阿尔及利亚东西高速公路隧道防排水设计.pdf

公路隧道 2 0 1 0年第 1 期 ( 总第 6 9期) 阿尔及利 亚东西高速公路 隧道 防排水设计 徐智 王红梅 ( 中交第一公路勘察设计研究院有限公司西安7 1 0 0 7 5 ) 摘 要 本文结合阿尔及利亚东西高速公路隧道工程实例， 较为系统地介绍了隧道防排水的设计依据、 设计原 则 、 设计 内容 、 设 计要求 以及部分 防水 材料 的性能 、 安装 以及 检测等 。 由于本 项 目主要依 据欧洲 标准设 计 ， 通过 此 工程设计成 果将欧洲标准对 隧道 防排 水设 计的要求介绍 给读 者 ， 希 望对 以后 的隧道 防排水设计 有所 裨益 。 关 键 词 隧道防排水设计 1 工程概述 阿尔及利 亚东西高速 公路 是 MAGHR E B I NE 高速公路 的重要组成部分 ， 即从毛里塔尼亚首都努 阿绍特至利 比亚的东部边境 处， 全长近 7 0 0 0 k m， 其 在阿尔及利亚境 内长 约 1 2 1 6 k m， 目前在建及 建成 路段长 2 8 9 k m， 尚未施工路段长 9 2 7 k m。阿尔及利 亚东 西高速 公路 共分 东、 中、 西 3个标 段 ， 分别 长 3 9 9 、 1 6 9 、 3 5 9 k m， 东标段 由 日本 方设计 ， 中、 西标段 均由我方设计 。我方设计的隧道位于 中标段 的 M3 ( L AR B ATAC HEI AKHD AR I A) 标段 ， M3标段 跨越 B OUME R DE S和 B OUI R A两省， 路线全长约 2 5 3 6 8 k m， 大致呈东西走 向， 设隧道 2座 ， 即 T 1 、 T 2 隧道， 其长度分别为 7 3 0 、 1 8 0 0 m。路线地理位置见图 1 图 1 路线地理位 置示意图 2 2 技术标准 2 隧道设计依据及技术标 准 2 1 隧道 设计 依 据 2 0 0 4 年 4 月 2 9日欧洲会议和欧盟委员会第 2 0 0 4 5 4 C E号指令， 有关贯欧公路隧道最低安全要求 ； 2 0 0 0年 8月 2 5日欧洲会 议 和欧盟 委员 会第 2 0 0 0 6 3号文 “ 国有道路 系统公路 隧道安 全性通 报” E OUR0 0 1 0 1 4 2 C； 2 0 0 0年 8月 2 5日的部 际通告 n 。 2 0 0 0 6 3 ， 有 关 国家公路 网的隧道安全性 ； 公路隧道指导性文件 C E TU( C e n t r e d E t u d e s d e s t u n n e l s ) ； 阿尔及利亚东一西高速公路 中标段招标文件专 用技术条款 ( 简称“ C C TP ” ) 中相应规定 、 要求。 隧道采用双向 6 车道上 、 下行分离式断面， 设计 速度 1 0 0 k m h ， 隧道建筑 限界 ： 净宽 1 3 0 m， 具体 组 成 0 7 5 ( g l 修道) +0 5 ( 路缘带) +3 3 5 ( 行车道) +0 5 ( 路缘带) +0 7 5 ( 检修道) ； 限界高 5 2 5 m。 3 隧道工程地质及水文地质条件 3 1 工程 地质 地勘揭示 ， T1隧道主要 以页岩为 主， 局部夹 砂 质 、 钙质页岩， 围岩以V级为主； T 2隧道 以页岩夹砂 岩为主 ， 围岩主要为级 。由于页岩具有遇水软化 、 强度急剧降低的特点 ， 如隧道防排水措施不当， 会对 隧道安全带来不利影响 。 3 2 水 文 地质 隧址 区地下水类型主要为第 四系松散堆积物孔 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路隧道 2 0 1 0年第 1 期( 总第 6 9期) 隙水和基岩裂隙水 ， 第 四系松散堆积物孔隙水含水 层为碎石土层 ， 地下水类型为孔隙潜水 ， 含水层分布 范围小， 厚度不大 ， 故含水量也不大 。