高原高寒隧道防排水質(zhì)量控制

張?jiān)频?/p>

（青海省交通建設(shè)管理有限公司，青海 西寧 810003）

0 引言

高原高寒地區(qū)隧道受氣溫低且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的影響，如果沒(méi)有處理好地下水，會(huì)發(fā)生凍害現(xiàn)象。一是路面結(jié)冰存在行車安全隱患（見(jiàn)圖1），二是地下水結(jié)冰、凍脹及反復(fù)凍融，容易發(fā)生路面隆起及支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞等嚴(yán)重問(wèn)題（見(jiàn)圖2）。因此，對(duì)高原高寒地區(qū)隧道防排水質(zhì)量要引起高度重視。以下主要從高原高寒地區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)和施工方面的質(zhì)量控制進(jìn)行論述。

1 高原高寒隧道設(shè)計(jì)階段防排水的重點(diǎn)

1.1 水文地質(zhì)勘探

在高原高寒地區(qū)隧道設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)隧道的水文地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的勘探，重點(diǎn)為隧道地表水情況、地下水類型及地下水水位、含水層的分布范圍及相應(yīng)的滲透系數(shù)、水量和補(bǔ)給關(guān)系、水質(zhì)及其對(duì)混凝土的侵蝕性，有無(wú)異常涌水、突水等。根據(jù)調(diào)查情況進(jìn)行分析研判，選線時(shí)避開(kāi)有涌水、突水重大風(fēng)險(xiǎn)或地下水位較高的位置。無(wú)法避免時(shí)，應(yīng)對(duì)隧道地下水情況做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

1.2 氣象及環(huán)境調(diào)查

在高原高寒地區(qū)隧道設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)氣象及環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。氣象調(diào)查的內(nèi)容一般包括隧址區(qū)的氣溫、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、積雪量、雪線、冰川特性、凍結(jié)深度，以及歷史上出現(xiàn)的氣象災(zāi)害等。設(shè)計(jì)時(shí)，還需要考慮隧道的走向、標(biāo)高、進(jìn)出口的標(biāo)高差對(duì)隧道洞內(nèi)溫度的影響程度，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出隧道洞口及洞內(nèi)的凍結(jié)深度。

另外，需要對(duì)隧址區(qū)及鄰近地區(qū)相關(guān)地表水系、地下水露頭、涌泉、沼澤、湖泊、植被以及動(dòng)植物生態(tài)等自然環(huán)境狀況進(jìn)行調(diào)查。應(yīng)對(duì)在施工和運(yùn)營(yíng)中，地下水流失可能造成的地表沉陷、塌陷、居民生產(chǎn)生活用水枯竭等環(huán)境問(wèn)題的影響程度進(jìn)行調(diào)查和預(yù)測(cè)。

1.3 設(shè)計(jì)處理措施

隧道選線時(shí)，應(yīng)避免穿越工程地質(zhì)和水文地質(zhì)極其復(fù)雜以及嚴(yán)重不良地質(zhì)的地段。無(wú)法避開(kāi)必須通過(guò)時(shí)，應(yīng)采取安全可靠的工程技術(shù)措施。在高原高寒地區(qū)隧道設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮地下水冰凍造成的危害，可以采取的處理措施如下：

其一，隧道防水措施。最理想的措施是通過(guò)徑向注漿、帷幕注漿等將圍巖裂隙充填密實(shí)，將地下水隔離在凍土深度以外。但是采用該措施費(fèi)用較高，且注漿效果往往不能將水完全隔離開(kāi)。一般在隧道地下水滲水量較大時(shí)，為保證施工及工程結(jié)構(gòu)安全，增加注漿堵水的措施，加固圍巖的同時(shí)將大部分的地下水控制在凍土深度以外。隧道防水措施一般采用防水層+二次襯砌結(jié)構(gòu)防水。在采用的材料和施工工藝方面，防水層可以分為噴射防水涂料、自黏式防水層和防水卷材三種，最常用的是防水卷材。在設(shè)計(jì)防水材料（如防水卷材、止水帶、排水管等）時(shí)，應(yīng)選擇耐低溫、耐久性好的材料。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，要采取有效的措施防止地下水自隧道底板往上冒水。二次襯砌混凝土可以采用氣密性混凝土，提高抗?jié)B能力[1]。

