芦家山一号隧道防排水技术及其分析.pdf

7 4 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 0 8年第 4期 芦家山一号隧道防排水技术及其分析 陶 坤 ( 中国交通建设股份有限公司第二公路工程局， 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 ) 摘要： 以西( 安) 合( 肥) 大通道陕西境商界高速公路芦家山一号隧道防排水施工的工程实例为基础， 着重论 述了复合式衬砌隧道综合防排水施工工艺、 关键部位施工控制要点以及材料的选择。 关键词： 公路隧道； 防排水 ； 复合式衬砌 中图分类号 ： U 4 5 5 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 27 4 2 8 ( 2 0 0 8 ) 04 0 0 7 4 0 4 Wa t e r p r o o f a n d D r B i n a g e T e c h n o l o g y i n 1 T u n n e l o f L u j i a s h a n a n d t h e A n a l y s i s T A O K u n ( N o 2 H i g h w a y D e p a r t - m e n t o f C h i n a C o m m u n i c a t i o n C o ，L t d ， X i a n S h a n x i 7 1 0 0 6 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：B a s e d o n t h e e n g i n e e r i n g c a s e o f w a t e r p r o o f and d r a i n a g e i n 1 t u n n e l o f L u j i a s h n ，t h e p a p e r d e t a i l e d th e c o n - s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f w a t e rp r o o f an d d r a i n a g e f o r c o mp o u n d t u n n e l l i n i n g ，c o n s t r u c t i o n c o n t r o l p o i n t s o f i mpo r t an t p a r t s an d s de c fi o n o n ma t e r i a l s Ke y w o r d s ： h i ghw a y t u n n e l ； w a t e rpr o o f and d r a i n age ；c o mpou n d t u n n e l l i n i n g 在隧道及地下工程的施 工和使用过程 中， 时刻 都受到地下水的危害。由于地下水 的渗透和侵蚀作 用 ， 使工程产生严重的病害 ， 轻则影响洞 内设备的正 常使用、 行车安全及美观 ， 重则影 响衬砌结构 ， 使 整 个工程毁坏 ， 造成巨大的经济损失和严重 的社会影 响。本文以芦家山一号隧道工程实例为基础 ， 简述 其综合防排水的设计与施工 ， 总结关键、 薄弱部位的 施工控制要点以及防排水材料的选择。 1 工程概 况 芦家山一号 隧道全长 2 5 1 4 m， 双向六车道 ， 建 筑限界净宽 1 4 0 m， 净空限界高度 5 0 m， 最大开挖 面积 1 4 7 1 m ， 设计 时速 8 0 k m h 。隧道衬砌结构 按“ 新奥法” 原理设计 ， 采用复合式衬砌结构形式 。 隧道围岩分级以V、 级为主。