公路隧道防排水體系研究現狀

羅 光

(廣西翔路建設有限責任公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

隨著公路隧道數量的不斷增加，保證隧道良好的運營環境十分必要，而隧道防排水技術是保證隧道運營環境的重要影響因素，因此，隧道防排水系統的好壞會直接影響到隧道的運營環境以及運營成本。本文主要總結了當前公路隧道防排水系統現狀及其存在的缺陷和防排水體系設計研究現狀，對防排水系統的優化設計、工程實踐能夠提供借鑒意義。

1 公路隧道防排水系統應用現狀

目前，國內的公路隧道防排水系統設計與施工基本上借鑒了國外較為成熟的經驗[1]。所采用的主要防水措施是在初期支護和二次襯砌中間添加防水層，防水層主要以無紡土工布和防水板為主。當前排水系統具體排水過程為：地下水從圍巖→環向排水管→縱向排水管→橫向導水管→中央排水溝→洞外。詳細排水系統如圖1所示。

2 公路隧道防排水系統存在缺陷

當前的公路隧道防排水體系中每一個環節出現缺陷都有可能引起滲漏水現象。限于當前施工技術水平、施工方法、防排水材料等存在的不足，以及地理位置環境的制約，造成了當前隧道防排水體系存在一系列缺陷問題。

2.1 二次襯砌混凝土存在缺陷

隧道之所以出現滲漏水說明二次襯砌混凝土內部存在裂縫。二次襯砌缺陷除混凝土裂縫之外，還存在二次襯砌脫空、二次襯砌厚度不足、二次襯砌不密實、二次襯砌錯臺、二次襯砌表面蜂窩麻面、有氣泡等缺陷。

2.2 排水管存在缺陷

2.2.1環向排水管

為了節省環向排水管的安裝時間，如果環向排水管安裝時未包裹濾水布，地下水中富含的雜質很容易將排水管上的開孔堵塞，環向排水管的導流作用失效。當前的環向排水管基本采用軟管，其自身剛度較小，二次襯砌混凝土模筑后，軟管呈壓扁狀態，軟管不能起到有效的排水泄壓作用，排水系統不能滿足要求。

2.2.2縱向排水管

縱向排水管在安裝之前應先采用土工布包裹，其次再用防水板包裹,其正確施工圖如圖2所示。縱向排水管安裝時存在的主要問題是：

1)排水管并沒有安放在素混凝土管座上而懸空；

2)排水管的接頭部位安裝穩定性差；

3)安裝過程中忽視了排水管上的泄水孔位置，將泄水孔朝下安裝造成水直接向下流出，排水系統失效；

4)防水板包裹不嚴實；

5)未用土工布包裹，泥砂堵塞排水管上的泄水孔；

6)上覆級配碎石不達標，不能達到濾水效果。

2.2.3橫向排水管

橫向排水管施工時保護措施不到位，容易出現排水管在初期支護部位發生折斷破壞，以及在接頭部位出現堵塞。橫向排水管在三通管接頭部位因固定不牢發生扭曲、變形等。

2.2.4三通管

三通管部位(如圖3所示)是連接縱向排水管與橫向排水管的接頭管，該部位施工時在沒有防護措施情況下，尤其在沒有基座固定的情況下，二次襯砌混凝土澆筑時容易引起接頭管部位變形，甚至壓扁排水不暢。另外該部位是最容易發生堵塞的部位，也是受力和地下水較為集中的部位。更是地下水中含有的鈣質結晶堆積的部位。如圖4所示為韓國舊隧道排水管出現鈣質結晶堵塞[2]。

2.2.5中央排水管

中央排水管施工時多采用圓形混凝土預制管，少數采用PVC管材，或者方形預制管。中央排水管在實際施工時，存在的通病是排水管并沒有安放在基座上，并用爆破后的碎石不利于排水管穩定，管段接頭部位出現錯臺，極易引起后期管段接頭滲漏水。其次是中央排水管未用土工布包裹，級配碎石(含泥砂)未用水沖洗干凈，滲水孔極易被泥砂堵塞，導致滲水孔失效引起路基結構破壞。

2.3 防水層存在缺陷

防水層存在的主要問題是防水板焊接出現焊破、焊縫不牢，混凝土澆筑時受到張拉極易引起防水板開焊或者撕裂破壞。防水板在鋪設之前未對初期支護表面進行清理，如錨桿、鋼筋頭等凸起的尖銳物勢必對防水板造成破壞，即使進行了修補，其牢固性和完整性均不能得到有效的保證。

