公路隧道防排水設計的思考

張清枝

(山西省交通規劃勘察設計院晉達監理公司，山西太原 030006)

隨著我國高速公路的快速發展，高速公路隧道的數量迅猛增加，以山西省為例，至2013年年底通車運營的高速公路隧道已達367座，累計長497 km，其中3 km以上的特長隧道56座，10 km以上的隧道3座。雖然一直以來工程技術和管理人員對隧道的防水排水問題都非常重視，但由于引發隧道水害因素的復雜性，到目前隧道滲漏水問題依然沒有完全解決［1］。然而，水對隧道的危害是多方面的，滲漏水的長期作用會危害隧道結構的耐久性，降低隧道內各種機電設施的使用功能和壽命。寒冷地區，尤其是嚴寒地區，隧道漏水將使隧道洞口附近路面產生結冰，拱部產生掛冰，嚴重惡化了隧道的運營條件。因此有必要對隧道防水排水措施進行不斷研究總結，最大限度地保障隧道結構和設備的耐久性以及隧道行車的安全性。

1 現行公路隧道設計規范確定的隧道防排水設計原則

由于引發隧道水害因素的復雜性，所以解決隧道滲漏水問題靠單一的辦法不可能得到很好解決。現行JTG D70-2004公路隧道設計規范(以下簡稱《規范》)對隧道防排水設計提出“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則［2］，要求隧道防排水設計應對地表水、地下水妥善處理，洞內外應形成一個完整通暢的防排水系統。“防”即要求隧道襯砌、防水層具有防水能力，防止地下水透過防水層、襯砌結構滲入洞內。“排”即要求隧道內應有暢通的排水設施，將襯砌背后、路面結構層下的積水排入洞內水溝。“截”即要求對易于滲漏到隧道的地表水，采用設置截水溝或排水溝、清除積水、填筑積水坑洼地、封閉滲漏點等措施，最大限度的減少地表水的下滲對隧道的影響;對地下水，應采用導坑、泄水洞、井點降水等措施，將地下水盡量引離隧道結構之外。“堵”即要求針對隧道圍巖有滲漏水地段，采用注漿、噴涂、堵水墻等方法將地下水堵在圍巖體內。

2 對設計原則的分析及修改建議

應該說《規范》當時確定的隧道防排水設計原則是合理的，但隨著經濟技術的不斷發展和環境保護要求的不斷提高，對公路隧道防排水設計也提出了新的要求。《規范》“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則，應修改為:“堵、截、排、防結合，因地制宜，綜合治理”。盡管二者考慮的因素完全一樣，并且都強調的是因地制宜，綜合治理，只是各種措施的排序發生了變化，然而，排序的變化對具體工程設計的指導和重點安排還是有很大差異的。為什么要調整排序，并且將“堵”由最后提到最前，主要基于以下理由:

1)“防”是被動的，隧道防水主要有兩道防線:a.在初期支護與二次襯砌之間設置的由防水板和無紡布組成的防水層，以防止地下水到達二次襯砌背面;b.規定二次襯砌混凝土應滿足一定的抗滲要求，將隧道二次襯砌作為隧道防水的最后一道屏障。從目前投入運營的隧道存在滲漏水的程度來看，被動防水很難達到預期目標，且有時投資較大，這也正是現行公路隧道設計規范提出綜合治理的理由。

2)“排”是主動的，但“排”有很多弊端［3］，已經不能作為首要措施。其弊端主要有:a.隧道大量排水后將引起相關區域地下水流失，地下水位下降，地表植被干枯，農田灌溉和生活用水的減少甚至干涸，泉水、沼澤和湖泊消失，大量排水將會改變其影響區域動植物生態等自然環境，而由此引起的補救恢復措施費用巨大或根本無法補救;b.大量排水后將引起圍巖顆粒流失，形成地下空洞，降低圍巖的穩定性，地表塌陷，地面建筑物傾斜或破壞，而且施工期間大量排水施工難度大，費用也相當高;c.當地下水具有侵蝕性，如含鹽、含堿、含硫酸根離子等時，大量排水會嚴重污染附近環境。

3)“截”也是主動的，圍巖地下水的來源主要由地表水補給，所以防止或減少地表水的下滲、下漏是減少圍巖滲漏水或涌水的措施之一，但如果隧道埋深較深，則影響的地表面積較大，地下水的補給渠道較為復雜，處理難度和效果難以達到理想狀態，而且如果“截”的徹底，對相關區域的自然環境也會產生不利影響，同時由于水文地質的復雜性和公路用地界限的限制，地表截流工程存在很大的不確定性，而且投資往往較大，施作范圍和措施在工程實踐中受到很大限制。

