隧道工程中地下水處理方案的研究

喻寒陽

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074)

0 前言

在討論隧道防排水工程的理念和原則時，不妨首先看看發達國家的做法。如在德國，隧道統一采用全封閉結構，圍巖中的地下水不進入隧道襯砌內輪廓線；在法國，則采用以排水為主要治水措施的方案，隧道路面下設專用的圍巖水排水管道，保證水不流入建筑限界內。而在我國，各地地質水文條件差異巨大，難以制定共同的防排水處理標準。所以需要視具體情況而定，結合各個工程的水文地質條件來制定相應的防排水方案。但總體來講，防排水工程最基礎的理念是截水、堵水和排水相互結合，共同作用，綜合治理。

1 地下水對隧道施工的危害及成因

在隧道工程修筑完成之后，隧道周圍會被地下水包圍，這些地下水流動性和滲流性都極強。在施工過程當中需多方面考慮地下水對隧道結構可能造成的危害，并分析其成因。

水對隧道造成最大影響和最嚴重圍巖的階段即是施工階段，它們主要來自于隧道圍巖中所含的地下水或部分地表水，以滲漏或涌出方式進入隧道內造成的危害。其直接影響包括空氣中水分含量過高影響隧道內施工作業人員的身體健康、使施工機械設備銹蝕、造成漏電事故等，嚴重的掌子面涌水甚至有一定幾率會直接導致圍巖崩塌，對現場施工管理人員的人身安全造成威脅。

這種危害來自于開挖前沒有做必要的地質預報，或地質預報不準確、不及時，也有一定幾率會由施工方防水措施不及時或不恰當造成，是可以被避免的危害。

圖1-1 隧道排水示意圖

2 地下水對隧道運營的危害及成因

2.1 隧道漏水、隧道涌水

在隧道運營過程當中，地下水和地表水會通過各種形式深入隧道結構內，進而對隧道結構的安全和穩定造成傷害，對隧道的受力結構、牽引類型、周圍地質條件產生影響，使得襯砌混凝土腐蝕、剝落，造成其結構變形、弱化、破壞；嚴重者有一定幾率會導致隧道限界受侵，直接中斷隧道正常運營。

2.2 襯砌周圍積水

在運營隧道中，地下水和地表水會源源不斷地滲流進隧道襯砌外輪廓線內，一旦不能及時排出則會對隧道本身造成傷害。水壓較大時會直接導致襯砌變性，進而破壞襯砌；圍巖結構的軟弱部分會因為過高的水含量而軟化、泥化，進而導致承載力減小甚至失去承載力，對襯砌壓力增大而導致襯砌破壞；引發圍巖的膨脹作用，經由圍巖壓力使襯砌變形破壞。

2.3 潛流沖刷

潛流沖刷指由于地下水在隧道襯砌結構周圍產生一個滲流場，這個滲流場會溶蝕隧道的襯砌和圍巖。將會導致拱頂下沉，邊墻、仰拱開裂破壞，嚴重時甚至會導致整體道床下沉；圍巖錯動導致襯砌開裂破壞等嚴重后果。

可以看出，地下水對隧道的危害需要引起勘察、設計、施工等的各方人員高度重視。危害產生的原因是來自多個方面的，比較重要的原因大體有以下幾種：勘察設計中對隧道防排水的需求預估不足；施工階段的作業沒有嚴格參照設計方案和預定計劃，有一定幾率會使得地下水涌出等；以及地質條件本身造成的客觀問題，所以，在施工準備階段，就應該保證有完備的應急處理手段和前瞻性的預備措施。

3 隧道工程防排水施工存在的問題

在正在建設的隧道中，相當一部分隧道會出現地下水侵害，侵害的程度各有輕重。輕則導致隧道施工環境潮濕，影響施工人員舒適度；重則破壞隧道主題結構，導致工程質量出現問題，進而拖慢施工進度；最嚴重的情況下，甚至可能直接導致大規模涌水，導致人員傷亡。從這些出現水害的隧道中，我們不難總結出幾個在防排水施工中存在的問題。

3.1 防水層破壞性損傷

防水層對隧道防水及其重要，但因防水層的材質和功用限制，它的強度一般較低，在防排水工程中，防水層極易遭到被破壞。

隧道內施工環境惡劣，程序復雜且相互交叉干擾，極容易導致防水層破碎。尤其是被錨桿、鋼筋、綁扎鐵絲等初次襯砌和二次襯砌中外露的尖銳物刺破，后續爆破對防水層也會造成不同程度的傷害。

3.2 復合襯砌結構對防水層的傷害

公路隧道多采用復合襯砌，分為初次襯砌和二次襯砌兩部分，防水板鋪設于兩層襯砌之間，同時承擔了防水和傳遞圍巖壓力的功用。在復核襯砌結構中，防水層還承擔了傳遞圍巖壓力的作用，將會收到初期支護和二次襯砌的擠壓；同時由于隧道內部和襯砌外側存在溫度差的原因，初期支護和二次襯砌之間會產生錯動，進而摩擦防水層，處于高壓條件下又承受摩擦力的的防水層極易因此而磨損、裂口直至完全失能。

4 結語

隧道防排水工程是一個復雜的問題，全國各地地質水文條件差異巨大，不同的水文地質條件下，設計工作和施工作業也應因地制宜，防排水工程最基礎的理念是使用以排為主、截堵排相結合的綜合治理辦法，確保結構不滲不漏。施工前做好地質預報，提前了解掌子面以后的水文環境。隧道整體防水系統關鍵應該充分利用襯砌混凝土自身的防水能力, 提高防水板鋪設質量。

由此，從勘測，到設計，到預報，再到施工，對隧道的防排水工程層層把控，環環相連，相信可以使隧道工程中現行的地下水處理方案取得有效的進步，為隧道工程質量的整體提升做出切實貢獻。

[1]王成.隧道工程[M].北京:人民交通出版社.2009

[2]隧道防排水工程[J].中鐵四局四公司，2002，（05）

[3]侯廣雙.淺析公路隧道排水工程的施工[J].工程科技，2011，50(2):P35～47