公路隧道排水設(shè)計(jì)與隧道路基病害防治

宋桂平

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山東 青島 266000）

1 公路隧道排水設(shè)計(jì)簡介及其重要性

我國地域廣、地形復(fù)雜，施工人員在建設(shè)公路隧道時(shí)，會(huì)面臨非常復(fù)雜的施工環(huán)境。以往進(jìn)行低等級(jí)公路建設(shè)，施工人員很少選擇公路隧道建設(shè)法。但是，隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，公路交通量逐漸增加，公路短板問題更為明顯。為保證公路能發(fā)揮其自身優(yōu)勢，減少不利影響，相關(guān)施工人員須選擇高等級(jí)公路建設(shè)方式，公路隧道建設(shè)工作在實(shí)際施工中越來越重要。公路隧道是我國公路工程結(jié)構(gòu)之一，選擇此方式完成公路建設(shè)工作，不僅可以縮短施工路線，還可以保證公路線形，為行車提供方便，提高實(shí)際施工質(zhì)量。此外，還能降低出現(xiàn)滾石、泥石流等自然災(zāi)害的可能性，盡可能保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

近年，我國公路隧道建設(shè)數(shù)量越來越多，通過公路隧道建設(shè)工作調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧道與水之間存在著天然矛盾，許多公路隧道建設(shè)工程都因排水問題，導(dǎo)致出現(xiàn)工期延長、成本增加等情況，不僅嚴(yán)重影響后續(xù)使用，甚至還可能出現(xiàn)工程事故。

2 公路隧道排水設(shè)計(jì)方案

2.1 公路隧道排水設(shè)計(jì)原則

目前，最先進(jìn)的公路隧道排水設(shè)計(jì)方法是新奧法，施工人員在進(jìn)行公路隧道排水設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守隧道與支護(hù)相結(jié)合原則，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選擇有效的治理措施，以保證排水系統(tǒng)實(shí)際質(zhì)量。

使用新奧法完成公路隧道排水設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須遵守下列要求：（1）當(dāng)圍巖附近出現(xiàn)縫隙水或涌水時(shí)，施工人員必須借助排、堵、截等方式進(jìn)行綜合防護(hù)，以確保可以順利使用錨桿、噴射混凝土等設(shè)備。（2）進(jìn)行初期建設(shè)工作或進(jìn)行二次襯砌前，施工現(xiàn)場必須存在施作防水層，以確保相關(guān)工作可以順利開展。

2.2 公路隧道防水工程設(shè)計(jì)方法

2.2.1 襯砌防水設(shè)計(jì)

在公路隧道實(shí)際施工時(shí)或完成噴射混凝土后，為避免影響公路隧道后續(xù)使用，無論是否出現(xiàn)滲漏水，施工人員都必須對(duì)薄弱地段進(jìn)行防水設(shè)計(jì)，實(shí)際施工時(shí)可以選擇綜合治理法，具體做法如下：（1）添加抗?jié)B混凝土。為增強(qiáng)實(shí)際防水抗?jié)B效果，施工人員可以在混凝土中添加一定量的防水劑，如BR型防水劑。在實(shí)際施工過程中，襯砌混凝土強(qiáng)度不得低于20 號(hào)，一般地區(qū)抗?jié)B標(biāo)號(hào)最小為S4，在寒冷地區(qū)最小為S6。同時(shí)，須嚴(yán)格把控振搗質(zhì)量。（2）設(shè)計(jì)防水層。通常情況選擇外貼式防水層設(shè)計(jì)方式。對(duì)于復(fù)合式襯砌而言，應(yīng)在初期支護(hù)與二次襯砌之間，完成夾層防水層設(shè)計(jì)。選擇的防水層材料多由合成樹脂與土工布聚合物組成的防水薄膜或防水板，如橡膠防水板、塑料防水板等。

2.2.2 防漏水設(shè)計(jì)