基岩裂隙水主 要赋存于第三系石英砂岩节理裂隙中， 裂隙的贯通 性较好 ， 为区内主要的含水 、 透水层。地下水位埋深 受大气降水控制， 雨季地下水位埋深较浅， 旱季水位 埋深较大 ， 排泄方式以泉或渗流方式排泄。深孑 L 钻 探揭示 ， 隧道设计标高处有地下水出现 ， 根据地质勘 察抽水试验 ， T1 、 T 2隧道施工时可能出现的最大涌 水量分别为 1 5 0 8 8 、 9 2 4 4 5 m。 d 。地下水对隧道有 一 定的影响， 应引起重视。 4 隧道 防排水设计 4 1 防排 水设 计原则 隧道防排水设计应结合水文地质 、 工程地质条 件， 遵循“ 防、 排、 截 、 堵结合， 因地制宜 ， 综合治理” 的 原则 ， 尽量减少地下水对隧道安全的不 良影响， 保证 隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧 道防排水设计应针对地表水 、 地下水妥善处理 ， 洞内 外形成一个完整通畅的防排水系统 。 4 2 防排水设计 内容 4 2 1 洞 口防排水设计 洞 口设置截水沟， 防止地表水下渗至隧道明洞 。 截水沟采取梯形断面， 底宽 4 5 c m， 高 4 5 c m， 两侧边 坡均为 1： 1 ( 注： 排水沟尺寸需通过水文、 水力计算 确定 ， 限于篇 幅， 计算 过程略) 。截水沟采用 R N2 O 混凝土砌筑 ， 沟壁厚度 2 0 c m。截水沟设于洞 口刷坡 线 5 m 以外 ， 并应结合实际地形大致沿等高线布置 ， 将拦截的水流排入路堤排水沟或自然沟渠中。当截 水沟相互连接处或出水 V 1 处地面纵坡度大于 2 O 时， 设置急流槽引导水流 ， 以免对排水设施或地面造 成冲刷。急流槽底应有一定的粗糙度 ， 在 出水 口部 位设消力坎 ， 以减小水流速度 ， 避免下游排水设施的 冲刷损坏和水流跃出排水设施。另外， 明洞临时边、 仰坡 内设置排水导管 ( 排水导管采用 p 5 O mm 打孔 P VC管 ， 长 l O O c m， 与水平方 向成 3 O 。 斜 向上沿开挖 坡面打人边 、 仰坡 内， 间距 2 0 0 c mx2 0 0 c m) ， 以排出 边 、 仰坡 内积水 。 4 2 2 暗洞防排水设计 暗洞排水采用“ 以排为主， 防排结合 的原则， 并 采取围岩水( 清澈水) 和路面污水( 主要是清洗路面 以及故障车辆产生的污水) 分开排放 。 ( 1 ) 围岩水 ( 清澈水) 排放措施 图2 隧道暗洞综合防排水方案横断图 隧道明洞段采用双层土工布夹 防水板防水 ( 土 q 3 1 5 mmP VC排水管， 将水沿纵 向引走 ； 洞内衬砌采 工布规格 5 0 0 g m。 ， 防水板厚 2 ram) 。在明洞拱脚 用土工布加防水板防水， 环 向排水采用 5 0 mm 打 处设置纵 向 1 5 0 mm上半 断面打孔 P VC管排水 ， 孔 P VC排 水 管， 环 向排水 管 和拱 脚外 侧 的纵 向 并通过 l O O mm 横 向 P VC管引水 至检修道 下 的5 0 mm P V C管相接， 并通过横 向 O O mmP VC管 5 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐智等 阿尔及利 亚东西高速公路 隧道 防排 水设计 引水至检修道下 的 p 3 1 5 mmP VC排水管 ， 将 围岩水 沿纵向引走 。为 了防止 围岩水 由仰拱底渗 向路面 ( 尤 其 是 不 设 仰 拱 路 段 ) ， 在 仰 拱 拱 顶 设 置 纵 向 c p 2 0 0 mm上半断面打孔 P VC管 ， 排水管置于 RN2 0 混凝土基座上 ， 排水管周壁采用多孔混凝土包覆作 为排水管的保护层以及透水层 。