隧道穿越连绵 山体 ， 具较大的汇水 面积 ， 且与周围山脉相连 ， 水力 联系密切。山体水位较高， 洞室位于地下水位以下 ， 流量相对较大且 流量稳定。该区域雨量充沛 ， 多年 平均年降雨量为6 8 7 m m， 全年降雨天一般为 9 0天 左右， 降雨是该区地下水的主要补给来源。 2 综合防排水设计 隧道的防排水遵循 “ 防、 排、 截、 堵相结合 ， 因地 制宜 ， 综合治理” 的原则。商界高速公路芦家 山一 号隧道永久性防排水工程设计包括防水工程和排水 工程 ， 具体形式如下 ( 参见 图 1 ) 。 圈 1 芦 冢 山一 号 隧 逗 防 排 水 断 面 圈 ( 1 ) 洞外排水 。洞 门上方设 截水沟 ， 将地表 水 引入路基边沟或洞外 自然沟谷 ， 以此形成完善的洞 外排水系统。 ( 2 ) 衬砌防水。隧道在初期支护和二次衬砌问 敷设 土工布及防水板 ， 防水板敷设 范围从隧道拱 顶 至边墙下部引水管； 二次衬砌沉降缝采用中埋式橡 胶止水带止水 ， 施工缝采用遇水膨胀止水条止水 。 ( 3 ) 衬砌排水 。在初期支护 中， 根据地下水量 大小 ， 按照规定间距设置环 向排水半管将水引入衬 砌两侧墙脚设置的纵向打孑 L 双壁波纹管； 沿隧道路 收稿 13期 ： 2 0 0 7 0 3 2 8； 改回 13期 ： 2 0 0 8- 0 31 1 作者简介： 陶坤( 1 9 8 2一 ) ， 男( 汉族) ， 湖北黄冈人， 中国交通建设股份有限公司第二公路工程局助理工程师， 隧道与地下工程专业， 从事桥梁 工程、 隧道工程施工工作， 陕西省西安市含光南路 1 7 6号交通科技大厦中交二局隧道公司 8 9 0 9 室， t a o k u n 5 2 0 1 4 y a h o o c o i n c n 。 维普资讯 2 0 0 8年第 4期 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 7 5 面下设置中心排水管 ， 纵 向排水花管通过横 向排水 管引入 中心排水管。 ( 4 ) 路面基层排水 。为 了预 防路面渗水 ， 在路 面下设置 1 8 e m厚水泥处置 碎石排水基层 ， 将水 引 入路面两侧边沟或中心排水沟。 3防排水施工 3 1 Q弹簧半圆排水管 3 1 1 材料选择 Q 弹簧半圆排水管 目前还没有 国家统一标准 ， 在材料选择上可 以根据检测结果与企业 出厂标准或 供货合同来判断是否可用 。 3 1 2 Q弹簧半圆排水管施工 当隧道开挖断面符合设计要求后 ， 由于围岩裂 隙的水全面流出， 立即喷射第一层砼( 厚度 5 e m) 进 行封闭， 随着围岩的变形 ， 第一层喷射砼表面产生裂 隙漏水 ， 凡漏水处均设排水半 管。排水管 采用 向其 表面涂抹 1 2 e m速凝灰浆包裹 固定 ， 然后 喷第二 层砼进行封闭， 具体施工工艺见图 2 。继续观察喷 层表面， 若还有渗漏水 现象 ， 在各 渗漏水处 钻眼 引 水 ， 再加排水半管。在初期支护趋于稳定的条件下 ， 最终逐层喷射砼封闭直至喷层表面干燥无水 。在大 面积淋水或地下水流量 大的地段 ， 按上述方法设置 多层暗埋式排水管 ， 通过暗埋式排水管将水 引入墙 脚纵向排水管排 出洞外 ， 以达到“ 排水通畅 ， 衬砌表 面干燥无水” 的要求后， 再铺设防水层和土工布。 在较长无渗漏水地段 ， 可每 隔 51 0 m沿墙壁上下 钻眼 ， 按上述方法预设排水半管 ， 以保证隧道在运营 期 间地下水变化及时排出， 减小水压。 图 2 n 弹簧半圆排 水管施工工 艺图 3 2 3 5 0 g m 土工布 3 2 1 材料选择 无纺土工布的作用主要是 ： ( 1 ) 保护防水板 ， 防 止其在施工期间被刺破 ； ( 2 ) 排水作用 ， 排 除渗过初 期支护混凝土的地下水 ， 以减小作用于防水板上 的 水压力 。