其二，隧道排水措施。在水文勘探的基礎(chǔ)上，充分考慮隧道地下水的水量，設(shè)置的排水系統(tǒng)的排水能力滿足排水需要。一般為中央排水管（溝），最好設(shè)置為能夠方便檢修的大凈空排水管（溝）。為滿足通車需要，中央排水管（溝）可以設(shè)置為不居中形式，運(yùn)營(yíng)檢修時(shí)，只需封閉一個(gè)車道即可。凍結(jié)深度較大時(shí)，可在仰拱以下、凍土深度以外設(shè)置泄水洞。另外，地下水中的鈣化物結(jié)晶后堵塞排水管是普遍存在的難題，目前還沒(méi)有很好的辦法徹底解決。可以采取地下水經(jīng)過(guò)土工布過(guò)濾排入排水管，增加排水管的坡度，加大排水管的直徑，提高排水速度等措施，延長(zhǎng)結(jié)晶時(shí)間。

其三，隧道防凍措施。高原高寒隧道施工關(guān)鍵在防凍，所有地下水均應(yīng)控制在凍土深度以外，排水系統(tǒng)均應(yīng)設(shè)置在凍土深度以外。不可避免時(shí)，考慮提高二次襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增強(qiáng)抗凍能力。另外，在結(jié)構(gòu)上增設(shè)保溫措施，如在二次襯砌內(nèi)或外安裝保溫板，排水管增設(shè)加熱裝置，排水設(shè)施增設(shè)保溫措施，出水口設(shè)置成保溫出水口等。

2 高原高寒隧道施工階段防排水的質(zhì)量控制

2.1 超前注漿堵水質(zhì)量控制

當(dāng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)開(kāi)挖掌子面前方有較大裂隙水或有涌水、突水危險(xiǎn)時(shí)，采用超前注漿堵水措施。首先要采取紅外線探水、鉆孔探水等超前探水方式，進(jìn)一步探明地下水的出水部位、水量、水質(zhì)、壓力等詳細(xì)情況。根據(jù)探明的情況，采用相應(yīng)的超前注漿堵水方案。不同的注漿方案要求的資源配置、注漿工藝和占用作業(yè)面的時(shí)間等不同，會(huì)產(chǎn)生不同的注漿效果。在施工過(guò)程中，影響注漿方案選擇的因素主要有：隧道地質(zhì)條件（地層巖性、地下水情況等）、注漿要求（堵水、加固、堵水及加固）、工程工期和工程造價(jià)等。方案選擇以安全性、經(jīng)濟(jì)性、快速施工、環(huán)保為原則。在超前預(yù)注漿堵水施工過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)做好以下幾點(diǎn)：

其一，孔口管直徑根據(jù)鉆孔直徑確定，長(zhǎng)度一般為2～3m，必須符合設(shè)計(jì)要求。安裝必須牢固，孔口管與鉆孔之間的空隙可采用麻筋混合錨固劑進(jìn)行填充，并采用鋼筋（或型鋼）將多個(gè)孔口管與徑向錨桿焊接在一起，防止涌水壓力、注漿壓力過(guò)大時(shí)，將孔口管頂飛造成安全事故。

其二，通過(guò)孔口管鉆注漿孔，注漿方式一般采用分段前進(jìn)式注漿。根據(jù)成孔情況、鉆機(jī)能力和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，也有利用鉆桿進(jìn)行分段后退式注漿。后退式注漿較前進(jìn)式注漿的效率提高很多，但受地質(zhì)、水壓等影響，往往無(wú)法鉆進(jìn)，這時(shí)可采用分段前進(jìn)式注漿。在鉆孔過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔角度，要密切關(guān)注前方地質(zhì)水文情況，合理調(diào)整鉆孔及注漿順序。

其三，注漿漿液的選擇對(duì)注漿效果起到關(guān)鍵作用，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)效果來(lái)確定漿液的配合比，一般為水泥-水玻璃雙液漿，也可以采用水泥漿和雙液漿交替注漿提高注漿效果，還可采用超細(xì)水泥漿、硫鋁酸鹽水泥漿等。在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照配合比拌制漿液，以免影響注漿效果。注漿前，檢查機(jī)具的狀態(tài)，注漿管道的連接是否牢固。注漿時(shí)，控制好注漿壓力，當(dāng)壓力過(guò)小時(shí)和過(guò)大時(shí)應(yīng)停止注漿，及時(shí)查找并分析原因，采取相應(yīng)的注漿措施[2]。