進(jìn)行公路隧道襯砌工作時(shí)，要注意施工細(xì)節(jié)，如：施工縫、伸縮縫、變形縫等施工內(nèi)容的結(jié)構(gòu)與位置等，大多數(shù)情況下，其實(shí)際間隔為10m 一個(gè)。施工要嚴(yán)格遵守相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)不同的防水、防滲措施。比如，使用L 型、企口型等類型橡膠、瀝青麻筋等物質(zhì)設(shè)計(jì)止水變形縫，借助防水砂漿、膨脹水泥等配置防水混凝土，完成后續(xù)封頂、封口工作。

2.3 公路隧道排水設(shè)計(jì)

2.3.1 襯砌背面排水設(shè)計(jì)當(dāng)公路隧道圍巖出現(xiàn)涌水現(xiàn)象時(shí)，為確保不影響澆筑襯砌混凝土施工，施工人員可以將透水材料鋪設(shè)在襯砌背后或底部。

2.3.2 排水工程設(shè)計(jì)

隧道下方的排水工程稱作路基排水工程，主要包括三項(xiàng)內(nèi)容：襯砌背面排水工程、橫向排水工程、中心排水工程。需要注意的是，如果施工地區(qū)為嚴(yán)寒地區(qū)，并且地下水較多，可以在施工現(xiàn)場設(shè)計(jì)防寒泄水洞，以保證實(shí)際施工質(zhì)量，降低出現(xiàn)凍脹破壞的可能性。

2.3.3 公路隧道路緣排水設(shè)計(jì)

路緣排水設(shè)計(jì)的主要功能是清理車輛駛?cè)胨淼罆r(shí)自身攜帶的泥水，以及清理隧道污水，應(yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)。其中，管道直徑設(shè)計(jì)應(yīng)在300～400mm 之間，各集水坑間距在30m 左右。

3 公路隧道路基病害

3.1 公路隧道病害類型及成因

公路隧道投入使用后，隧道安全性能將會(huì)呈下降趨勢，為確保使用安全，施工人員必須定期處理隧道病害，保證公路質(zhì)量。公路路基病害通常分為三類：表面病害、非表面病害、其他病害。其中，表面病害是指施工人員或駕駛?cè)藛T可以直接觀察到的病害，非表面病害是指因施工人員未按照相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)施工所產(chǎn)生的問題。此三類病害具體內(nèi)容如下。

3.1.1 表面病害

目前，公路隧道路基常見表面病害主要包含以下三種：

（1）襯里開裂。出現(xiàn)此病害原因是在實(shí)際施工過程中，施工人員沒有考慮外力因素來選擇合適的施工方法，導(dǎo)致混凝土收縮過程中出現(xiàn)開裂情況。隧道襯砌作為隧道主要支持結(jié)構(gòu)，借助觀察各類沉降曲線可以幫助技術(shù)人員找到實(shí)際開裂位置，制定具體解決辦法，如圖1、圖2 所示，盆形沉降曲線與高低形沉降曲線形成原因不同，因此出現(xiàn)襯里開裂的原因也不同，其實(shí)際解決辦法也會(huì)存在一定差異。

圖1 盆形沉降曲線

圖2 高低形沉降曲線

（2）滲水。施工人員噴涂混凝土?xí)r，其噴涂厚度與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，增加了防水板損壞的概率，導(dǎo)致混凝土本身密度與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不符，在后續(xù)使用過程中，因排水管堵塞等問題出現(xiàn)滲水情況。

（3）襯砌變形。主要由于地質(zhì)原因而出現(xiàn)。3.1.2 非表面病害

公路隧道路基常見非表面病害包含三種類型：

（1）實(shí)際挖掘深度過深，并且施工人員未按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行回填，為后續(xù)使用留下隱患。

（2）施工混凝土強(qiáng)度、砂巖材料質(zhì)量施工混凝土配比不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，影響實(shí)際施工質(zhì)量與施工效率。

