公路隧道防排水设计、施工

公路隧道防排水设计与施工一、概述随着我国尤其是我省公路建设的快速发展，特别是高速公路建设进入山区后，修建了越来越多、越来越长的公路隧道。截至目前，我省已建成通车的隧道总长约68.28Km，在建的隧道总长约363.6Km；特长隧道近20座，既有已通车的18.02Km的秦岭终南山隧道，也有在建的11.2Km的包家山隧道。2006年8月29日，我省特地召开了隧道专项整治工作会议，重点就是隧道二次衬砌厚度不足与隧道渗漏水（主要是连拱隧道）。二、隧道防排水设计原则与要求隧道防排水工程是一个复杂的有机联系的系统工程，无论是设计、施工还是运营过程中的任何细小的疏忽或缺陷，都可能造成隧道防排水失败。因此，隧道防排水工程应当合理设计、精心施工和有效养护。针对公路隧道的防排水要求和目前公路隧道普遍出现的渗漏水情况，隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和运营设备的正常使用和行车安全。为了保证公路隧道结构安全和必需的运营条件，我国《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）规定公路隧道应达到下列防水要求：高速公路、一级公路、二级公路隧道防排水应做到拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水，有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结，车行横洞、人行横洞等服务通道拱部不滴水，边墙不淌水。三、西安至漫川关高速公路A2合同段隧道主要水文地质条件西部开发省际公路通道银武线陕西境西安至漫川关高速公路A2合同段共有隧道15座，单洞计共长17289.54米。其中连拱隧道6座，均为短隧道，整幅共长700.5米；单幅隧道1座，为黄伯楼一号隧道,长50米；分离式隧道8座，单洞计共长15838.54米，其中有鹘岭隧道为特长隧道，单洞计共长10571米，下口子隧道为长隧道，单洞计共长2166.5米，宝石梁隧道为中隧道，单洞计共长1180.12米，其余均为短隧道。（一）、中、短隧道除高坝隧道、西院子隧道、黄柏楼二号隧道、柳家凹、龙王庙隧道、宝石梁隧道外，其余隧道地下水位线均低于洞身，隧道洞室涌水量主要来源于大气降水，特别是连续降雨时段，局部洞室有降水入渗导致洞室渗水、滴水现象。（二）、鹘岭隧道设计时采用预测涌水量建议值，为隧道左线涌水量约为9832.12m3/d，右线涌水量约为10144.37m3/d，合计涌水量为19976.49m3/d。四、公路隧道防排水设计与施工（一）洞外防排水设计洞外防排水设计是指设计合理的隧道洞外地表水防排水措施，防止地表水下渗或向隧道洞口汇集。1、洞顶地表处理隧道要求重视防止地表水的下渗，其处理措施为填充、铺砌、勾补、抹面等。对洞坑穴、钻孔等均应采用防水材料充填密实封闭，隧道进出口段一定范围地表采用注浆加固措施。2、洞顶截水天沟洞顶截水天沟是修筑在距洞门边仰坡一定距离外，环抱隧道洞门的截水沟。洞顶截水天沟的主要目的是截断洞口边仰坡地表水来源，防止地表水冲刷边仰坡和洞门区域。水沟一般采用浆砌片石铺砌，厚度不小于30厘米。截水天沟设计应满足以下要求：（1）.天沟设于边仰坡坡顶以外不应小于5米，天沟一般沿等高线向路线一侧或两侧排水；（2）.天沟坡度根据地形设置，但不应小于0.5%，以免淤积。当纵坡过陡时，应设置急流槽或跌水连接。一般在地面自然坡度陡于1：1时，水沟应做成阶梯式，以减少冲刷。土质地段水沟纵坡大于20%或石质地段水沟纵坡大于40%时，应设置抗滑基座，以确保纵向稳定；（3）.天沟长度应使边仰坡坡面不受冲刷为宜，下游应将水引至适当地点排泄，避免冲刷山体。流量较大时，不宜将水引入路基排水边沟排泄，应根据地形将水引至附近沟谷或涵洞排泄。3、明洞防排水相对于隧道暗洞，明洞防排水条件要优越得多。一方面，明洞属于明挖回填结构，可以在渗水迎水面（衬砌结构外侧）设置防水层，其施作条件和防水效果要好得多；另一方面，明洞回填材料和方式可以人为控制，从而也能控制回填后明洞洞周的地下水流量和路径。