其四，注漿結(jié)束后，進(jìn)行注漿效果檢查。檢查方法有：

第一，整理注漿資料，分析P-Q-t 曲線，P-t 曲線呈上升趨勢(shì)，Q-t 曲線呈下降趨勢(shì)，注漿結(jié)束時(shí)，注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，注漿速度達(dá)到設(shè)計(jì)速度（常取5～10L/min）。第二，整理注漿資料，統(tǒng)計(jì)單孔、全段注漿量，反算漿液充填率。當(dāng)?shù)貙雍坎淮髸r(shí)，漿液填充率須達(dá)到70%以上，地層含水豐富時(shí)，漿液填充率須達(dá)到80%以上。第三，按總注漿孔的5%～10%設(shè)計(jì)檢查孔，檢查孔的布設(shè)應(yīng)在均布的原則下，結(jié)合注漿資料做重點(diǎn)檢查。檢查孔應(yīng)無(wú)涌泥、涌砂，不塌孔，滲水量應(yīng)小于0.2L/（min·m）。不取芯鉆孔時(shí)，應(yīng)記錄鉆進(jìn)速度、鉆進(jìn)壓力、排渣成分等，并進(jìn)行認(rèn)真分析。

2.2 徑向注漿堵水質(zhì)量控制

當(dāng)隧道大面積滲水，或涌水量超過(guò)設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以通過(guò)徑向注漿堵水減排。徑向注漿設(shè)計(jì)加固范圍為開(kāi)挖輪廓線外5m 或3m，采用手持式風(fēng)鉆或輕型潛孔鉆機(jī)鉆孔。隧道底部注漿一般在仰拱開(kāi)挖前進(jìn)行，鉆孔長(zhǎng)度大于5m 或3m，宜采用輕型潛孔鉆機(jī)或地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔。如地下水較豐富，底部注漿時(shí)需安設(shè)孔口管。在徑向注漿堵水施工過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)做好以下幾點(diǎn)：

其一，注漿材料以普通硅酸鹽水泥單液漿為主，必要時(shí)可使用少量水泥-水玻璃雙液漿，應(yīng)嚴(yán)格按照配合比拌制漿液。巖體軟弱時(shí)，在拱墻部位的徑向注漿孔安設(shè)鋼管作為注漿管。

其二，注漿要按照先周邊后中間的順序進(jìn)行，在注漿過(guò)程中密切注意水量變化、圍巖變形情況，及時(shí)采取措施。

其三，注漿結(jié)束后，進(jìn)行注漿效果檢查，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可停止注漿，否則要進(jìn)行補(bǔ)充注漿，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.3 排水管（溝）質(zhì)量控制

排水管（溝）一般包括環(huán)向盲管、環(huán)向排水板、橫向排水管、襯砌邊墻背后兩側(cè)縱向排水管，中央排水管（溝）等，其質(zhì)量控制要點(diǎn)為：

其一，排水管（溝）的材質(zhì)、管徑等應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，進(jìn)場(chǎng)時(shí)必須嚴(yán)格把關(guān)，取樣試驗(yàn)合格后方可用于現(xiàn)場(chǎng)。

其二，排水管（溝）的安裝位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，高原高寒隧道排水管應(yīng)在凍土深度以外，或者具有防凍能力。當(dāng)圍巖滲水點(diǎn)多時(shí)，應(yīng)增加環(huán)向排水管（板），采用卡扣固定牢固。安裝橫向排水管時(shí)，排水坡度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，采用支架固定牢固。澆筑混凝土?xí)r，注意保護(hù)排水管（溝），防止發(fā)生變形移位。縱向排水管上的排水孔數(shù)量不得少于設(shè)計(jì)，安裝方向應(yīng)符合設(shè)計(jì)，采用土工布包裹嚴(yán)密。安裝時(shí)，可采用固定筋、鐵絲、限位卡具等措施固定。安裝完成并檢驗(yàn)合格后，注意保護(hù)成品。在邊墻腳采用防水板反包固定，并在防水板與巖面間采取措施固定，減少空隙，防止?jié)仓炷習(xí)r從該空隙進(jìn)入排水管，影響排水效果。

其三，所有排水管（溝）在管道安裝前應(yīng)進(jìn)行檢查，禁止有雜物堵塞管道，根據(jù)部位不同采用相應(yīng)的直接接頭或三通接頭連接，并采用扎絲或綁扎帶將其固定在一起，防止脫落，重點(diǎn)檢查接頭質(zhì)量是否符合要求。

其四，中央排水管（溝）的安裝高度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，坡度順直、接頭嚴(yán)密，泄水孔位置應(yīng)朝向上，安裝正確。安裝時(shí)，采用墊塊將排水管固定牢固，澆筑基座混凝土?xí)r注意保護(hù)，防止混凝土進(jìn)入管道。上部的碎石層采用的碎石應(yīng)嚴(yán)格控制含泥量，保溫層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。另外在施工階段，應(yīng)采取措施進(jìn)行保護(hù)，禁止利用中央排水管（溝）排放施工污水，防止施工污水進(jìn)入管道沉積造成淤塞。

