方形的石框格，對植被表面進行固定，能夠有效防范邊坡滑動，對坡面做好固化。

2.3 地面、路面與地下排水

2.3.1 病害分析

地下水會對公路隧道路基穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，進而引發(fā)一系列隧道路基病害，可見在路基病害防治中需要高度重視地下水的腐蝕，尤其要關(guān)注地面、路面與地下的排水工作。一般來講，開展公路隧道排水設(shè)計的主要目的是將基巖裂隙水、路面水排出，針對基巖裂隙水可采取中心排水溝的方式進行排水，也可將電纜溝作為排水溝，將路面水引入電纜溝底部而逐步排出洞外。需要注意的是，要在溝幫預(yù)留好出水口。通常來講，公路隧道內(nèi)部很少出現(xiàn)路面水問題，主要因素可能是襯砌開裂而引發(fā)的滲水現(xiàn)象，或貨車向外排出的剎車水、灑水車排出的清潔用水等。所以，在排水設(shè)計環(huán)節(jié)中，還要綜合考慮對路面養(yǎng)護的便捷性。

2.3.2 防治辦法

為了有效排出公路隧道路面積水，可將預(yù)制邊溝設(shè)置在盲溝上，采取這一做法能夠提高養(yǎng)護的便捷性，在后續(xù)養(yǎng)護中就算出現(xiàn)淤積情況，同樣可用灑水車對預(yù)制溝進行全線沖刷，淤積能夠順暢地排出洞外。路基盲溝的主要功能是排出基巖裂隙水，可在無仰拱地段設(shè)置波紋管或橫向盲管，有效排出路基下的地下水。另外，在對公路隧道展開排水設(shè)計時，還要關(guān)注排水溝的規(guī)格選定，依據(jù)于此確定內(nèi)廓斷面。采取這一設(shè)計模式，能達成清濁分流的效果，在不同級別的山嶺隧道的三車道、兩車道排水中較為適用。但這一做法顯然不適用于高寒山區(qū)，氣溫較低的山區(qū)需要用到凍融線，同時對中心水溝進行深埋。詳細來講，地面排水，可采用急流槽、邊溝、跌水等方式完成；路面排水屬于公路隧道排水工程的關(guān)鍵，可采取集中排水、分散排水的綜合防治方法；地下排水則可采取滲井、盲溝、暗溝等方式完成。

3 工程實例分析

以某公路項目舉例，在公路隧道排水設(shè)計和路基病害防治要做好以下幾點。

3.1 繪制施工圖紙

為了保障施工順利開展，相關(guān)人員要按照隧道施工要求繪制圖紙，交給審批人員審批，通過后開展一系列準(zhǔn)備工作。

3.2 路基設(shè)計原則

在對路基進行設(shè)計時，一定要結(jié)合現(xiàn)實情況對線路展開分析，確定最佳施工辦法，同時遵循安全、環(huán)保等原則，做好路基設(shè)計方案。該項目的路基設(shè)計包括如下內(nèi)容：第一，填方路基設(shè)計。結(jié)合真實地質(zhì)情況選用施工材料，確定填料強度，重視路基邊坡設(shè)計，常用路基邊坡坡度如表1 所示。第二，關(guān)注地基處理，為后期工作開展打好基礎(chǔ)。第三，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開展路基挖方。第四，借鑒過往經(jīng)驗對施工計劃進行優(yōu)化。第五，結(jié)合收集到的數(shù)據(jù)進行分析，保障施工強度。

表1 路基邊坡坡度比

3.3 確定路基設(shè)計高度

該項目施工路段地貌復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境條件多樣化，所以在確定路基高度的過程中，需要綜合考量現(xiàn)實情況，通過翻閱過往材料了解地下水穩(wěn)，保證后續(xù)施工的順利性。

3.4 排水設(shè)計

為了確保公路隧道投入使用后不會因為排水問題而出現(xiàn)各種質(zhì)量問題，結(jié)合該項目情況可采取挖掘排水溝的做法進行排水設(shè)計，需要關(guān)注如下幾點：第一，為了保障排水效果不會受到影響，溝底縱坡坡度必須高于0.3%。第二，為了避免排水效果受影響，需要確保排水溝、截水溝、邊溝三者有效銜接。同時，因為用到的透水管材質(zhì)不同，所以排水效果也有一定影響。第三，溝底縱坡坡度高過2.5%時，應(yīng)當(dāng)強化溝底粗糙程度，避免沖刷現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 結(jié)語

總而言之，公路隧道排水設(shè)計與隧道路基病害防治既是公路隧道施工建設(shè)中的關(guān)鍵要點，更是保障公路隧道正常運行的基礎(chǔ)。所以，在排水設(shè)計工作中，要切實提高公路隧道的防排水質(zhì)量，在兼顧排水功能及實效的同時，也要合力把控施工質(zhì)量與進度，關(guān)注養(yǎng)護的便捷性。此外，還應(yīng)根據(jù)工程情況，采取對應(yīng)措施，杜絕各類公路隧道路基病害的發(fā)生，減少公路隧道的安全隱患，保證行車安全、保護生態(tài)環(huán)境。