4)“堵”是主動的，但“堵”和“排”是相互對立的:a.“堵”首先可避免“排”的所有缺點，即“堵”是將不透水的膠凝物質通過鉆孔注入擴散到巖層裂隙中，堵住地下水的出水通道，使隧道施工和運營期對地表植被，農田灌溉、生活用水等原有自然環境的影響減到很小;b.對隧道圍巖有針對性的注漿后，阻止或減少了地下水流出隧道開挖面，為隧道開挖、襯砌施工創造了良好的條件;c.封堵了地下水后，地下水的靜水壓力則由圍巖體承擔，從而消除或減少了地下水對隧道襯砌結構產生的靜水壓力，降低了襯砌造價;d.近年來隧道圍巖注漿技術發展較快，注漿材料已從水泥漿液發展到化學漿液，注漿工藝從單液注漿系統發展到雙液注漿系統，注漿的應用范圍從地表豎井注漿和地面帷幕注漿發展到隧道工作面注漿及襯砌外圍圍巖注漿，注漿的地質條件已從含水裂隙巖層發展到含水砂巖層等較復雜的地層，注漿封堵工藝日趨成熟，為“堵”的廣泛采用提供了技術條件。

3 隧道防排水設計要點及注意事項

3.1 隧址選擇

隧道選址應充分勘察擬通過區域的地形地貌、工程地質、水文地質、氣象和工程環境情況，由宏觀到微觀、逐步查清地表水的徑流水系，地下水的類型及水位、含水層的分布范圍及相關滲透系數、水量及補給關系、水質及其對混凝土的侵蝕性，有無異常涌水、突水，查清地下水露頭、涌泉、溫泉、沼澤、天然和人工湖泊、植被，以及動植物生態等自然環境狀況等，綜合比選路線方案，使隧道洞身盡量避開斷層發育、巖層破碎、地層富水等水文地質復雜地段。洞口則宜選擇在不易受地表水侵害或暴雨時地面徑流不大的位置，且洞口軸線應盡量與地面等高線正交。采取這樣的主動規避不良水文地質地段的措施后，隧道施工和運營期的防排水難度和投資就相應較低，對環境的影響就相對較小，對下一步解決隧道的防排水問題可起到事半功倍的效果。實際上這一點是隧道防排水設計首要的、最主動的措施。

3.2 “堵”字當頭

當隧道必須通過高壓、富水、巖溶等不良水文地質條件地段，或洞頂及其附近有井、泉、池塘、水田、濕地等對水敏感的地物時，應首先采取“堵”的措施，堵住地下水流出隧道開挖面的通路，使地下水很少流出隧道圍巖。當圍巖破碎、裂隙較多時，壓注水泥砂漿或單液水泥漿，可防止滲漏并加固圍巖。當局部水量較大時，采用水泥—水玻璃雙液或化學漿液，加快凝膠時間，防止漿液流散。采用“堵”的措施后，使不同水文地質條件下的隧道排水工程都可不設計成抗水壓二次襯砌。根據隧道不同埋深，經技術經濟比較確定注漿堵水方式。當隧道埋深小于50 m時，可采用地表注漿，當埋深大于50 m時，可采用洞內環向注漿。當然，如果隧道洞身開挖面水量很小或無水，則無需“堵”水。

3.3 采取“截”的工程措施

當隧道埋深較淺，或用明洞法施工時，則采用“截”的工程措施可能更經濟可行。對隧道影響范圍內洞頂的坑洼、洞穴等易積水地段填平夯實，將水引排至隧道影響范圍以外。當隧道頂部有灌溉或排水渠通過時，應將其改移至隧道影響范圍以外;當必須從洞頂通過時，應盡量與隧道軸線正交，并采取可靠的防滲漏措施。當用明洞法施工時，洞頂回填體內宜施作雙層隔水層和排水層，將滲入回填體內的水截住并排走。為防止洞頂暴雨時形成的地面徑流流向洞口，應根據實際地形做好洞口附近地面截水溝、急流槽的設計。

3.4 “排”仍然是重要一環

由于地下水和隧道圍巖的復雜性，采用“堵”和“截”后可能還不能完全達到使隧道開挖面無水的目標。另外，由于地下水水量及流向等在不同季節也有所變化，施工期間無水或少水的地段，并不能保證在運營期間也無水或少水，那么按現行規范做好排水設施仍然是必要的。

3.5 把好最后一關“防”

應該說，經過以上三重措施后，地下水到達隧道二次襯砌背面的量已經大大減少了，但由于工程地質和水文地質的復雜性，以及現場的施工條件和施工效果與理想的設計方案還有一定差距，甚至施工中的任何一個差錯或不精細，都可能使堵、截、排措施不能完全達到預期效果，所以隧道的防水設計依然是重要一環。

4 結語

隨著環境保護要求和施工安全要求的不斷提高，應對《規范》的防排水重點做相應調整，即:將“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的設計原則，修改為“堵、截、排、防結合，因地制宜，綜合治理”。把“堵”圍巖水放在綜合治理的首位，盡量不排或限量排放地下水。

［1］陶西貴，于 江，梁龍喜.公路隧道滲漏問題檢測分析及治理［J］.地下空間與工程學報，2008，4(3):578-582.

［2］JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］.

［3］丁 浩，蔣樹屏，李 勇.控制排放的隧道防排水技術研究［J］.巖土工程學報，2007，29(9):1399-1406.