淺談公路隧道排水設計與隧道路基病害防治

漆江

摘要：隧道排水設計是隧道正常運營的重要保障之一，排水設計的缺陷將導致路面積水、路面損壞、拱底冒水、翻漿冒泥等病害。本文通過研究沿江公路九座單洞雙車道隧道的四種排水設計對比優劣，優化排水設計。并討論了優化設計的適用情況。推薦一種施工質量容易控制且后期養護方便的隧道排水設計，供隧道設計人員參考或批評指正。

Abstract： Tunnel drainage design is one of the important guarantees for the normal operation of tunnels. Defects in drainage design will lead to road surface gathered water， road damage， water at the bottom of the arch， muddy mud and other damages. This paper optimizes the drainage design by studying and comparing the advantages and disadvantages of the four drainage designs of the nine-seat single-lane two-lane tunnel along the Yanjiang Highway. It also discusses the application of optimized design. It is recommended that a tunnel drainage design with easy construction quality and convenient maintenance in the later stage should be used by the tunnel designer for reference or criticism.

關鍵詞：公路隧道;隧道排水;隧道病害;病害防治

Key words： highway tunnel;tunnel drainage;tunnel damage;damage prevention

中圖分類號：U455.41+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0076-03

0? 引言

現今的隧道建設中，隧道滲漏水已成為隧道的主要病害之一，一旦發生滲漏水，用于整治的費用非常龐大。伴隨著公路建設的快速發展，公路隧道的修建也增長迅速，截至2004年底我國已建成公路隧道2495座，總長1246公里，其中65%的隧道已經進入養護維修期[1]。因此為了能使隧道防排水工程能獲得良好的效果，在設計與施工過程中，應充分考慮隧道的水文地質條件、防排水要求、施工工藝、工程費用等因素。因地制宜，綜合治理，保證隧道結構與洞內設備的正常運行和行車安全，防治滲漏水病害的發生。本文以云南省怒江州蘭坪縣黃登水電站沿江公路幾座隧道為例，淺談隧道排水的優化。

1? 排水病害實例

沿江公路（表碧段）共設九座隧道，均為單洞雙車道隧道，設計時速為30km/h，該路隧道已經于2013年底開始通車。運營至今，由于缺乏管理、養護不及時以及當地居民的人為破壞等原因。如今隧道內已出現由于仰拱破裂或在地下水長期滲流作用下帶來泥沙堵塞縱向排水管道導致基巖裂隙水通過橫向引水管回灌，引發拱底冒水、翻漿冒泥如圖1、圖2。隨著地下水流量與壓力的增大，其從施工縫和襯砌裂縫等薄弱環節滲漏，且造成襯砌背后脫空，改變圍巖的力學特性，使隧道襯砌承受偏壓或過大壓力而開裂[2]。并且見地下水溶出碳酸鹽，對襯砌混凝土造成化學腐蝕，如圖3。地下水滲入路基經過車輛反復碾壓造成混凝土路面的破壞，如圖4。

調查發現，路面破損嚴重，邊溝淤積堵塞導致路面積水從而加劇路面的破壞。因投資受限和設計中對水文地質的認識不足，導致拱底冒水及翻漿冒泥的發生。按照隧道一般的排水設計，發生這么大規模的因排水導致的病害是很罕見的。查看原排水設計如圖5-圖8。

隧道排水主要需要解決的是濁水（路面水）與清水（基巖裂隙水）的排出。可以看出，斷面Ⅰ中采用中心排水溝排出基巖裂隙水，將電纜溝一溝兩用，在溝幫預留出水口將路面水引入電纜溝底部排出洞外。而斷面Ⅱ則只有電纜溝排出路面水，基巖裂隙水得不到解決。斷面Ⅲ則是采用路面兩側盲溝的形式排出基巖裂隙水，但路面水卻不能有效解決。斷面Ⅳ則是一種錯誤的排水設計，僅僅只考慮了路面水，不僅將原本電纜溝的功能剝奪，還將溝深作的太淺。這樣的設計不僅容易造成基巖裂隙水對襯砌及路基的破壞，而且很難整治已經發生的病害。

