天（水）定（西）高速关子隧道防排水设计.pdf

公路 隧道 2 0 1 4年 第 4期 ( 总第 8 8期 ) 天( 水 ) 定 ( 西 ) 高速关子隧道防排水设计 艾 杰 李玉平 ( 甘 肃省 交通 规划 勘察 设计 院有限责任公司 兰州 7 3 0 0 3 0 ) 摘 要 黄土隧道与普通岩质隧道防排水设计有较大差别， 关子隧道穿越地层围岩为黄土、 泥岩和砂砾岩， 通过对不同围岩段防排水分类设计 和协调统一 ， 以求 达到隧 道防排水 系统排 导通 畅、 防水 效果可 靠 、 结 构耐久 、 不 留 后 患 。 关键 词 关子隧道不同围岩段 防排水系统设计 关子隧道是天( 水 ) 定 ( 西) 高速公路分离式双 洞单向双车道特长隧道， 位于甘肃省天水市关子镇 西北 。隧道设计车速为 8 0 Km／ h ， 隧道上行线全 长 4 6 3 0 m， 最 大 埋 深1 8 4 ． 0 0 m， 隧 道 下 行 线 全 长 4 5 9 0 m， 最 大 埋 深 1 8 3 ． 7 2 m， 隧 道 洞 内 纵 坡 为 一 2 ． 1 8 ， 属岩石山岭深埋特长隧道 。 1 地质条件 关子隧道总体处 于商丹 ～天水 ～武 山古 生代 构造带 ， 但由于隧道穿越康家河 一罗玉沟断裂带 ， 其地质变化较大。隧道于 S K1 6 4 +3 4 0 ～S KI 6 4 + 4 0 0( 长 6 0 m) 、 XK1 6 4 +3 8 0 ～XK1 6 4 +4 4 0 ( 长 6 0 m) 穿越该断层 ， 断层之前为弱风化泥岩和泥质砂岩为 主， 断层之后为弱风化砾 岩。隧道进 口段长 2 2 0 m 围岩为新近堆积黄土 、 全 ～强风 化泥岩， 新 近堆 积 湿陷性黄土 ； 隧道出口段长 1 1 0 m 为残坡积角砾土、 全 ～强 风化 砾岩 。 2 隧道水 文条件 隧址 区属温带大陆性半湿润季风气候 ， 年平均 气 温 8 ． 8 ℃ ， 降 水量 5 3 1 mm。隧道 洞 顶 山体 上 的地 表水和覆 盖层 中的孔 隙潜水在山坡低洼处 和小冲 沟中汇集 ， 在 XK1 6 4 +0 4 0附近以泉水流出， 其余地 段在大小不等的顺坡 冲沟 中流出， 主要 为大气降水 补给 ； 覆盖层 中有孔隙潜水 ， 砾岩虽节理 裂隙不甚 发育， 但其具弱透水性 ， 存在少量基岩裂隙水 ， 在砾 岩节理裂隙中和岩土接触带也有少量裂隙潜水 。 由孔隙潜水和泉水汇集 在 S K1 6 4 +6 4 0柳头沟 中形成季节性 流水 ， 由于该处地 形切割严重 ， 构造 影 响严 重 ， 隧道埋 深 浅 ， 砾 岩 具 弱 透水 性 ， 洞 室 内会 出现线 流现 象 。 3 6 3 防排水分类设计 设计思路 ： 隧道 防排水总体上采取 以排为 主 ， 防、 排 、 截 、 堵相结合 的综合治理原则 ， 达到排水 通畅、 防水可靠 、 经济合理 、 不 留后患的 目的。根据 不 同 围岩 、 不 同部 位 的 排 水 功 能 需 要 ， 灵 活设 计 排 水措施 ， 提高初期 支护和一次衬砌 的防水能力 ； 在 减轻二次衬砌 的施工难度 ， 弥补其防水安全性不足 的同时 ， 也减少其因水 的浸蚀影响其受力性能 的概 率 。对洞外水实行 以疏导为主 ， 减少隧道结构 的防 排水 压 力 。 