高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)研究及工程實踐

張明軒，劉涇堂

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，蘭州 730030）

1 高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)的基本原理

1.1 防水排水系統(tǒng)的功能

高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)的基本原理是： 在黃土隧道的設(shè)計、施工和運營中，充分考慮黃土隧道特有的水文地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點， 通過多重防水措施有效地防止水的滲透和積聚，保證隧道的安全和穩(wěn)定運行。 防水排水系統(tǒng)的主要功能包括防止地下水滲透、有效排水、防止?jié)B漏、防止凍害等。 其中，基礎(chǔ)排水系統(tǒng)用于處理隧道底部的滲水問題；擋水墻能夠有效隔離隧道內(nèi)外的水分；防滲板用于隧道內(nèi)側(cè)表面的防滲；防水涂層在整個防水排水系統(tǒng)中有重要作用[1]。 此外，對防水排水系統(tǒng)應(yīng)進行維護和管理，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，確保防水排水系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。 高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)則是綜合運用多種防水技術(shù)和材料， 結(jié)合實際情況進行工程設(shè)計和施工，以達到有效防水排水的目的，保障隧道的安全和穩(wěn)定運行。

1.2 防水排水材料的選用

高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)應(yīng)綜合運用多種防水技術(shù)和材料，實現(xiàn)有效的防水排水。 在黃土隧道的防水排水系統(tǒng)中，常用的防水排水材料包括防水涂料、防滲板、擋水墻、排水管等。 其中，防水涂料是常用的表面防水材料，可分為水性和油性兩種，適用于隧道內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)的防滲；防滲板是一種高分子材料，具有良好的抗?jié)B性能和機械強度，適用于隧道內(nèi)側(cè)的大面積防滲；擋水墻是通過擋水板、地下墻和人工回填體等組成的隔離帶，防止隧道內(nèi)外的水分交換；排水管是用于隧道底部的排水系統(tǒng)，可以快速排出隧道底部的積水。 選用合適的防水排水材料能夠提高防水排水系統(tǒng)的效率和可靠性， 保證隧道的安全和穩(wěn)定運行。 在實際工程中，應(yīng)根據(jù)隧道的水文地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合防水排水材料的特點和優(yōu)缺點，科學(xué)合理選用適合的防水排水材料。

2 高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)設(shè)計原則

1）防水排水系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)當(dāng)以保障隧道安全為核心，因此，設(shè)計方案必須符合防水排水的基本原理，既要考慮防水效果，又要兼顧經(jīng)濟效益和施工難度等因素。 在設(shè)計方案中，還應(yīng)該根據(jù)隧道所處的地質(zhì)和水文條件，綜合考慮各種因素，如地下水的水位和流量、地質(zhì)構(gòu)造、隧道斷面形狀和長度、施工條件等，確定合理的防水排水方案和設(shè)計參數(shù)。

2）防水排水系統(tǒng)的設(shè)計還需要考慮系統(tǒng)的可行性和實用性。 一般情況下，防水排水系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用簡單可靠、易于維護的設(shè)計，避免采用過于復(fù)雜的設(shè)計，以減少系統(tǒng)的故障率和維修成本。 在選擇防水排水材料和技術(shù)時，應(yīng)根據(jù)實際情況和經(jīng)濟條件，綜合考慮其可行性和可靠性。

3）防水排水系統(tǒng)的設(shè)計還應(yīng)當(dāng)考慮環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的原則。 在設(shè)計防水排水系統(tǒng)時，應(yīng)充分考慮環(huán)境保護和資源利用，避免對自然環(huán)境和人類健康造成不利影響。 例如，可以采用回收利用雨水的方式，減少隧道的排水量，同時實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用[2]。

3 高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)設(shè)計方法

3.1 水文地質(zhì)勘察

水文地質(zhì)勘察是防水排水系統(tǒng)設(shè)計的前提條件， 也是決定防水排水系統(tǒng)類型、方案和設(shè)計參數(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 水文地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容包括：地質(zhì)構(gòu)造、巖性、地下水位、地下水流量、地下水化學(xué)成分和含量、土層厚度、土層滲透系數(shù)和壓縮性等。 通過對這些水文地質(zhì)信息的獲取和分析，可以建立合理的水文地質(zhì)模型，為防水排水系統(tǒng)的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 防水排水方案的選擇