（3）公路隧道投入使用一段時(shí)間后，由于洞穴過大，出現(xiàn)襯砌空洞。其原因有很多，如混凝土堅(jiān)固程度不足、水灰比過大等。

3.1.3 其他病害

（1）凍害。腐蝕性地下水流入公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)中，會(huì)通過縫隙進(jìn)一步滲透到隧道內(nèi)部。當(dāng)外界溫度下降，滲水口有可能出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，甚至?xí)诠ぷ骺p位置出現(xiàn)冰柱。當(dāng)滲水點(diǎn)不斷增加時(shí)，冰柱結(jié)構(gòu)將越來越大，加大隧道的安全隱患。此外，冰凍現(xiàn)象也可能導(dǎo)致排水設(shè)備出現(xiàn)凍裂情況，影響隧道實(shí)際性能，導(dǎo)致排水系統(tǒng)無法發(fā)揮自身作用。

（2）水害。出現(xiàn)此類病害主要原因是圍巖地下水或地表水過多，具體危害有兩種，一是漏水或涌水。此危害會(huì)威脅公路隧道機(jī)電設(shè)備，出現(xiàn)銹蝕，無法正常運(yùn)行，減少公路隧道的實(shí)際使用年限。二是積水。形成原因主要是公路隧道排水系統(tǒng)未發(fā)揮自身作用，囤積了地表水和地下水，導(dǎo)致圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)軟化或泥化現(xiàn)象，此危害不僅影響公路隧道平衡，也對(duì)其實(shí)際使用造成影響。

3.2 公路隧道路基病害治理措施

3.2.1 公路隧道防排水技術(shù)

防排水系統(tǒng)是公路隧道必要的基礎(chǔ)系統(tǒng)，是保證公路隧道自身性能的重要結(jié)構(gòu)，常見結(jié)構(gòu)為圓形，其實(shí)際組成可以用“一線兩線兩防線”概括，具體設(shè)計(jì)如下：在巖壁墻內(nèi)進(jìn)行灌漿，在兩層灌漿中間進(jìn)行混凝土噴射與防水層設(shè)計(jì)，利用襯砌混凝土降低防水層與襯砌之間出現(xiàn)滲水現(xiàn)象的可能性。

3.2.2 圍巖注漿堵水

圍巖堵水工作可在多個(gè)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行，開挖隧道前，工作人員可以從地表開始進(jìn)行此項(xiàng)工作；開挖隧道后，施工人員可以將圍巖或前墻作為隧道施工切入點(diǎn)。此項(xiàng)技術(shù)主要包括四個(gè)流程，分別是選擇注漿材料、注漿、明確注漿參數(shù)、實(shí)際施工。選擇注漿材料時(shí)，施工人員需要考慮如下內(nèi)容：（1）所選擇漿體是否可以順利滲透到受力巖層中，即在一定壓力下，漿體是否可以滲透到裂縫當(dāng)中，并且在漿體凝固后，具備較強(qiáng)的吸附力。（2）合理布置注漿孔位置、確定注漿孔數(shù)量，確保注漿效果。（3）進(jìn)行布孔工作時(shí)，施工人員需要考慮設(shè)備容量、地下水環(huán)境、巖層斷裂狀態(tài)等因素，再通過相關(guān)計(jì)算，得到最終結(jié)論。（4）在實(shí)際布置過程中，施工人員應(yīng)結(jié)合水流量、滲漏量以及地質(zhì)情況進(jìn)行具體調(diào)整。（5）裂縫數(shù)量與孔數(shù)成反比。（6）根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的注漿方法。

3.2.3 噴射混凝土與防水層間的排水

在實(shí)際施工過程中，施工人員通常會(huì)選擇防水膜敷設(shè)技術(shù)完成此項(xiàng)工作，其主要方法包括釘子熱合法、釘子冷粘法、多點(diǎn)復(fù)合捻合法等。使用的塑料墊片與防水板應(yīng)為同一材料，固定防水板時(shí)，施工人員必須加熱防水板表面，當(dāng)防水板與墊圈融化后，停止加熱。