其五，排水管（溝）安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行檢查驗(yàn)收。將管道內(nèi)窺鏡探頭伸入待檢的排水管，可以直觀地進(jìn)行查看檢查（見(jiàn)圖3），驗(yàn)收合格后方可進(jìn)入下一道工序，對(duì)驗(yàn)收不合格處予以返工處理，建立好驗(yàn)收臺(tái)賬。

2.4 防水板質(zhì)量控制

防水板的質(zhì)量在隧道施工中尤為重要，絕大多數(shù)隧道出現(xiàn)滲漏水都是因?yàn)榉浪宄霈F(xiàn)了問(wèn)題，其質(zhì)量控制要點(diǎn)為：

其一，土工布、防水板的材質(zhì)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，進(jìn)場(chǎng)時(shí)必須嚴(yán)格把關(guān)，取樣試驗(yàn)合格后方可用于現(xiàn)場(chǎng)。

其二，對(duì)基面進(jìn)行檢查，基面應(yīng)無(wú)錨桿頭和鋼筋網(wǎng)頭等尖銳物，顯著凹凸的初期支護(hù)表面分層用混凝土噴平，有小坑洞時(shí)采用砂漿進(jìn)行填補(bǔ)找平。

其三，防水板鋪設(shè)時(shí)采取無(wú)釘鋪設(shè)技術(shù)，采用射釘（水泥釘）固定熱熔墊片或電磁焊墊片，在凹凸處加密，墊片間距拱部不超過(guò)60cm，邊墻可以適當(dāng)放大。防水板鋪掛松緊適度，松弛率環(huán)向一般按10%控制，縱向按6%控制，并根據(jù)初噴面的平整度適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，以保證灌注混凝土?xí)r，板面與噴混凝土面密貼[3]。

其四，焊縫采用雙焊縫或三焊縫自動(dòng)爬焊機(jī)焊接，搭接寬度、焊縫寬度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，防水板有漏焊、假焊處，需重新焊接。對(duì)于爬焊機(jī)焊接不到的地方，采用熱熔焊槍進(jìn)行手動(dòng)焊接。焊接鋼筋時(shí)，靠近防水板側(cè)應(yīng)采取保護(hù)措施，防止燒壞防水板。

其五，必須仔細(xì)檢查防水板，特別是接頭、洞室轉(zhuǎn)角、襯砌端頭等薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)格落實(shí)三檢制，實(shí)行誰(shuí)檢查誰(shuí)負(fù)責(zé)，落實(shí)到人。

2.5 止水帶質(zhì)量控制

止水帶是保證混凝土施工縫不滲水的關(guān)鍵防水措施。埋設(shè)時(shí)，在橫向和縱向兩個(gè)方向，均居中埋設(shè)，為防止止水帶在澆筑時(shí)偏位翻轉(zhuǎn)，應(yīng)設(shè)置一定間距的定位筋，一般不超過(guò)50cm。止水帶搭接處是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)重點(diǎn)檢查搭接是否牢固，是否嚴(yán)密。

2.6 混凝土防水質(zhì)量控制

混凝土采用防水混凝土，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)可以添加適量的引氣劑提高抗?jié)B等級(jí)。施工時(shí)，嚴(yán)格按照配合比拌制混凝土，入模后加強(qiáng)混凝土振搗。控制脫模時(shí)間，防止混凝土過(guò)早脫模產(chǎn)生裂縫。

3 質(zhì)量檢測(cè)驗(yàn)收

對(duì)高原高寒隧道防排水工程實(shí)施嚴(yán)格的檢查驗(yàn)收制度，由于很多是隱蔽工程，要特別注重過(guò)程的質(zhì)量檢查驗(yàn)收，合格后才能進(jìn)行下一道工序施工。采用探頭查看驗(yàn)收排水管道，確保排水系統(tǒng)通暢。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于高原高寒隧道防排水，從設(shè)計(jì)源頭上就要高度重視。在設(shè)計(jì)方案階段，消除地下水冰凍風(fēng)險(xiǎn)；施工環(huán)節(jié)的關(guān)鍵是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，責(zé)任落實(shí)到人；在驗(yàn)收、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段，強(qiáng)化主體責(zé)任，把好每道關(guān)，才能建成一座優(yōu)質(zhì)耐久、安全舒適、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、社會(huì)認(rèn)可的隧道。