在控制明洞洞周地下水方面，防排水措施主要有：（1）.明洞开挖边坡以外应设置天沟。其沟底坡度与路线一致且不小于5%，条件允许时可在山坡较低一侧拉槽排水。洞顶排水沟一般采用矩形或梯形断面，浆砌片石厚度不小于30厘米，以防冲刷；（2）.洞顶回填土石表面一般应铺设粘土隔水层，且应与边坡搭接良好，以防地表水渗入。隔水层表面种草防护，可防雨水冲刷；（3）.明洞回填前和回填过程中，可在回填土石底层或层间埋设排水盲管（盲沟），引流渗水，防止地表水下渗后在回填土石中滞留积蓄，增大水压和明洞荷载。应注意上坡隧道排水盲管（盲沟）流出通道。在结构性防水方面，明洞防排水应采取以下措施：（1）.明洞外缘防水采用全断面铺设土工布、防水板，接缝采用双焊缝热融粘结技术。（2）.在明洞与暗洞搭接处，采取可靠的变形缝防水措施，设计采用中埋式止水带防水，并在明暗交接处设直PE500排水板。4、洞门截排水洞门截排水的主要目的是截流洞口边仰坡漫流下来的地表水，防止水流在洞门处下渗或冲刷洞门结构，影响洞门结构安全、行车安全和美观，采取的主要措施为：（1）.削竹式洞门应沿洞脸环向设置高度不小于30厘米厚的钢筋混凝土帽石，沿洞门环框内侧隧道壁面设置滴水线，以防雨水漫流影响美观。（2）.对于带有翼墙的各类隧道洞门及明洞洞门，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不应小于150厘米，洞门翼墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不应小于100厘米，洞门墙顶应高出仰坡坡脚0.5米以上。（二）、洞内防排水设计隧道洞内防排水设计可以分成洞内防水设计和洞内排水设计。隧道洞内防水措施主要包括围岩注浆堵水、复合防水层防水和衬砌混凝土防水；洞内排水措施主要有紧贴岩面和初支表面的Yas排水半管排水、纵向排水管、横向排水管和路基路面排水系统。1、洞内防水设计（1）.围岩注浆围岩注浆堵水即在实际开挖中，对大量的线状淋水、股状突水和涌水等富水区段向地层灌注浆液，封堵地层中的渗水裂隙，减少围岩流向隧道的渗水。围岩注浆堵水既可在隧道开挖前从地表钻孔实施，也可在隧道开挖后通过径向或超前向围岩钻孔注浆来完成。主要适用范围：鹘岭等长大隧道，中、短隧道由于地下水位低于洞身无大量的线状淋水、股状突水和涌水等现象。堵水压浆宜优先选用料源广、价格便宜的单液水泥浆和水泥—水玻璃浆。布孔注浆范围在透水周边应加宽1—1.5m。若注浆过程中由于裂隙原因造成透水范围扩大，注浆范围也要相应扩大；而且注浆前必须先在透水中心打泄水孔，然后再从周边往中心逐步注浆，最后再封孔。（2）.复合式防水层采用复合式防水层是复合式衬砌隧道防排水的核心内容。防水层由防水板及土工布组成。防水板的作用是将地层渗水拒于二次衬砌之外，以免水与二次衬砌接触并通过二次衬砌中的薄弱环节渗入隧道。土工布的主要作用是保护防水板，使防水板免遭尖锐物的刺伤。防水层必须符合国标（GB12952—2003）中各项指标的要求，尽量采用宽幅高分子柔性防水卷材，幅宽5~8米为宜，以减少接缝。防水层搭接宽度≥100mm，采用自动爬焊机械双焊缝热融粘结技术，结合部位采用真空加压检测，标准是0.2Mpa压力作用下5分钟之内不得小于0.16Mpa。（3）.变形缝和施工缝处理一般情况下，只要复合式防水层施工规范，衬砌混凝土施工质量达到要求，渗漏水一般不容易直接穿透混凝土而进入隧道洞内。因此，混凝土衬砌中的各类变形缝和施工缝往往是防水薄弱环节，因而需要进行特殊处理。目前常用的处理措施是在变形缝设置止水带，在施工缝处设置膨胀橡胶条（如图）。止水带、膨胀橡胶条应尽量安装在衬砌厚度的中间。止水带安装应平直垂直于工作缝，两端埋设牢固、可靠，膨胀橡胶条在安装前应采取缓膨胀处理措施，避免施工过程中提前膨胀导致防水失败，安装应牢固可靠。应当指出的止水带、膨胀橡胶条在地面建筑领域内应用效果较好，然而，在隧道工程中的应用效果并不理想，其主要原因是隧道衬砌的变形缝、施工缝大多为竖直方向，止水带和膨胀橡胶条安装固定困难，安装缺陷较普遍，封堵的地下水缺乏排泄通道，当水压升高时，地下水总能通过缺陷位置等薄弱环节渗出。