在水文地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上， 應(yīng)根據(jù)隧道的具體情況選擇合理的防水排水方案。 常見的防水排水方案包括：內(nèi)排外防、內(nèi)排內(nèi)防、內(nèi)外排水、內(nèi)排外防加插層、內(nèi)外排水加插層等。 在選擇方案時，需要綜合考慮地質(zhì)條件、地下水位和流量、隧道長度和形狀、施工條件和經(jīng)濟效益等因素，并對各種方案進行綜合比較和分析，確定最佳方案。

3.3 防水排水材料的選擇

防水排水材料的選用對于防水排水系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。 常見的防水排水材料包括：水泥砂漿、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、水泥加氯化鈣等。 在選材時，應(yīng)根據(jù)隧道所處的地質(zhì)條件和設(shè)計方案，綜合考慮各種因素，如耐水性、耐候性、抗壓強度、延展性、施工便利性、環(huán)保性等，選擇合適的材料。

3.4 防水排水系統(tǒng)的施工

防水排水系統(tǒng)的施工是保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在施工過程中，需要注意以下幾點：

1）嚴(yán)格按照設(shè)計要求和施工規(guī)范進行施工；

2）對防水排水材料進行檢測和質(zhì)量控制，保證施工材料的質(zhì)量；

3）保證施工現(xiàn)場的環(huán)境衛(wèi)生，防止環(huán)境污染影響到防水排水系統(tǒng)的效果；

4）及時處理施工過程中的問題和不良情況，保證防水排水系統(tǒng)的施工質(zhì)量。

3.5 防水排水系統(tǒng)的監(jiān)測

隧道防水排水系統(tǒng)的監(jiān)測是防止系統(tǒng)出現(xiàn)問題和及時發(fā)現(xiàn)問題的有效手段。 監(jiān)測內(nèi)容包括：地下水位、地下水流量、水質(zhì)、排水管道流量和水質(zhì)等。 通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和比較，可以了解防水排水系統(tǒng)的運行狀態(tài)和效果， 并及時進行調(diào)整和維護，保證防水排水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4 高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)施工工藝

4.1 準(zhǔn)備工作

在施工前，需要對施工現(xiàn)場進行檢查和規(guī)劃，確定施工區(qū)域和施工順序， 并根據(jù)設(shè)計方案準(zhǔn)備所需的材料和設(shè)備。 此外，還需要對現(xiàn)場進行清理和消毒，保證施工環(huán)境衛(wèi)生。

4.2 施工材料和設(shè)備的配合使用

防水排水系統(tǒng)的施工材料主要包括防水材料、排水材料、密封材料、管道和配件等。 在施工過程中，需要根據(jù)具體要求選擇合適的材料，并嚴(yán)格按照規(guī)定的配合比例進行配合使用。設(shè)備方面，需要準(zhǔn)備施工機械和工具，如挖掘機、鏟車、鋼筋剪、鋼筋打包機等，以提高施工效率。

4.3 施工步驟

1）預(yù)處理：包括地基處理、洞口處理、支護處理等。

2）防水層施工：首先進行基層處理，再進行防水層施工，一般采用噴涂法、涂刷法、卷材法等。

3）排水層施工：排水層一般由排水管道、砂石排水層和過濾層組成，其中，排水管道采用聚乙烯、聚氯乙烯、鋼筋混凝土等材料制成。

4）密封層施工：密封層主要采用灌漿法、噴涂法等方式施工。

5）管道施工：管道施工主要包括管道安裝、管道連接、管道預(yù)應(yīng)力張拉、管道沉降調(diào)整等。

6）配件施工：包括補償器、法蘭、接頭等。

5 高速公路黃土隧道防水排水施工中需要注意的問題

1）施工材料的選用：施工材料的質(zhì)量和選擇直接影響到防水排水系統(tǒng)的性能和使用壽命， 應(yīng)根據(jù)實際情況選擇符合規(guī)定的材料，確保質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

2）基礎(chǔ)處理：黃土隧道施工地質(zhì)復(fù)雜，地基不平穩(wěn)，因此，在防水排水系統(tǒng)施工前需要進行地基處理， 地基處理包括挖填平整、壓實、加固等措施。

3）施工技術(shù)：防水排水系統(tǒng)的施工需要注意施工技術(shù)的細節(jié)，應(yīng)按照施工方案要求進行施工，并對施工質(zhì)量進行檢測和驗收。

4）施工現(xiàn)場管理：在施工現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量、進度和安全，對施工材料、設(shè)備和人員進行管理，避免出現(xiàn)失誤和事故。

5）環(huán)境保護：防水排水系統(tǒng)施工前應(yīng)制定環(huán)保方案，施工過程中應(yīng)注意環(huán)境保護，避免對周圍環(huán)境造成污染和破壞。

