高等級公路隧道防排水設(shè)計及施工技術(shù)探討

郭衛(wèi)琦

(山西省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，山西太原 030006)

0 引言

我國地域遼闊，自然條件差異較大，隧道穿越的山體工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)、氣候條件、水文地質(zhì)和設(shè)計、施工、運營等條件復雜多變，許多隧道運營不久即出現(xiàn)滲漏水，有的出現(xiàn)隧道凍害，這些問題在不同程度上影響了隧道的正常使用。因此必須重視隧道防排水問題，認真研究，合理設(shè)計，精心施工，努力提高隧道防排水施工工藝水平，從根源上治理隧道滲漏水。下面就隧道防排水設(shè)計及施工與大家進行探討。

1 隧道防排水設(shè)計

1.1 隧道防排水設(shè)計目標、施工防排水的要求

滿足正常的隧道運營要求，降低維修維護成本，保證工程的堅固性和耐久性，保護好隧道的周邊環(huán)境及地下水資源。

高速公路、一級公路、二級公路隧道防排水應(yīng)做到拱部、邊墻、路面、設(shè)備箱洞不滲水，有凍害地段的隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結(jié)，車行橫洞、人行橫洞等服務(wù)通道拱部不滴水，邊墻不淌水。

1.2 隧道防排水設(shè)計適用原則

隧道防排水設(shè)計適用“防、排、堵、截結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的總原則，采取切實可靠的措施，達到防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟合理的目的。對地表水、地下水進行妥善處理，洞內(nèi)外形成一個完整通暢的排水系統(tǒng)。

對于隧道穿過巖溶、斷裂破碎帶，預(yù)計地下水較大，當采用以排為主可能影響生態(tài)環(huán)境時，根據(jù)實際情況采用“以堵為主，限量排放”的原則，達到“堵水有效、防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟合理”的目的。

在巖溶發(fā)育地段，則采用“以疏為主、以堵為輔”的原則，強調(diào)盡量維系巖溶暗河的既有通路，嚴禁隨意封堵溶洞、暗河。

一般巖層結(jié)構(gòu)，對不透水或微弱透水地層采用“防、排、截”相結(jié)合的處理原則。

隧道防水應(yīng)重視初期支護防水，以襯砌結(jié)構(gòu)自防水為主體，以防水層防水、施工縫、變形縫防水為重點，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用要求。當?shù)叵滤畬炷两Y(jié)構(gòu)具有侵蝕性時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，保證混凝土結(jié)構(gòu)的安全和耐久性。

1.3 防排水措施設(shè)計

1)針對富水的斷層破碎帶和巖溶發(fā)育區(qū)等情況，采用開挖前預(yù)注漿或開挖后圍巖注漿等措施對地下水進行截堵，是防排水設(shè)計可采取的重要措施。在隧道開挖線外圍一定范圍內(nèi)截斷或阻塞地下水與隧道之間的水流通路，達到人為的限制地下水排放量及排放方向的目的，同時加固圍巖，改善隧道受力條件，從而保證隧道運營安全。注漿可選擇單液漿或雙液漿注漿的方式。

2)圍巖滲入水進入隧道首先遭遇到初期支護噴射混凝土，初噴混凝土的防水作用不容忽視，設(shè)計采用濕噴纖維混凝土，除考慮結(jié)構(gòu)受力因素外，高壓噴射的混凝土對因圍巖變形引起的張開裂縫或原狀裂隙均能起到及時封閉的作用，并能保證自身的密實性及與圍巖密貼，從而避免初支背后空洞儲水給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響;微纖維的使用可以抑制噴射混凝土的開裂，使得初期支護發(fā)揮一定防水作用。

3)二次襯砌既是隧道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，又是隧道防水的屏障。需采用防水混凝土，抗?jié)B等級不小于S8，襯砌厚度不小于40 cm。