因此 ， 无纺土工 布必须具备混凝土浇注时 挤压最低限的强度和伸缩性 ， 同时绝对不能与防水 板或由其他天然地下水或水泥浆形成的任何腐蚀性 混合物起化学反应 ， 且具有一定 的排水性能。 3 2 2 土工布施工 施工工艺如图 3所示。 围岩 喷砼 热融衬 垫 垫片 水泥钉 图 3 3 5 0 g m 土工布施工工艺图 在铺设 土工布前先要进行监控量测或观察 ， 当 确认 围岩初期支护基本稳定后才能进行铺设 ； 对初 期锚喷支护的基面进行认真检查 ， 对外露的钢筋头 、 锚杆头、 铁丝 等杂物进行 清除 ， 对尖 锐岩面进行凿 除， 然后涂抹砂浆， 使基面平顺圆滑， 防止刺破土工 布 ， 对于喷砼表面凹凸不平 的部位要修整平顺 ， 超挖 过大处要挂网补喷， 使其凹凸量不得超过 5 e m， 同 时要认真检查初期支护后 的隧道净空 ， 保证二次衬 砌厚度满足要求。 基 面处理完成后 ， 在混 凝土表面先把 3 5 0 m 土工布用热融衬垫贴上 ， 然后用射钉枪钉上水泥钉 锚 固， 水泥钉长度 5 0 m m， 平均拱顶 3 4点 m， 边 墙 2 3点 m， 每幅搭接长度 1 0 e m。 3 3 1 2 m m厚改性 L D P E防水板 3 3 1 材料选择 HD P E的密 度 范 围 为 0 9 3 50 9 7 0 g c m ， L D P E的密度范围为 0 9 1 5 0 9 3 5 g c m ， 前者拉伸 强度 、 断裂伸长率 、 抗撕裂强度等性能较后者略高 ， 但是密度高则晶体粒间的连接分子较少， 易产生脆 裂 ， 硬度增 加 ， 不易铺设 ， 故采用 L D P E防水卷 材。 要求防水板 防水渗透性能好 ， 能承受铺设作业及浇 灌砼时产生的冲击及荷载 ， 同时应有足够 的承载能 力； 为使防水层形成整体， 防水板还应有良好的搭接 粘合性能及充分的接缝强度 ， 确保防水施工的可施 工性 、 安全性及经济性 ， 并能抗腐蚀 和抗老化 。 3 3 2 施工机具 对于整 幅防水板之 间的焊接采用“自动控温爬 焊机械双 焊缝热 融粘结 技术 ” ， 使用 设备为 T H一 5 0 1型隧道 防渗膜焊接机； 对于热融衬垫 、 局部破损 维普资讯 7 6 探矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) 2 0 0 8年第 4期 防水板的修补使用设备为 T HR F热风焊枪 。 3 3 3 防水板施工 防水板铺 设采 用 “ 无钉铺 挂 ” 工艺 ， 如 图 4所 示 。对砼基面和土工布进行仔 细检查后 ， 用手动热 风焊枪热熔在衬垫上 ， 两者粘结剥离强度不得小 于 防水板的抗拉强度 。整幅防水板 之间结合部位 1 0 0 m m， 采用焊接机进行双焊缝热融粘结 ， 粘接剥 离强度不得小于母体拉伸强度的 8 0 ， 并且粘接结 合部位采用真空加压检测， 在 0 2 M P a 压力作用下 5 m i n不得小于 0 1 6 MP a 。 围岩 喷砼 3 5 0 g m 土 工 布 改性 L D P E 防水板 热融衬垫 晕片 图 4“ 无钉铺挂”m艺图 防水板铺设时， 考虑二次衬砌的挤压作用 ， 必须 松紧适度 ， 无 紧绷现象 ， 而过度的松弛必然导致 鼓 包 ， 导致初衬与二衬之间形成较大间隙， 影响二衬厚 度。铺设防水板 时要伸 出二次衬砌外 5 0 c m， 以保 证与下一组防水板有足够的搭接长度 ， 也便于施工 操作 。衬砌施工中要注意保护好 防水板 ， 防止损伤 拉伤， 尤其是钢筋砼衬砌段 ， 焊接钢筋时需对防水板 加以保护， 以防止烧焦、 损坏 ， 防水板破损处 ， 必须立 即做 出明显标记 ， 以便毫不遗漏地把破损处修补好 。 3 4 止水带、 止水条 施工缝及沉降缝是隧道防水的薄弱环节 ， 处理 不好常导致隧道渗漏水。据调查 ， 9 5 的渗漏水 与 施工缝和沉降缝有关 。 