横 向 p 1 0 0 mmP VC 管纵 向设置间距一般 为 1 0 m， 局部 出水量较多处可 加密。围岩水沿隧道纵 向排至洞外 ， 引至 自然边沟 中。二次衬砌施工缝 、 沉 降缝均采用 2 O 1 0 ram 遇 水膨胀止水条防水。暗洞综合 防排水方案如图 2 。 ( 2 ) 路面污水排放措施 路面污水沿路面流至路侧边沟( 楔形边沟 ， 内径 为 cp 3 0 0 mm) ， 边沟沿纵 向每隔 5 0 m 设置 1处具有 沉砂以及灭火功能 的虹吸井装置 ( 虹 吸井 的主要功 能在于当车载可燃性液体发生泄露引起火灾时 ， 液 体沿路面流入楔形边沟 、 最终 汇入虹 吸井会产生油 水分离 ， 阻止火灾沿纵 向蔓延 ； 由于虹吸井结构较为 复杂 ， 限于篇幅， 文 中不再示 出其图片) ， 虹吸井内设 置 4 0 0 mm混凝土管 ( 沿隧道纵向贯通) ， 将路面污 水沿纵 向排 出隧道。此外 ， 在较低路 面侧排水基层 处 ， 设置 1 5 0 mm 上半断面打孔 P VC纵 向排水管 ， 以排除路面下透水基层 中汇集 的污水 ， p l 5 0 mm 纵 向管 每 隔 5 0 m 和 虹 吸 井 相 通， 通 过 虹 吸 井 内 的 cp 4 0 0 mm 混 凝 土 管 将 污水 排 走。楔 形 边 沟 采 用 R N4 0混凝土预制( a- 节长度 l m) ， 安装 时每两节之 间接缝中间部位设置环形 2 01 0 ram 遇水膨胀 止 水条防水 。污水沿虹 吸井 cp 4 0 0 mm 混 凝土管排 出 隧道外 。为了防止产生环境污染 ， 在洞外设置不小 于 2 0 0 m。的密封防渗 回收池 ( 密封主要是为 了防止 二次火灾) ， 对污水进行过滤后排放 。楔形边 沟、 虹 吸井排水管以及防渗 回收池的排量要求均应符合欧 洲标准 E OURO 0 1 0 1 4 2 C号“ 国有道路系统公路隧道 安全性通报( 2 0 0 0 年 8月 2 5日第 2 0 O 0 6 3号) ” 相 应 规 定 。 ( 3 ) 排水能力计算 排水能力计算内容 排水能力计算主要考虑 3方面 内容 ： a 设置在隧道检修道下的纵向排水管 ( 设计取 cp 3 1 5 mm) 的排量 ， 应 具有排放 Tl 、 T2隧道 围岩水 的能力 ， 计算以水文地质条件为依据 ； b 隧道楔形边沟 的排水能力 ( 按照规定排量要 求 不小 于 5 m。 rai n ) ； c 虹吸井 混凝 土 排水 管 的排水 能力 ( 设 计取 p 4 0 0 mm) 应满足 1 0 0 L S的流量要求。 排水能力计算 排水管泄水能力 ( Q ,- ) 按下式计算 ： Qc= =v A 式中： Q 泄水能力( m。 s ) ； A一过水 断面面积( m ) ； 7 3 一平均流速( m s ) ， 计算按照下式计算 ： 吾 挖 式 中： 一 沟或管壁的粗糙系数 ； R一水力 半 径 ( RA p ， p为 过 水 断 面 湿 周 ( m) ) ； 一 水力坡度 ， 即隧道纵坡。T1隧道采用单 向 坡 ， 左 、 右线纵坡分别为4 - 0 7 8 、 4-0 7 7 1 ； T2隧 道采用人 字坡 ， 左 、 右线 纵坡 分别 为 +2 1 3 6 一 4 0 3 8 、 4- 2 1 5 1 一 5 2 3 9 。 根据 以上计算方法 ， 排水管沟排水能力计算结 果见表 1 、 表 2 。 表 1 T1 隧道泄水能力计算表 管或沟壁粗 湿周 过水面积 水力半径 水力坡度 平均流速 泄水能力 泄水能力 Q c 类别 糙系数 D 0 ( m) A( m0 ) R( m) i ( ) v ( m s ) Q c ( m3 s ) ( 换算成规定单位 中30 0mm O O 1 3 0 6 8 1 O 0 6 4 0 0 9 4 1 3 9 6 0 0 8 9 5 4 ( m。 