4)采用復合式防水層是復合式襯砌隧道防排水的核心內(nèi)容。防水層由防水板及土工布組成。防水板的作用是將地層滲水拒于二次襯砌之外，以免水與二次襯砌接觸并通過二次襯砌中的薄弱環(huán)節(jié)滲入隧道;還能減少二襯的約束，避免二襯受力不均導致開裂。土工布的主要作用是保護防水板，使防水板免遭尖銳物的刺傷。

隧道防水板選用耐久性能較好的合成樹脂防水卷材，幅寬5 m～8 m為宜，防水板厚度不小于1.5 mm，卷材拉伸強度、斷裂伸長率、熱尺寸變化率、低溫彎折性、抗?jié)B透性、剪切狀態(tài)下粘合性等各項指標均要滿足規(guī)范要求。防水板鋪裝設(shè)計采用無釘鋪設(shè)，設(shè)計采用寬幅防水板，可以減少接縫和人工焊接數(shù)量、簡化施工工序、加快鋪裝進度。防水層搭接寬度不小于100 mm，采用自動爬焊機械雙焊縫熱融粘結(jié)技術(shù)，結(jié)合部位采用真空加壓檢測，標準是0.2 MPa壓力作用下5 min之內(nèi)不得小于0.16 MPa。

5)施工縫及變形縫防排水設(shè)計。一般情況下，只要復合式防水層施工規(guī)范，襯砌混凝土施工質(zhì)量達到要求，滲漏水一般不容易直接穿透混凝土而進入隧道洞內(nèi)。因此，混凝土襯砌中的各類變形縫和施工縫往往是防水薄弱環(huán)節(jié)，因而需要進行特殊處理。隧道內(nèi)主要存在施工縫及變形縫，施工縫分為環(huán)向及縱向兩種。

在變形縫設(shè)置橡膠鋼板止水帶，在施工縫處設(shè)置膨脹橡膠條止水帶，膨脹橡膠條應(yīng)盡量安裝在襯砌厚度的中間。止水帶安裝應(yīng)平直垂直于工作縫，兩端埋設(shè)牢固、可靠，膨脹橡膠條在安裝前應(yīng)采取緩膨脹處理措施，避免施工過程中提前膨脹導致防水失敗，安裝應(yīng)牢固可靠?？v向施工縫主要采用刷涂混凝土界面劑的處理措施。

6)隧道自身排水措施主要包括:防水層與噴射混凝土層之間設(shè)縱向排水盲管、環(huán)向?qū)?。縱向排水盲管設(shè)在邊墻底部，沿隧道兩側(cè)布置，全隧道貫通;環(huán)向?qū)苎厮淼酪r砌外緣環(huán)向布設(shè)，并下伸到邊墻腳與縱向排水盲管連通。在遇有地下水較大的地段或集中滲水地段，應(yīng)加設(shè)豎向?qū)?。圍巖滲入水由于防水板的阻隔，通過土工布滲流與環(huán)向?qū)軈R集到縱向排水盲管，通過橫向排水管進入中央排水管，然后排出隧道。環(huán)向盲溝、豎向盲管、縱向排水盲管應(yīng)用無紡布包裹，以避免雜物堵塞管路。

另外，對地下水通路位于隧道開挖線以內(nèi)而被截斷時，采用在隧道開挖線以外埋設(shè)過水能力不小于原通路水量的管材，恢復水流通道，保證地下水通路的暢通。

2 防排水工程施工要點

1)首先熟悉隧道防排水施工圖紙，了解設(shè)計意圖，從而做出隧道防排水施工組織設(shè)計。

2)進行超前地質(zhì)鉆孔。通過超前地質(zhì)鉆孔取芯，可直觀了解前方圍巖的破碎程度、含水情況、不良地質(zhì)等情況，判斷前方是否屬于富水巖層，是否處于巖溶地帶，有無涌水，繼而采取針對措施。