3 ． 1 洞 外 防排水 设计 隧道洞 口均设置截水 沟、 排水沟 疏导地 表水 ， 洞 顶排 水 沟 距 边 、 仰 坡 开挖 线 距 离 不 小 于 2 m。排 水 构造 物开 挖 基 坑 后 ， 对 基 底 进 行 夯 实 ， 压 实 度 不 小于 9 O ％。排水设施 每隔 1 0 m 或地质变化处设一 道沥青麻絮 沉降缝 。排水设 施端 头设 0 ． 4 m( 宽 ) X1 ． 5 m ( 高) 的抑水墙 ， 底部均铺设一层加筋复合土 工膜， 其搭接长度不小于 5 0 c m。排水构造物纵坡大 于 1 0 时 ， 每 隔 4 m 设 一 道 底 宽 l m 的防 滑 坎 。施 工时根据实际地形合理布置 ， 且应尽量设置在原状 土上。施工时做好周围陷穴 、 冲沟等不 良地质的处 理 ， 确保排水 构造物安全 、 稳定。使 隧道排水 与路 基排水形成 一个 完善的排水 系统， 以确保 安全、 畅 通 。对隧道顶 部的黄土 冲沟、 陷穴进行 处理 ， 做好 洞外排水系统 ， 采用 M7 ． 5浆砌片石铺底 防止地表 水下 渗 。 3 ． 2 洞 内防排 水设 计 3 ． 2 ． 1 砂 砾岩段 洞 内防排 水设计 节理裂 隙不甚发 育砂砾岩 ， 虽具有 弱透水性 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 艾 杰 等 天 ( 水) 定 ( 西 ) 高速 关子 隧道 防排 水设 计 但其饱和强度较高 ， 对隧道结构稳定性的危害相对 较小。该段洞内采用排水型隧道设计 ， 洞内防排水 设施主要有 ： 隧道 暗埋 段完成初 期支护后 ， 模注衬 砌外全断面铺设 l mm厚 E VA复合防水板 ， V级围 岩施工缝 内设置 中埋式橡胶止水带 ， Ⅳ级围岩施工 缝设置带注浆管 遇水膨胀止水 条。墙脚 衬砌与初 支之间设纵 向波纹管及袋装 砂砾 、 纵 向透水 管， 横 向设置 波纹 管 ， 通过 横 向波 纹 管 将 水 导 人仰 拱 上 方 中心水沟 ， 然 后排出洞外 。裂 隙水发育段每 5 m 设 置两道扁 型塑 料滤水 管 ， 设置 在初 支外 缘 以及初 支、 二衬之间， 其余地段衬砌每 2 0 m 设一道环 向透 水盲沟 ， 环向透水盲沟均与墙脚盲沟 连通 V级 围岩 松散浅埋段每隔 6 m 设一道横向排水管 ， Ⅳ级 围岩 段每隔 1 0 m设一道横向排水管将水引入 中心水沟。 纵向、 横 向、 环向排水管 均采用 3通管连通 ， 确保水 流通畅 。明洞 防排水 采用在墙 脚外侧设置 砂砾盲 沟 ， 盲沟底部设置纵 向排水管 ， 沿衬砌外侧 全断面 设置防水层 ， 并在明洞顶及仰坡外侧设 置完善 的排 水系统 ， 使地表水能顺利 排出洞 口进入边沟 。隧道 洞内中心水沟与路面 同坡 ， 每间隔 2 5 0 m 设一检查 井 ， 以备检查清淤 ， 正洞与行 车横洞交叉 处增设一 检查井 。施工 时应严 格控制盖 板顶标高 与路面标 高保持一致 。隧道路缘边沟每隔 1 0 0 m设一处路缘 沉沙井 ， 以便清理洞 内边 沟淤泥 。隧道紧急停车带 中心 水 沟底 比 主洞 中心水 沟底 低 ， 其 水 沟 底坡 度 须 做适 当调 整 与 主 洞 中 心 水 沟 顺 接 。