全封閉的隧道防排水設計理念

齊海鋒

隨著高速鐵路運營里程的逐漸增加,隧道工程也將得到很大的發展,隧道工程對地下水環境的影響是一個迫在眉睫的新問題。由于這種影響具有很長的“滯后性”,目前還未引起人們的普遍重視,但其所導致的結果則足以令人咋舌。地下水是有限而不可代替的自然資源,是生態環境的基本要素,在水資源匱乏的今天,應重視對地下水環境的保護。必須科學地、謹慎地處理好隧道與地下水的關系,若處理不當,將影響到整個的生態環境,造成不良的社會、經濟后果。

1 問題的提出

隧道施工后造成地下水位下降的例子層出不窮。例如高速公路中寮隧道,長度1 800 m,最大埋深232 m,隧道貫通后最大水位下降9 m。太中銀鐵路呂梁山隧道,長度20 785 m,線位低于水位線20 m～40 m。施工完成后將造成峽口泉域和吳城泉域分水嶺改變、小泉小水干枯衰減。

現在設計的大量隧道防排水貫徹的大的原則為“以堵為主,防、堵、截、排相結合,因地制宜,綜合治理”,但是遇到水量比較大的隧道還是以排為主。隨著我國對環境問題重視的提高,隧道開挖對地下水的影響將很大程度破壞地下水資源。根據《中華人民共和國環境法》和《中華人民共和國水資源保護法》指出,開采礦藏或者興建地下工程,因疏干排水導致地下水位下降、枯竭或者地面塌陷,對其他單位或個人的生活和生產造成損失的,采礦單位或者建設單位應當采取補救措施,賠償損失。

從長遠考慮,為了更好的處理好隧道與地下水的問題,本文提出了全封閉的隧道防水設計理念,當然這種設計考慮環境的同時也相應的提高了造價。但是從保護環境的長遠考慮,這將是隧道洞內防排水發展的必然方向。

2 現行隧道洞內防排水設計

隧道防排水貫徹“以堵為主,防、堵、截、排相結合,因地制宜,綜合治理”的原則,根據隧道長度、氣象條件、地下水的性質及發育程度,采取有針對性的防排水措施,達到防水可靠,經濟合理的目的。

1)隧道設置雙側水溝,隧道環向盲溝采用φ 50 mm單壁打孔波紋管,縱向兩側墻角設置φ 80 mm雙壁打孔波紋管,縱向盲溝設三通與邊墻進水孔相連。2)隧道在初期支護和二次襯砌間鋪設土工布及防水板,防水板鋪設范圍:隧道拱頂至邊墻下部引水管,防水板采用厚度1.5 mm,EVA高分子防水材料的定型產品,幅寬2 m～4 m,盡量選用寬幅防水板,減少焊縫。防水板背襯400 g/m2無紡布,防水板與土工無紡布配合使用;拱墻環向、墻腳縱向設盲溝,并與側溝分段連通。環向盲溝間距按8 m考慮,集中出水處加密設置一道。3)對淺埋、偏壓及斷層破碎帶地段采用小導管注漿加固地層并止水。4)襯砌采用防水混凝土,其抗滲等級不低于P8。5)二次襯砌施工縫環向間距10 m設置一道、縱向通長設置兩道;縱向施工縫設中埋橡膠止水條+涂刷混凝土界面劑,環向施工縫設外貼式塑料止水帶+中埋橡膠止水帶;變形縫設中埋橡膠止水帶及塞填材料。

3 全封閉的隧道洞內防排水設計理念

隧道防排水應貫徹“以堵為主,防、截、堵、相結合,因地制宜,綜合治理”的原則,杜絕地層內地下水通過隧道排出。襯砌內采用全封閉的結構,這樣就可以不改變原有地層內的水系,修建成的隧道就像在山體中插入一根比較粗的鋼管一樣。當然這樣需要比較高的建設費用,但是卻很好的保護了生態環境,保護了地下水資源。

1)加強超前地質預報:采用地質雷達與超前鉆孔相結合的方法,探測對象主要是斷層破碎帶地下水的儲藏狀況,以便及時采取對策。2)加強超前支護設計:當發現前方地質很差時采用洞內長管棚超前支護。這樣處理可以大大減輕后期地下水對施工的影響以及作用在支護上的靜水壓力。3)注漿止水,在隧道的周圍形成一個完整的注漿圈,注漿圈不但可以降低圍巖的滲透系數,還可以承擔一部分的地下水壓力。并且有了注漿圈的存在,可以降低初期支護和二次襯砌施工時的施工危險。4)隧道在初期支護和二次襯砌間鋪設土工布及防水板,土工布及防水板要有足夠的耐久性。不再設置環向盲管和縱向盲管。5)加強初期支護:使初期支護的承載能力能夠承擔全部設計的土壓力荷載,以充分滿足施工階段的需要,確保施工安全。6)加強二次襯砌:二次襯砌按承擔全部靜水壓力考慮,因為防水層施作在二次襯砌與初期支護之間,初期支護是不防水的,盡管要求二次襯砌與初期支護必須密貼,但是一般其間存在空隙,因此將會在二次襯砌的外表面產生靜水壓力。7)襯砌自防水:襯砌采用防水混凝土,其抗滲等級不低于P8,甚至更高。

4 結語

地下水隧道開挖必然要面對的一個問題,全封閉的隧道內防排水設計理念雖然增加了工程的造價,但是從長遠和立足后代的觀點考慮,全封閉的隧道內防水有利于生態環境的保護,尤其是山嶺地區地下水資源的保護。在全封閉的隧道內防水設計中應注意以下幾點:

1)對水下地質勘察的準確度問題,特別是如何取得有關各種地層滲透參數是很重要的,不然將會使設計遠遠偏離實際情況,從而使設計過于保守或造成工程隱患。2)二次襯砌的結構設計。因為二次襯砌要承受水壓,所以要準確定位水位線,計算水壓,最終計算襯砌合理厚度,保證整個隧道結構的運營安全。3)加強施工組織,保證施工安全與質量,全封閉施工水壓較大,應注意施工安全;防水板的焊接要嚴密,施工縫的密封要好。

[2] TZ 331-2009,鐵路隧道防排水施工技術指南[S].

[3] 高寶玉.太中銀鐵路呂梁山隧道對水環境影響的探討[J].山西水利科技,2008(4):131-132.

[4] 郭小紅.梁巍穿越水庫底部的全封閉隧道結構設計[J].公路交通技術,2002(6):78-79.

[5] 張成平,張頂立,王夢怒,等.高水壓富水區隧道限排襯砌注漿圈合理參數研究[J].巖石力學與工程學報,2007(11):55-56.

[6] 郭澤剛.淺談隧道防排水設計與施工技術[J].山西建筑,2009,35(33):333-334.