6）施工過程的監(jiān)控：防水排水系統(tǒng)施工過程中，應(yīng)配備專業(yè)技術(shù)人員進行現(xiàn)場監(jiān)控和管理，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。

7）防水排水系統(tǒng)的驗收：防水排水系統(tǒng)施工完成后需要進行驗收，檢測防水排水性能是否符合規(guī)定，經(jīng)驗收合格后，方可投入使用。

6 高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)的監(jiān)測與維護

6.1 監(jiān)測方法及頻率

為了保證高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)的正常運行，延長使用壽命，對其進行定期的監(jiān)測和維護非常重要。 針對不同的監(jiān)測內(nèi)容，可以采用不同的監(jiān)測方法，如巡視法、監(jiān)測井法、監(jiān)測設(shè)備法和定量檢測法等。 巡視法是指每年或每季度對隧道內(nèi)部進行巡視，發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理；監(jiān)測井法是指設(shè)置監(jiān)測井，觀測隧道內(nèi)部水位和水質(zhì)情況，每年或每季度對監(jiān)測井進行檢測；監(jiān)測設(shè)備法是指安裝流量計、液位計等監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測水位、流量、水質(zhì)等指標(biāo)；定量檢測法是指使用專業(yè)檢測設(shè)備進行定量檢測，如使用水泥漿、涂料、封堵材料等進行檢測。

針對不同的檢測方法，監(jiān)測頻率也有所不同。 隧道內(nèi)部巡視應(yīng)每年至少進行一次； 監(jiān)測井法的頻率可根據(jù)具體情況靈活確定，一般不少于每季度一次；監(jiān)測設(shè)備法的頻率應(yīng)根據(jù)設(shè)備類型和使用情況進行調(diào)整； 定量檢測法可以根據(jù)具體工程需要進行決定。 同時，在檢測過程中，還應(yīng)注意對檢測結(jié)果進行記錄和分析，發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取相應(yīng)的維護措施，保證防水排水系統(tǒng)的正常運行和性能穩(wěn)定。

6.2 維護方法及周期

1）常規(guī)維護主要是對系統(tǒng)進行日常巡視和清理，如清除雨水口、水溝、監(jiān)測井等的淤泥、垃圾等雜物，保證排水系統(tǒng)的暢通性。 此外，還需要注意防水材料的破損、老化情況，及時進行維修或更換。

2）定期維護是按照一定周期進行的維護，主要包括漏水測試、防水層損傷檢查和維護、泄水板和防水板維護等。 具體周期可根據(jù)實際情況和使用狀況靈活調(diào)整， 一般應(yīng)每年至少進行一次。 同時，在維護過程中，應(yīng)注意對維護記錄進行保存和分析，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施解決，避免防水排水系統(tǒng)的失效和損壞。

7 高速公路黃土隧道防水排水工程實踐案例分析

某高速公路的一處黃土隧道，隧道長約2.5 km，隧道內(nèi)部為單向兩車道，限速80 km/h。 該隧道經(jīng)歷了多次降雨后，隧道內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的漏水現(xiàn)象，導(dǎo)致路面濕滑、能見度降低，給車輛通行帶來了安全隱患。 為了解決這一問題，決定對該隧道的防水排水系統(tǒng)進行全面改造，具體措施為：（1）對隧道內(nèi)部進行仔細勘察，了解防水排水系統(tǒng)的具體情況，包括水位、排水量、管道狀態(tài)等；（2）針對漏水現(xiàn)象，工程人員采取多種措施，包括更換老化的防水層、增設(shè)抗?jié)B排水板和防水板、更換排水管道等；（3）在工程完工后，對防水排水系統(tǒng)進行了全面檢測和測試，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。

經(jīng)過改造后，該隧道的防水排水系統(tǒng)效果顯著，漏水現(xiàn)象得到了根本性的解決， 車輛通行的安全性和舒適度得到了提升。 該案例表明，對于高速公路黃土隧道的防水排水系統(tǒng)，采取全面、科學(xué)的改造方案，可以有效地提升隧道的安全性和通行效率。

8 結(jié)語

高速公路黃土隧道防水排水系統(tǒng)是隧道工程建設(shè)中不可或缺的一環(huán)， 其設(shè)計、 施工和監(jiān)測維護等環(huán)節(jié)都需要高度重視，設(shè)計、施工和監(jiān)測維護密不可分，只有將各個環(huán)節(jié)進行協(xié)同配合，才能確保隧道工程的安全、穩(wěn)定、可靠運行。