隧 道 在 离 洞 门 1 0 0 m范围内每隔 1 0 m处及衬砌结构变化处设一道 沉降缝 ， 橡胶止水带设 于隧道沉 降缝处 。隧道施工 缝 设 遇水 膨 胀止 水条 ( 图 1 ) 。 3 ． 2 ． 2 黄 土 、 泥岩段 洞 内防排 水 设计 由于黄 土 、 泥 岩 地 层 结 构 的 特 殊 性 ， 在 黄 土 覆 盖层与下卧泥岩交界面往往存在一层饱水软化层 ， 含水量在 2 O ～3 O ％左右 ， 土体呈软塑 ～流塑状 ， 围岩 土 体 承 载 力 较 低 。黄 土 、 泥 岩 隧 道 地 下 水 量 大， 且含有硫 酸盐结 晶， 对混凝 土具有一定程 度 的 腐蚀性 ， 且排 水管被硫酸盐 结晶易堵 塞， 引起 排水 不畅。因此 ， 对该段 隧道采 用防水 型设计 ， 中心水 沟外设隧道一次衬砌 ， 隧道一次模筑及仰拱采用抗 硫水泥 ； 隧道 内设路缘边沟 ， 外侧设环 向排水管， 墙 脚设纵向排水 盲管 ， 仰拱 内设纵 向及横 向排水 管， 仰拱底设横向排水管及 中心排水沟， 中心水沟检查 井加密 ， 其间距为 5 0 m( 图 2 ) 。 图 1 砂砾岩段 洞内防排水设 计图 图 2黄土、 泥岩段洞 内防排水设计 图 3 ． 2 ． 3 施 工 缝 、 变形缝 设计 隧道施工缝和变形缝是隧道渗水 的多发部位 。 根据施工缝和变形缝的功能要求及结构特点， 施工 缝浇筑时尽 可能做到连续浇筑 。由于工艺原 因无 法 连 续浇 筑时 ， 施 工缝 设 置 间距 不 得 小 于 9 m， 施 工 时可根据模板 台车的长度调整。V 级 围岩施 工缝 内设 置 中埋 式橡 胶 止 水 带 ， Ⅳ级 围岩 施 工 缝 设 置 带 注浆管遇水膨胀 止水条。隧道 明洞衬砌与 暗洞 衬 砌交界处设一 道沉 降缝 ， 洞 口段 1 0 0 m 范 围内衬砌 每 1 0 m 应 设一 道沉 降缝 ， 连 续 V、 Ⅵ级 围岩 段 每 5 0 m设置一道沉降缝， 洞内软硬地层 明显分界处应 设一道 2 c m 宽的沉降缝。有沉降缝 的位置 ， 施工缝 应与沉降缝调整在同一位置 。施工缝 、 沉降缝内分 别设遇水膨胀橡胶止水条和 中埋式 3 0 c m宽遇水膨 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路 隧道 2 0 1 4年 第 4期 ( 总第 8 8期) 胀橡胶止水带 ， 外缘用沥青麻 絮填塞密实 ， 内缘采 用 1 0 c m防水砂浆填塞密实( 图 3 ， 图 4 ) 。 为 防止止水 条 在混 凝 土未 凝 结前 膨 胀 ， 需 在 膨 胀 止水 条表 面 涂缓 喷剂 ， 同 时要 求 止 水 条 注浆 管 材 料拉 断 力 > 2 0 0 N， 遇 水 膨 胀 材 料 体 积 膨 胀 率 > 3 0 0 ， 遇 水膨 胀材料 与 注浆管 的剥 离力 ~2 0 N o 图 3施工缝防水设计 图 4施 工 缝 防水 设 计 3 ． 3 围岩 变化 段处 理 ( 1 ) 排 水措 施 关 子 隧道设 计 线整 体 位 于 地 下水 位 以上 ， 设 计 其排水措施是应考虑降水下渗涌水 量对隧道 的影 响 ， 渗 流将 在 断 裂 破 碎 带 ， 即 围岩 变 化 段 沿 岩 层 向 下渗流， 其渗流线被隧道截断从隧道排 出。