3 4 1 材料选择 我们选用 3 0 0 mm1 0 m m橡胶止水带、 2 0 m m 3 0 m m遇水膨胀橡胶止水条进行了试验， 具体试 验参数符合有关标准要求。 3 4 2 止水带、 止水条施工 根据实际施工情况 ， 二次模筑砼衬砌平均按 9 m一个环节全断面施作施工缝 ； 在衬砌类型变化 界 面、 明洞进暗洞界面、 连续 V、 级 围岩中每隔 3 0 m 以及距洞 口 1 0 0 2 0 0 m范围衬砌每隔 2 0 m， 均需 设置变形缝 ， 缝宽 2 c m。施工缝采用带注浆管膨润 土橡胶遇水膨胀止水条 ； 沉降缝采用止水带。 止水条安装时间控制在下一环二衬砼浇筑前 ， 不得安装过早 ， 以免止水条遇水膨胀 后失效 。施工 止水条时， 采用衬砌堵 头板背面钉设 0 2 c m的纤维 绳 ， 砼灌注后拆模时将绳子一起取出， 即形成一道凹 槽 ， 并配合加密射钉的钉设间距， 从而保证施工缝的 防水效果。 止水带施工工艺如下 ： ( 1 ) 沿衬砌设计轴线 间 隔 0 5 m在挡头板上钻 0 1 2 m m钢筋孔 ； ( 2 ) 将加工 成型的 0 1 0 mm钢筋卡由待模筑砼一侧向另一侧穿 入 ， 内侧卡紧止水带一半 ， 另一半止水带平结在挡头 板上 ； ( 3 ) 待模筑砼凝固后拆除挡头板 ， 将止水带靠 中心钢筋拉直 ， 然后弯 曲 0 1 0 m m钢筋卡套上止水 带 ， 模筑下一环砼 ； ( 4 ) 沉 降缝空 隙填塞 沥青麻 絮。 止水带安装定位见图5 。 己凝固模筑砼 模板 锚喷砼 初期支护 填塞沥青麻絮 已凝 水带 图 5 变形缝止水带安装定位示葸 图 二次衬砌表面每个施工缝 环向预 留宽 5 c m、 深 3 c m矩形槽 ， 与两侧人行道板预 留矩形槽相接 ， 使 少量渗漏水流入两侧排水边沟 。 3 5 导排水系统 隧道采用 中央排水管 、 纵向排水管、 路缘侧排水 沟的导排水系统。 3 5 1 中央排水管 施工中随时注意检查砼基础的坡度 ， 不仅要 总 体坡度应符合要求 ， 而且局部的几个管段间也要符 合要求， 并尽量避免高低起伏。管段铺设时， 首先将 具有透水孑 L 的一面朝上。管段逐个放稳后 ， 再用水 泥砂浆将段 间接缝密封填实。待砂浆凝 固后 ， 应逐 段进行通水试验 ， 发现漏水 ， 及时处理。之后用土工 布覆盖管段透水孔 ， 并保证横 向排水管出 口处与 中 维普资讯 2 0 0 8年第 4期 探矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) 7 7 央排水管接头处牢靠 、 密实 ， 确保其 正常 的排水 能 力 。 3 5 2 纵 向排水管 纵向排水管在整个隧道排水系统 中是一个 中间 环节 ， 起着承上启下 的作用 ， 其施工图如 6所示 。施 工前先用水准仪检查、 测定纵向排水管的坡度 ， 使地 下水进入纵向排水管后在一定的坡度下按指定的方 向流动 ， 然后用 C I O素砼为纵 向排水 管作好基 础。 在布设时首先用土工布将纵 向排水管包裹 ， 使泥砂 不得进入纵向排水管。然后用防水卷材半裹纵向排 水管 ， 使从上部下流之水在纵 向排水管位置尽量流 人管 内， 而不让地下水在排水管位置纵横漫流 ， 纵 向 排水管上方用 35 e m碎石设置碎石排水基 层 ， 将 水引入路面两侧边沟或 中心排水沟。 Cl O 眼 孔 直径 6 8 m m 图 6 纵 向排水 管施工图 施工 时要认真检 查纵 向排水管 的包裹 安装情 况 ， 杜绝粗放施工 ， 为隧道后期排水创造条件 ， 并注 意上部环向弹簧排水管 与纵 向排水管的连接 ， 采用 环 向排水管出口与纵 向排水管简单搭接 的方式 ， 避 免两管之间被喷射砼隔断。其次注意检查纵 向排水 管与横 向排水管 的连接 ， 保证接头牢靠 ， 防止松动脱 落 。 4 结 语 ( 1 ) 防排水是保障公路隧道运营安全和使用寿 命 的重要技术环节 ， 衬砌结构 防排水处理采用堵排 结合； 但是在保护地下水环境、 限制地层沉降要求高 的工程 中应该以堵为主。 ( 2 ) 在隧道防排水施工 中， 要特别注意材料 、 施 工机具 的选择 ， 对关键工序要建立严格的质量控制 体系。 ( 3 ) 防水板的搭接、 施工缝、 沉降缝等均为薄弱 部位 ， 也是隧道渗漏水容易 出现 的地方 ， 在施工过程 当中， 必须精心施工、 仔细检查， 防止在此部位出现 渗漏水 问题。 ( 4 ) 中央排水管 、 纵 向排水管施工时 ， 要注意坡 度应符合要求， 接头处牢靠、 密实， 确保其排水畅通。 ( 5 ) 地质条件对隧道渗漏水 影响很 大 ， 地质条 件好， 渗漏水出现频度低 ； 反之， 地质条件差， 渗漏水 出现频度高 ， 渗漏水严重。对于长大隧道 ， 可以考虑 采取分区防水 的设计措施 ， 将水控制在软岩区段。 参考文献： 1 J T J 0 4 2 9 4 ， 公 路隧道施工技术规 范 s 2 刘文武 ， 史焕祥 铁路隧道防排水工程的质量控制 J 铁道 建 筑 ， 2 0 0 4， ( 8 ) 3 李兴高 ， 刘维宁 公路隧道防排水的安全型综合解决 方案 J 中国公路学报 ， 2 0 0 3， 1 6 ( 1 ) 4 殷怀连 ， 张民庆 铁路隧道工程结构 防排水设计理念及施工 措 施的探讨 J 铁道标准设计 ， 2 0 0 6 ， ( 6 ) 我国地质灾害“ 群测群防 体系 1 O年避灾4千余起 据 2 0 0 8年 o 4月 1 6日新华网消息中国紧密依靠城镇各单位和 乡、 村基层组织 ， 初步建立了地 质灾害群 测群 防体 系 ， 开展 监测 预警 工作 ， 1 9 9 8年 以来全 国共成功避让地 质灾害 4 0 0 0多起 ， 安全转 移 1 8 万多人 ， 减少经济 财产损失 数十亿元 。 从在湖南长沙召开的“ 第十七期 国土 资源管 理市长 研究 班”获 悉 ， 在开展以省为单 元的地 质环境 调查基础 上 ， 1 9 9 9年 以来 ， 国土资 源部陆续部署 安排了全 国 1 4 3 0个地质灾害较为严重的县 ( 市) ， 开展 以县为单位的地 质灾害专项调查 ， 基本查 清了地质灾 害隐患点 、 危险 点的分布情况 ， 划定 了地质灾害易发 区， 为在这些地 区开展 防治 工作 打下了坚实的基础。 中国地质和地理环境复杂 ， 地质灾 害种类多、 分布广 、 危 害大 ， 是 世界上地质灾害最严重的国家之一。滑坡 、 崩塌、 泥石流、 地面塌陷、 地裂缝、 地面沉降等地质灾害的易发区面积约占国土面积的6 5 。 1 9 9 52 0 0 7年 ， 中国因地质灾害共造成 1 3 6 5 0人死亡 和失踪 ， 财 产损失达 7 1 7亿 多元 ， 平均每年因地质灾害死亡和失踪 1 0 5 0人 ， 直接 经济损失 5 5 2亿元 。 国土资源部的最新统计表 明 ， 目前 全 国约有地 质灾害 隐患点 近 2 3万处 ， 其 中特 大 型 和大 型滑 坡 、 崩 塌 、 泥 石 流地 质 灾 害 隐 患 点 2 5 0 0 0处。2 O个 省 份 因 为 采 矿 导 致 采 空 塌 陷 ， 塌 陷 面 积 超 过 1 1 5 0 k in ； 中东部的平原和盆地因为超采地下水， 导致地面沉降面积 达 6 4万 k m 。 国土资源部有关负责人表示 ， 随着中 国工业 化、 城镇化步伐 的加 快 ， 人类工程活动力度的进一步加大 ， 以及 由于气候 变化带来 的局地 暴雨次数的增多和沿海地带台风的频繁袭击 ， 崩 塌、 滑坡 、 泥石 流、 地 面塌陷、 地裂缝和地面沉降等地质灾害对人民群众的生命财产安全 的威胁必将越来越大。 “ 第 十七 期国土资源管理市长研究 班 ” 是受 中组部 委托 ， 由国土 资源部承办 的， 来 自全国 4 0多个地质灾害较 为严 重城市 的政府主管 负责人和国土资源局局长参加了这个研究班。 维普资讯