軟弱圍巖隧道防排水設(shè)計探討

奚魏征

摘 要：文章以安康至嵐皋高速公路6座隧道為依托工程，根據(jù)項目區(qū)的氣候條件、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特點，分析了軟弱圍巖防排水設(shè)計對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，結(jié)合分析結(jié)果，提出短、中隧道和長、特長隧道防排水的差異性設(shè)計，為類似項目隧道防排水設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：軟弱圍巖 隧道防排水 差異性設(shè)計

經(jīng)濟水平的快速提高進一步加快了我國公路交通建設(shè)的進程，在這一現(xiàn)狀下，隧道不可避免會遇到軟弱圍巖問題，對軟弱圍巖公路隧道的設(shè)計、施工及養(yǎng)護提出來更高的要求。軟弱圍巖的防排水問題日益突出，軟弱圍巖的防排水設(shè)計對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，運營期間檢修疏通的便利性，是隧道建設(shè)亟待解決的問題。作者對軟弱圍巖隧道防排水設(shè)計進行探討，以期進一步提高軟弱圍巖的公路隧道的設(shè)計水平，為類似工程設(shè)計提供參考。

1.工程概況

1.1地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、氣象條件

項目區(qū)位于秦巴山區(qū)，大巴山主脊橫亙區(qū)內(nèi)南部，山勢自南向北傾斜，南部山區(qū)坡陡谷深、狹窄深邃，北部沿河兩側(cè)多為淺山丘陵。地貌類型主要為中高山、中山、低山和河谷階地等地貌。

項目區(qū)橫跨秦嶺南緣造山帶和揚子地塊兩個構(gòu)造區(qū)，構(gòu)造地質(zhì)復雜，各類巖體發(fā)育，其構(gòu)造變形屬于秦祁昆中央造山帶范疇。

本區(qū)地處內(nèi)陸，受地勢影響，全區(qū)氣候差異較大。南部北大巴山地區(qū)，屬亞熱帶季風山地氣候。

1.2依托工程概況

依托工程共設(shè)置隧道9866m/6座，其中特長隧道3431m/1座，長隧道4975m/2座，中隧道702.5m/1座，短隧道757.5m/2座。

隧道按照雙向4車道高速公路標準設(shè)計，設(shè)計時速100km/h，中、長、特長隧道建筑限界寬度11.00m，短隧道與路基同寬，建筑限界寬度13.25m，凈高均為5.00m。

1.3地層巖性

中、長、特長隧道巖性較單一，均為下志留統(tǒng)梅子埡組千枚巖（S1m）。全風化千枚巖原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造已全部破壞，風化呈黏性土狀；強風化千枚巖節(jié)理裂隙極發(fā)育，多呈張開～微張，巖石被節(jié)理裂隙分割成碎石、碎塊狀；中風化千枚巖節(jié)理裂隙發(fā)育，淺部呈微張，深部多閉合，裂隙中有石英脈充填，單軸飽和抗壓強度Rc為7.3～14.4MPa，軟化系數(shù)為0.54～0.73；微風化千枚巖巖質(zhì)新鮮，含少量黃鐵礦，節(jié)理裂隙較發(fā)育，多閉合，巖體完整，單軸飽和抗壓強度Rc為9.7～19.2MPa，軟化系數(shù)為0.58～0.81。

月亮灣隧道（短隧道）地層巖性為下志留統(tǒng)梅子埡組砂質(zhì)板巖（S1m）。強風化砂質(zhì)板巖為變晶結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖質(zhì)軟，手掰易碎；中風化砂質(zhì)板巖主要成份為絹云母，長石，石英，綠泥石等，變晶結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，錘擊聲清脆，不易碎。可見少量石英細脈充填，呈網(wǎng)狀或樹枝狀，巖體較完整，單軸飽和抗壓強度Rc為26.5MPa。

藥王廟隧道（短隧道）地層巖性為志留系下統(tǒng)梅子埡組（S1m）片巖。全風化片巖原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造已全部破壞，風化呈黏性土狀；強風化片巖主要礦物成份為長石，碳質(zhì)，綠泥石，絹云母等，片狀構(gòu)造，鱗片變晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎；中風化片巖主要礦物成份為長石，綠泥石，絹云母等，鱗片變晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體稍完整，飽和抗壓強度Rc=7.6MPa，軟化系數(shù)=0.73。

1.4最大涌水量預(yù)測

對依托工程各隧道最大涌水量進行預(yù)測，為隧道防排水設(shè)計提供依據(jù)。月亮灣隧道和藥王廟隧道（短隧道）最大涌水量預(yù)測分別為160.08m3/d、161.8m3/d；羅家灣隧道（中隧道）最大涌水量預(yù)測為416.48m3/d；謝家坡隧道和蹺溪河隧道（長隧道）最大涌水量預(yù)測分別為4158.6m3/d、3387.4m3/d；中河隧道（特長隧道）最大涌水量預(yù)測為5186.2m3/d。