该段 围 岩由松散 的砂 砾岩 和泥 岩组 成 ， 其渗 透 系数 k一 0 ． 0 0 1 5 c m／ s ， 水 力坡 度为 i 一2 ． O 9 ， 隧道 衬砌 宽度 w 一 1 2m 。 隧道 两 侧 各 采 用 直 径 1 1 6 mm 的 纵 向 P VC排 水管 和 中心水 沟采 用 2根 直 径 2 0 0 mm 的纵 向排水 38 P VC管作为主要排水措施 ， 两侧排水沟和中心水 沟 的排水能力能够满足流量要求 。 ( 2 ) 连 接处 理 断裂带将 隧道前后大体分 为黄土泥岩段 和砂 砾 岩 段 ， 两 种 围岩 条 件 下 ， 隧 道 排 水 系 统 有 较 大 差 别 ， 前者是防水型设计 ， 中心水沟设于仰拱下方 ， 后 者是排水型设计， 中心水 沟设 于仰拱填充之 中。两 种排水设计在前后衔接的时候 ， 存在高程和相对位 置 的突变 ， 以仰 拱 底 为 参 照 计 算 ， 砂 砾 岩 段 中 心 水 沟底高程 高出黄土泥岩段 中心水 沟底 高程 1 ． 2 m。 隧道 纵 向纵 坡 为 一 2 ． 1 8 ， 通 过 设 置 一 1 纵 坡 的 中心水 沟仰 拱 穿 越 段来 达 到 两 种 排 水 方 式 的顺 畅 连接， 该段长度为 1 0 2 m。该穿越段为 断层破碎带， 围岩较差 ， 排水按黄土泥岩段设计参数向砂砾岩段 延 伸 的方法设 置 防排 水 措 施 ， 以保 证 隧 道仰 拱 和 结 构 的安 全 。 4 施工 注意事项 ( 1 ) 隧道施工时应切实做好隧道顶沟的整修工 作及 不 良地 质 处 理 工 作 ， 必 须 探 清 隧道 周 围 陷 穴 、 冲沟发育走 向及 深度， 将表层 土体清 除， 再将陷穴 及冲沟用黄土夯填密实， 最后用 I m厚粘 土隔水层 封顶， 粘土隔水层须嵌入两侧稳定 土体不小于 1 m。 应 切 实做好 排水 构造 物 的衔 接 ， 做 好 衬 砌 间 的接 缝 处理 ， 以防渗、 漏水 ， 使洞内外形成一个完整的排水 系统 。 ( 2 ) 中心水沟采用砂砾 填充， 其 级配形式根据 试 验 数据 ， 避免 采用 过细 材料堵 塞 中心排 水管 。 ( 3 ) 隧道 施 工 缝 施 工 时 ， 应 尽 量 使 先 浇 筑 完 成 的衬 砌混凝 土 端头 平 整 ； 后 浇 衬砌 混 凝 土 施 工 之前 应 当将 前 段 施 工 缝 处 的 混 凝 土 凿 毛 ， 清 除 浮 杂 物 等， 用水冲洗干净 ， 保持湿润 ， 再铺上 2 0 ～2 5 ram厚 与衬砌结构混凝土相同材料配制 的水泥砂浆 ； 后浇 衬砌混凝土施 工 时， 应 当注意保 护 已安装 的止水 条， 防止其脱落 、 移位和松动。 ( 4 ) 铺设 防水板为减少接缝， 采用幅宽 5 ～7 m 的防水板 。铺 设 土工 布 前 ， 应 检 查初 期 支护 和 一 次 衬砌 表 面是 否 平 整 ， 如 有 钢 筋 或 锚 杆 头 外 露 ， 应 割 除并用砂浆抹平 ， 使 喷混凝土表面凹凸高差不超过 十 5 c m 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m