涉及斷面Ⅳ的隧道共有五座，其病害現狀即是圖1至圖4。雖然斷面Ⅰ至斷面Ⅲ也并非很好解決了路面水與基巖裂隙水，但至少考慮到這方面的因素，在病害整治過程中尚可利用原設計的排水。例如在混泥土面板下增設盲管、盲溝將路基中的水可引入兩側排水溝。而斷面Ⅳ則需要改造原有排水設計，不僅整治費用高，且容易影響襯砌加劇破壞。

2? 排水設計的優化

在一般的隧道排水設計中，若是縱坡足夠，采用斷面A的設計也可滿足一般低等級隧道的排水。通常中隧道內也很少有路面水發育，多數情況是養護車輛清掃用水和貨車排放的剎車水以及襯砌發生開裂產生滲漏水。所以在設計中對路面水應充分考慮養護的便捷性。斷面B曾在一些地區廣泛采用，但在云南省內已經基本取消了中心排水溝的設計。原因是中心排水溝的施工質量難以控制，檢修困難，且一旦泥沙淤積清理非常困難。斷面B兩側的楔縫式排水溝，雖然施工方便，造價低廉，但預留的楔縫很容易堵塞，且耐久性低極易損壞。

斷面C與斷面D是目前在云南省內普遍采用的排水設計，特別是斷面D，在盲溝上放置預制邊溝，可有效排除路面水，在后期養護過程中，就算有淤積，用灑水車沿線沖刷即可排出洞外，養護非常便捷。路基盲溝主要用于排出基巖裂隙水，在無仰拱地段增設橫向盲管，如打孔波紋管等，可排出路基下發育的地下水。只是在采用斷面C或斷面D的排水設計時，應提前考慮排水溝的尺寸，方便選擇合適的內輪廓斷面。

3? 對優化設計的討論

斷面D的排水設計不僅實現了隧道排水“清濁分流”的原則，適用于各等級的山嶺隧道、雙車道及三車道隧道的排水設計。但在高寒山區使用時應考慮當地的凍融線，若是溫度不是特別低的地區可以在盲溝內填充保溫材料亦可適用，若是凍土地區，建議使用深埋中心水溝的排水方式[3]。而在允許危險貨物運輸車通行的隧道排水設計中，由于斷面D的預制邊溝需要連續鋪設用于排出路面水，而不能采用一般蓋板預留檢修孔的設計。因此在允許危險貨物運輸車通行的隧道排水設計中，筆者建議采用斷面C的設計，斷面C的邊溝蓋板可適當加大檢修孔以將平時的路面水排出，當發生交通事故時可在最短時間內將有毒液體及易燃液體流入盲溝內，增加倒虹吸裝置還可阻止較強的火焰，避免火災的蔓延[4]。

4? 結語

隧道排水設計是隧道正常運營的重要保障之一，設計時把好隧道防排水質量的第一道關[5]，在設計時應高度重視。不僅要考慮排水的功能性及有效性，還要兼顧施工質量的控制性與養護的便捷性。其實不僅是隧道的排水設計，公路隧道設計都應堅持保護環境、提高行車安全，貫徹以人為本、安全至上的設計原則。

參考文獻：

[1]侯建斌，夏永旭.公路隧道的養護及病害防治[J].公路交通科技（應用技術版），2006（3）：6-10.

[2]李玉文，唐協，張兆杰.公路隧道病害與防治對策[J].西南公路，2016（2）：35-41.

[3]李廣平，魏琪.高寒地區公路隧道防排水設計[J].公路隧道，2012（3）：43-45.

[4]吳繼峰，黎霞.公路隧道排水設計若干問題探討[J].城市建筑，2014（4）：304.

[5]何以群，陳曉鉅.公路隧道防排水設計中常見的問題及預防處理[C]//中國土木工程學會隧道與地下工程分會防排水專業委員會學術交流會.2007：48-51.

[6]中華人民共和國行業標準.JTG D70-2004，公路隧道設計規范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[7]中華人民共和國行業標準.JTG/T D70-2010，公路隧道設計細則[S].北京：人民交通出版社，2010.

[8]中華人民共和國行業標準.JTG H12-2015，公路隧道養護技術規范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[9]廖朝華，郭小紅.公路隧道設計手冊[M].北京：人民交通出版社，2012：489-497.