2.4 止水帶存在缺陷

止水帶施工過程中存在的主要問題是背貼式止水帶出現焊接與固定不牢，鋼筋卡固定不規范，模板拆除后止水帶出現變形、破損等。運營期間止水帶受溫度影響易出現老化、扭曲、變形等，不能保證施工縫位置防水。綜合以上分析止水帶所存在的缺陷主要是其自身因素影響較大，受施工質量引起的缺陷影響較小，研發耐久性新材料是止水帶的發展方向。

3 公路隧道防排水體系研究現狀

3.1 公路隧道分區防排水研究現狀

當前公路隧道防排水技術提升的同時，分區防排水的主導思想逐步占據主導地位。芮艷杰等[3]采用實驗的方法證明了二次襯砌與防水板之間的地下水存在“竄流”現象，通過在防水板上安裝背貼式止水帶將隧道劃分各區，將“竄流”限制在一個防水區段內，減小了隧道滲漏水的面積。徐愛民等[4]通過在防水板上安裝防竄流肋條，并依據水量的大小將隧道劃分為不同長度的區段。提出在每個分區內的二次襯砌與防水板之間加設泄水管，以降低作用在二次襯砌上的滲水壓力。劉清文[5]認為分區不應僅限于在防水板與二次襯砌之間，防水板與初期支護之間也應一并分區防水，從源頭上杜絕地下水在防水板背后竄流。張長安等[6]提出在噴射混凝土內嵌入“∟”型防水板的一端，并將另一端與整體式防水板焊接的方式進行分區隔離地下水。白偉振[7]基于“公路隧道新型防排水系統設計與關鍵技術研究”課題提出了在二次襯砌的施工縫位置將防水板切開折向洞內的外排水構件，地下水從外排水構件經橫向排水管流向中央排水管。肖明清[8]從控制二次襯砌水壓力的角度出發，提出了每隔一定距離在二次襯砌上切縫設置導水槽分區泄壓排水，并通過在導水槽上設置泄壓環控制作用在二次襯砌上的水壓力，技術方案值得工程借鑒。

3.2 公路隧道抗凍害防排水研究現狀

隨著嚴寒地區隧道數量的增加，隧道發生凍害問題已屢見不鮮。如何采取防凍措施以及如何排出二次襯砌背后的地下水成為抗凍害防排水設計的關鍵所在。國外隧道抗凍害防治措施有日本的型溝槽法、表面隔熱處理法、復合式襯砌隔熱處理法、電熱法、暖管法；前蘇聯的空氣隔熱板法和紅外線輻射法；歐洲的防凍隔離層和防凍絕緣棚；美國的隔熱排水系統；法國的隔離墻板等。國內隧道抗凍害防治措施主要有防寒泄水洞、中心深埋水溝、保溫水溝、防凍隔溫層、加熱保溫層、防寒門(簾幕)。我國對防凍材料的研制較為落后，但從結構形式上進行抗凍害防治，與國外相比能夠節省材料降低造價。

4 結語

本文針對當前公路隧道防排水系統應用現狀、防排水系統存在的缺陷及處治措施進行了分析，總結了當前公路隧道防排水系統中二次襯砌混凝土、排水管、防水層、止水帶所存在的缺陷，并列舉了針對性的治理措施。

基于當前公路隧道防排水系統研究現狀，建議今后從以下方面開展研究工作：

1)根據分類總結的公路隧道整個防排水系統所存在的缺陷問題，有針對性的進行下一步的研究工作。

2)當前的公路隧道分區防排水研究成果理論上均具有可行性，部分研究成果得到了實際應用，對防止隧道滲漏水問題也取得了一定的效果。可行性研究成果為后期進一步工程實踐奠定了理論基礎。

3)針對初步實際應用的公路隧道新型防排水系統，其實際應用效果仍然需要進行長期跟蹤觀測，并進行對比分析，以期達到預期效果再進行推廣應用。

4)抗凍害防排水設計結構形式是嚴寒地區防排水系統的發展趨勢，建議根據隧道所在區域的實際情況，合理選取或者設計研發抗凍害防排水結構形式。

5)利用當前公路隧道防排水系統所存在的現狀，從防排水系統結構形式、防排水新材料、新能源、新的施工工藝進一步設計研發。