新型防排水設計在隧道工程課程教學改革中應用探討

劉 寧 陳 坤 劉遠明 鄔忠虎 程金科

（貴州大學土木工程學院 貴州·貴陽 550025）

1 探究背景

我國西南地區山地居多，橋隧工程在道路或鐵路工程中占很大比例。隧道工程常有“十隧九漏”之說，滲漏水一直是隧道工程的頑疾。隧道施工區域過程中，受地下水影響的隧道圍巖穩定性變化以及突水[1]、突泥等問題一直困擾著工程界，造成滲漏水主要體現在兩大方面：一是排水不順暢，二是防水設施達不到規范要求。另外，《隧道工程》作為交通土建本科規劃教材之一，傳統教學方法與計劃難以滿足西南地區軌道交通時代人才需求。存在課程內容與工程實踐脫節，試驗教學與現場需求脫節等問題[2]，成為制約隧道工程課程教學的問題之一。

2 設計思路及理念

隧道的防排水[3]是隧道工程中的重中之重，在施工過程中解決好防排水問題[4]，是保證隧道工程質量的關鍵，能夠在一定程度上削減隧道的水害問題。新型隧道防排水結構體系充分優化防水板、排水板、止水帶、盲管等防排水節點，在山嶺隧道中試用驗證具有防水可靠、排水順暢、安裝工藝簡便等優勢。開展新型結構體系非均勻單向滲透狀態及結構受力特點研究，驗證該防排水結構地鐵隧道應用的可行性。新型排水結構設計內容包括以下方面。

（1）防水板（層）蜂巢狀防擠壓及表面水流通道設計（見圖 1）。

圖1：蜂巢狀防水板

（2）排水管（槽）流量流速設計。

（3）節點方式“人字”防堵塞型設計（見圖2）。

圖2：“人字”形節點設計

上述教學內容緊密圍繞西南富水巖溶地區隧道工程實際問題，創新隧道工程教學改革內容。怎樣將新型設計植入隧道工程教學中值得每個教學工作者思考和探索。

目前隧道在設計、施工及營運期并無有效的防止、治理措施，下穿河流滲漏水和水環境保護成為制約隧道長期安全服役的瓶頸。新型防排水設計在布局（防止堵塞）、理念（愛護管材）、方法（施工工藝）、思路（配套裝備）上打破常規，尋求突破。主要瓶頸問題包括：

（1）地下工程排水系統致塞機理不明。地下排水系統附有沉淀結晶物、巖溶水和泥沙的混合物、隧道內的圍巖顆粒及圍巖碎片等多種沉積物，判斷不清是什么沉淀物使得排水系統堵塞，需要進一步探討。

（2）隧道防排水管材安裝運行、維護技術不足。隧道防排水管材在安裝過程及維護過程中出現安裝破損、圍巖變形初襯-二襯擠壓破損等問題。

（3）管道結構、布置、連接存在缺陷。未做并針對性地對防排水管道的結構布置以及連接等巖溶隧洞結構設計與改進。

針對這種環境敏感、地質復雜、常年流水，對隧道結構防水提出更高要求，運營地鐵維修作業時間短、操作空間有限、排水系統堵塞等諸多限制，為從源頭解決該隧道防排水技術難題，筆者提出新型隧道防排水結構，探尋一種更科學、安全、合理、成本低的一種新型防排水結構體系來實現解決巖溶隧道滲漏水和水環境保護難題。

圖3：問題分析示意圖

3 設計內容及評價

利用巖溶隧道新型防排水結構設計及施工指南[5]，模型制作過程要求學生用白色 PVC板制作蜂巢狀防水板，制作防水板需要將多塊白色PVC板用速干膠膠結在一起，然后用工具刀將軟性白色橡膠棒切割成均勻大小，然后再用速干膠將切好的橡膠棒粘接在已經制作好的防水板上（切割橡膠棒后，注意將端面磨平以避免膠結后存在空隙，水流不按設計路線流動）；將PVC排水管道通過彎管接頭連接或者通過加熱使得PVC管道中部軟化后，由傳統的垂直連接轉換為曲線連接模型，模型的制作過程由4名同學組成小組方式設計制作[6]。

模型計算說明書的主要章節：

（1）設計材料參數：介紹模型的制作所選取的參數已經原因。

（2）設計步驟：在計算說明書中寫出如何設計構思該模型。

（3）方案比選：在模型制作中應設置不少于3個方案，進行比選后得出最佳方案。

（4）設計圖紙：結合設計方案畫出相應的圖紙并注明相關參數。

（5）建造步驟：寫出制作的完整步驟及相關的措施。

（6）風險與對策。

準備工作完成后，進行后新型結構安裝工藝、接縫止水帶安裝與接頭工藝和隧底排水系統裝配式工藝等。

團隊作品評分為100分，包括：

（1）理論分析（20分）。內容完整性、計算正確、排版規范。

（2）防水結構選型（10分）。作品構思合理性、實用性、創新性。

（3）格排水模型制作（10分）。作品制作質量、美觀性。

（4）水試驗（10分）。該項得評分標準按照模型排水量和承水壓比值大小評定。

4 結語

結合西南地區巖溶隧道圍巖等級、水文環境等特點，設計新型防排水系統，通過分析新型防排水系統環境、施工及防排水能力等，探索新型防排水設計模型在隧道工程教學的應用，增加學生對隧道防排水知識的理解，助力應用型人才的培養。