3)隧道開挖。采用合理方法控制圍巖變形，對土質(zhì)及軟巖加強預(yù)支護;對硬巖采用光面爆破技術(shù)，保證開挖輪廓圓順，這是結(jié)構(gòu)防水的基礎(chǔ)。光面爆破與初期支護盡管都不屬于防排水系統(tǒng)施工范疇，但它們與防排水系統(tǒng)施工密切相關(guān)，光面爆破效果好，環(huán)向彈簧排水管就可以圓順地沿圍巖表面設(shè)置，初期支護表面平順，就可減去掛防水板前局部找平這一環(huán)節(jié)，且能保證防水板與噴射混凝土表面密貼，同時點與點之間防水板松弛量的預(yù)留易得到合理控制。

4)噴射混凝土采用濕噴工藝，噴射路線自下往上，噴射范圍每次長1.5 m～2.0 m，高1 m～1.5 m;復噴劃分區(qū)段長6 m左右，先噴平凹面，后噴凸面。確保噴射混凝土密實、噴射厚度符合設(shè)計要求。對鋼架背后、接頭處應(yīng)特別處理，避免存在空洞。

5)防水層施工基面要求。a.噴射混凝土基面要求平整，無大的明顯的凹凸起伏。平整度要求:D/L≤1/6，拱頂D/L≤1/8。其中，L為噴射混凝土相鄰兩凸面的間距;D為噴射混凝土相鄰兩凸面間凹進去的深度。b.基面不得有鋼筋、凸出的管件等尖銳突出物，否則要進行割除，并在割除部位用砂漿抹成圓曲面，以免防水板被扎破漏水。隧道斷面變化或轉(zhuǎn)彎時的陰角應(yīng)抹成R≥5 cm的圓弧。c.防水層施工時基面不得有明水，如有明水應(yīng)采取封堵或引排措施。

6)防水卷材施工。a.在鋪設(shè)防水布時，應(yīng)使防水布保持一定的松弛度，松弛度以手掌將防水布貼在巖面上沒有緊繃感為準;也不宜過松，避免二襯澆筑后造成防水板的破壞或形成空洞。在環(huán)向鋪設(shè)時，應(yīng)注意防水板的縱向與隧道的縱向垂直。b.防水板的焊縫搭接寬度不小于10 cm。c.焊縫盡可能一次完成，盡量減少間斷和停機次數(shù)，避免不必要的修補，如有間斷或停機應(yīng)及時進行修補。d.在鋪設(shè)防水板時，應(yīng)預(yù)留下一段1 m～2 m的搭接余量。e.在完成鋪設(shè)后和進行二次襯砌前，應(yīng)對防水板進行全面認真的嚴格檢查，對發(fā)現(xiàn)的破損處要進行標記，并用熱風焊槍及時進行修補，修補時，補丁要剪成圓角，不宜剪得過小，離破壞孔邊沿不得小于7 cm。f.進行二襯鋼筋及混凝土施工時，應(yīng)采取措施避免損害防水板，此時一旦損壞，將無法再進行修補，必將留下長期隱患。

7)縱向排水管應(yīng)按照一定的排水坡度安裝，要求順直、標高準確。要做好排水管基礎(chǔ)，并用坡度規(guī)檢查。應(yīng)用防水卷材半裹縱向排水管，使從上部下流之水在縱向盲管位置流入管內(nèi)，不致產(chǎn)生地下水在排水管位置漫流。要重點檢查各管道接頭是否牢靠、密實，保證不發(fā)生滲漏。

8)防排水系統(tǒng)建設(shè)完畢后，應(yīng)立即進行壓水并檢驗，及時發(fā)現(xiàn)問題，并進行疏通處理。運營期間應(yīng)定期進行檢查和疏通，避免因排水不暢造成隧道損壞。

隧道施工防排水工程是隧道施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且多屬于隱蔽工程，不易維修，因此，必須加大對隧道防排水工程設(shè)計、施工的控制力度，確保工程穩(wěn)定、可靠，可以長期正常運行。