这也是导致隧道渗漏病害多发的重要原因。因此，目前工程界一直在尝试一些新的工作缝处理方法，如本次设计变形缝中采用的可排水复合橡胶止水带和施工缝中采用的P-201止水膏。可排水复合橡胶止水带是一种新型止水带，能对渗水进行“先排后堵”。它由绕道、翼缘、膨胀橡胶条和止浆滤水带组成（如图），其中绕道和翼缘构成止水带主体，止浆滤水带粘贴在翼缘上并与绕道形成排水通道。可排水复合橡胶止水带为内置式止水带，设置在衬砌厚度的中间，横断衬砌环向施工缝。当环向施工缝内出现渗水时，渗水沿环向施工缝流至止浆滤水带，由于止浆滤水带可透水，渗水很容易进入排水通道，并由其排入隧道的下部排水系统。如果部分渗水在穿越止浆滤水带时沿止水带与混凝土之间的间隙横向流动，则会遇到粘贴在止水带翼缘上的遇水膨胀橡胶条的阻挡，遇水膨胀橡胶条遇水后膨胀，使止水带翼缘与混凝土之间的间隙密实，渗水沿横向流动阻力增大，从而提高了止水带的止水能力。为了使可排水复合橡胶止水带的下排水顺畅流入隧道的排水系统，衬砌环向施工缝下部必须有相应的排水构造（图）。在衬砌基础内，每道环向施工缝的下方设置一条弹簧排水管，弹簧排水管的下端与纵向排水盲管相通，上端弯折在止水带安装槽内。当止水带下端与弹簧排水管接通后，止水带内的下排水就会顺利流入隧道的纵向排水盲管，并由其排出。从而可实现止水带的无压止水。2、洞内排水系统设计隧道防水措施是层层设防，每一道防水措施都是作为前一道防水措施失效的补救措施，同时也为后续防水措施减轻压力。而排水系统则是一个互相关联的整体系统，系统的每一个环节都能决定整个排水系统的成败。因而，排水系统应当设计成一个完整的、搭接可靠的、排水通畅的系统。山岭公路隧道排水系统主要由“排水半管→纵向排水管→横向排水管→中心排水管沟”构成。（1）.排水半管排水半管，要求其强度能承受喷射混凝土的冲击力及二次衬砌浇筑挤压而不损坏，不变形，且纵向具有柔软可弯折的特点，以适应围岩变形及喷射混凝土表面不平整的要求。用这种特殊的弹簧排水管，可以方便地实现喷层内排水。排水半管施工注意事项：①排水半管施作在初期支护表面；②在其表面渗漏水范围内每纵向３米间距，无水地段每5米间距，上、中、下各打φ50mm的引水孔；③排水半管外周包裹水泥砂浆及时封闭；④与隧道衬砌墙脚纵向排水管连通。要求初期支护完成后，表面无渗漏现象，才能进行防水层的施作（2）.纵向排水花管在初期支护中设置环向排水半管将水引入衬砌两侧墙脚设置得纵向排水花管中，本设计纵向排水花管采用的是￠116双壁波纹管，纵向排水花管应设10号素混凝土基座，并包裹在防水层外侧，填塞3～5厘米碎石。（3）.横向排水管横向排水管位于衬砌基础和路面的下部（如图），布设方向与隧道轴线垂直，是连接纵向排水花管管与中央排水管的水力通道。横向排水管通常为硬质塑料管，施工中先在纵向盲管上预留接头，然后在路面施工前接长至中央排水管。对横向盲管的检查，主要是接头应牢靠、密实，保证纵向盲管与中央排水管间水路畅通，严防接头处断裂，由纵向盲管排出之水在路面下漫流，造成路面翻浆冒水，影响行车安全；其次是在横向盲管上部应有一定的缓冲层，以免路面荷载直接对横向盲管施压，造成横向盲管破裂或变形，影响其正常的排水能力。图18-8隧道内纵横向排水系统（4）.中心排水沟（管）分离式隧道路面下设置了中心排水沟（管），集中引排地下水，中心排水沟（管）的尺寸由硐室出水量决定。中心排水沟（管）采用上半断面打孔的混凝土管，设10号素混凝土基座，填塞3～5厘米碎石。中心排水沟（管）每隔200米设置中心检查井。施工时应注意中心排水沟（管）的出水位置。（5）.路面基层排水为了预防路面泛水，在路面下设置18（20）厘米厚水泥处置碎石排水基层，将水引入路面中心排水沟。（三）、连拱隧道防排水设计目前以建成的连拱隧道从使用情况上看，隧道中墙沿水平施工缝出现不同程度的渗漏水情况，为了彻底解决中墙渗漏水问题，提出了中墙分层浇筑即采用复合式中墙。这样，连拱隧道防排水设计与分离式隧道基本类似。施工注意事项：1.中墙在施工