2.軟弱圍巖與水的相互作用

眾所周知，水的可塑性極強，能夠通過節(jié)理裂隙滲入到隧道內(nèi)部。地下水與圍巖的相互作用分為3種，具體危害詳見表1。

3.排水設(shè)計的適用性分析

目前隧道排水設(shè)計一般為中心溝和側(cè)式暗溝兩種型式，現(xiàn)根據(jù)項目區(qū)均為軟弱圍巖的特點，并結(jié)合兩種排水型式的優(yōu)缺點，對其適用性進行分析，詳見表2。

4.軟弱圍巖防排水設(shè)計

4.1防排水設(shè)計原則

結(jié)合項目區(qū)的氣候條件、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件特點和排水型式的適用性分析，提出隧道軟弱圍巖防排水設(shè)計采用以下原則：（1）一般段采用“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜、綜合治理”的原則，富水斷層段采用“以堵為主、限量排放、綜合治理”的原則；（2）排水系統(tǒng)應(yīng)排出拱腳以下水，防止拱腳遇水軟化；（3）襯砌防排水設(shè)計充分考慮防排水系統(tǒng)的可維修性、養(yǎng)護疏通的便利性。

4.2防排水設(shè)計

（1）洞外和洞口防排水。①在邊仰坡坡頂以外≥5m處結(jié)合地形地貌設(shè)置洞頂截水溝，避免邊仰坡坡面被雨水沖刷；排水溝設(shè)置在洞門上方，及時排走坡面水。②明洞襯砌采用防水鋼筋混凝土，在襯砌外側(cè)鋪設(shè)兩層土工布（350g/m2），兩層土工布中間鋪設(shè)防水板（1.2mm厚EVA防水板）。③單坡隧道應(yīng)在位于高側(cè)的洞外路基設(shè)置反坡排水，防止洞外路基水排入洞內(nèi)，影響行車安全。

（2）洞身防水。①結(jié)構(gòu)自防水：以注漿堵水、超前大管棚或小導管加固作為第一道防線；以噴射混凝土封閉圍巖裂隙作為第二道防線；以抗?jié)B等級不應(yīng)低于P6的二次襯砌防水（鋼筋）混凝土作為最后一道防線。②在初支與二襯之間設(shè)置土工布和防水板。③施工縫、沉降縫和伸縮縫是襯砌防水的關(guān)鍵部位。隧道內(nèi)縱向施工縫采用鋼板膩子止水帶，環(huán)向施工縫設(shè)置中埋式橡膠止水帶，沉降縫采用中埋式橡膠止水帶與背貼式止水帶。

（3）洞身排水。①環(huán)向排水：為了及時、有效的排出圍巖裂隙水，消除二襯的靜水壓力，在初噴后設(shè)置φ110mm半圓排水管。特別注意的是，要對滲水嚴重部分還應(yīng)進行加密設(shè)置，并將水引入縱向排水管中。②縱向排水：在襯砌背后左右側(cè)墻腳外均設(shè)置設(shè)φ160mmHDPE縱向半邊打孔雙壁波紋管，排水管縱坡與隧道縱坡一致。為確保縱向排水管的可維修性，每隔50m設(shè)置一處縱向管檢查井，左右兩側(cè)交錯布置，便于運營期疏通縱向排水管，確保排水通暢。③橫向排水：每隔10m設(shè)置一道φ160mmHDPE橫向排水管（最小坡度2%），將縱向排水管中的水引入排水溝。④排水邊溝：短、中隧道因涌水量較小，在行車道前進方向左右側(cè)設(shè)排水邊溝，運營階段采用揭蓋清淤，并在洞外設(shè)置油水分離池，避免洞內(nèi)消防清洗用水直接排放；長、特長隧道在行車道前進方向左右側(cè)設(shè)路側(cè)邊溝，排放洞內(nèi)消防清洗水，每隔25m設(shè)置一處沉沙井，在超車道下方設(shè)置矩形中心排水溝，每隔100m設(shè)置一處中心溝檢查井，檢修時僅需封閉一條車道。

5.結(jié)束語

綜上所述，文章根據(jù)項目區(qū)的工程地質(zhì)特點，分析了排水型式的適用性；結(jié)合隧道涌水量，考慮整個防排水系統(tǒng)，統(tǒng)籌規(guī)劃，合理設(shè)計，提出了軟弱圍巖短、中隧道采用兩側(cè)排水邊溝，長、特長隧道采用中心排水溝的差異形設(shè)計。

參考文獻：

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