3.2.4 防水層與二次襯砌間的排水

此部分排水工作非常重要。目前，我國公路隧道中的防水系統(tǒng)與排水系統(tǒng)都會(huì)使用止水帶與排水橡膠止水帶。在實(shí)際施工過程中，止水帶下部應(yīng)與排水管緊密連接，以保證泄漏水可以在指定位置排出。為避免施工過程中出現(xiàn)止水帶斷裂的情況，可以在使用前制作一個(gè)密封袋，降低安裝過程中接頭出現(xiàn)缺陷的可能性。

4 工程實(shí)例

以廣東省連州至懷集公路項(xiàng)目為例，公路隧道排水設(shè)計(jì)與病害防治需要做到如下幾點(diǎn)。

4.1 施工圖紙繪制

為保證施工順利進(jìn)行，施工人員需按照相關(guān)要求繪制圖紙，完成后交給審批人員，通過審批后，進(jìn)行實(shí)際的準(zhǔn)備工作。

4.2 路基設(shè)計(jì)原則

施工人員設(shè)計(jì)路基時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體分析整體線路，找到合適的施工方法，并遵循安全、環(huán)保等原則，完成路基設(shè)計(jì)方案。此次施工路基設(shè)計(jì)主要包含以下內(nèi)容：（1）填方路基設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況選擇施工材料，確定填料強(qiáng)度，提高對(duì)路基邊坡設(shè)計(jì)的關(guān)注度。常用路基邊坡坡度比如表1 所示。（2）重視基地處理，為后續(xù)工作打下扎實(shí)基礎(chǔ)。（3）根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)完成路基挖方。（4）參考以往工作經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化施工計(jì)劃。（5）根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際計(jì)算，保證施工強(qiáng)度。

表1 路基邊坡坡度比

4.3 明確路基設(shè)計(jì)高度

此項(xiàng)目施工區(qū)域地貌非常復(fù)雜，包括丘陵、沖洪積等多種地質(zhì)環(huán)境，因此，在確定路基高度時(shí)，施工人員必須考慮實(shí)際情況，借助相關(guān)文獻(xiàn)資料與設(shè)備了解地下水位，確保后續(xù)施工可以穩(wěn)定進(jìn)行。

4.4 排水設(shè)計(jì)

為保證公路隧道在實(shí)際使用中不會(huì)因排水問題而出現(xiàn)質(zhì)量問題，可以通過挖掘排水溝的方式完成排水設(shè)計(jì)，具體需注意以下幾點(diǎn)：

（1）為保證排水效果不受影響，溝底縱坡坡度應(yīng)高于0.3%。

（2）為避免實(shí)際排水效果受到影響，應(yīng)保證排水溝與截水溝、邊溝間有效連接。由于所用透水管材料不同，實(shí)際排水效果也會(huì)受到一定影響。表2為硬式透水管排水指標(biāo)。

（3）當(dāng)溝底縱坡坡度超過2.5%時(shí)，應(yīng)提高溝底粗糙程度，降低沖刷現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性。

（4）在實(shí)際施工過程中，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定，以保證實(shí)際施工效果。

表2 硬式透水管排水技術(shù)常用指標(biāo)

4.5 后期維護(hù)

公路隧道建設(shè)完成后，管理人員應(yīng)制定出具體維護(hù)方案，要求施工人員按照維護(hù)方案，定期對(duì)公路隧道進(jìn)行維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足并進(jìn)行優(yōu)化，保證公路隧道使用安全。

5 結(jié)語

綜上所述，借助公路隧道排水設(shè)計(jì)和相關(guān)病害防治方案，可以保證公路自身質(zhì)量，并提高其使用年限。在實(shí)際施工過程中，施工人員需嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定，遵循環(huán)境保護(hù)、行車安全、以人為本等基礎(chǔ)施工原則，同時(shí)，重視質(zhì)量把控，減少公路隧道的安全隱患。