rai n ) 楔形边沟 11 1 15 4 3 1 5mm o o1 o O 731 o 07 0 00 96 0 7 71 1 8 38 o 1 29 纵向P V C排水管 ( I 1 1 3 d ) 2 O 1 5 ( P 4 0 0 mm 0 O 1 3 0 9 6 8 O 1 2 O O 1 2 4 1 6 7 9 0 2 0 2 纵向混凝土管 ( L S ) 53 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路隧道 2 0 1 0年第 1期( 6 - 第 6 9 期) 表 2 T 2隧道泄水能力计算表 管或沟壁粗 湿周 过水面积 水力半径 水力坡度 平均流速 泄水能力 泄水能力 Q c 类别 糙系数 n D ( m) A( m2 ) R( m) i ( ) v ( m s ) Qc ( m3 s ) ( 换算成规定单位) 中3 0 0 ram 8 9 0 0 1 3 0 6 8 1 0 0 6 4 0 0 9 4 2 3 2 4 0 1 4 9 楔形边沟 ( m 2 mi n ) 3 1 5 mm 0 0 1 0 0 7 3 1 0 0 7 0 0 0 9 6 2 1 3 6 3 0 5 9 O 2 1 4 1 8 5 0 1 2 ( m2 ml n ) 纵向P V C排水管 3 35 4 0 0ram 0 0 1 3 O 9 6 8 0 1 2 0 O 1 2 4 2 7 9 5 0 3 3 5 纵 向混凝土管 ( L S ) 注： 泄水能力计算时仅计算最不利情况， 即T1 、 T2 隧道纵坡( 水力坡度) 均取较小值进行验算。 计算结果表 明， 在最不利情况下 ， T1 、 T 2隧道 楔形边沟泄水能力均不小 于 5 m。 mi n的排量要求 ， 隧道虹吸井 rp 4 0 0 mm混凝土管 的泄水能力均不小 于 1 0 0 L S的流量要求 ， 隧道 3 1 5 mm 纵向 P VC排 水管泄水能力均大于隧道可能出现 的最大涌水量 ， 即 1 5 0 8 8 、 9 2 4 4 5 m。 d 。 4 3 防水材料性能 4 3 1 土工 布 土工布是一种非编织的( 连续 的聚丙烯纤维) 聚 丙烯材料厚度均匀的纺织品， 其性能要求详见表 3 。 表 3 土工布性 能指标表 特性 技术要求值 标准 单位重量 最小每平方米 5 0 0 g DI N 5 3 8 5 4 在 0 0 2巴时的厚度 最小 3 9 mm D I N 5 3 8 5 5 3 在 2巴时的厚度 最小 1 9 mm D I N 5 3 8 5 5 3 耐拉强度 最小 5 c ml 0 0 0 N D I N 5 3 8 5 7 2 破裂延伸度 最小 4 O DI N 5 3 8 5 7 2 3 O 强度时的延伸度 最小 2 O D I N 5 3 8 5 7 2 0 0 2巴时的渗透性 最小 5 1 0 c m s 2 0 0巴时的渗透性 最小 5 1 0 c m s 相 对 于 P H 2 1 3 最 大失 去 1 O 的强度 S N 6 4 0 5 5 0 酸碱溶液的强度 DI N 5 3 8 5 7 2 4 3 2 防水板 防水板采用聚乙烯一亚氯酸盐制成， 材料性能 要求见表 4 。 4 3 3 止水条 止水条 在 2 8 d之后 的体积 膨胀 率 不 应小 于 1 7 0 ， 且具备 5巴静水压力的耐压性， 以及最小拉 力为 0 ? Mp a的抗拉性。 5 4 表 4 防水板性能指标表 特性 技术要求值 标准 厚度 最小 2 m m D I N5 3 3 7 0 弹性强度 最小 8 N mm 2 D I N5 3 4 5 5 破裂伸展 最小 2 5 0 D I N5 3 4 5 5 2 O 时 的受压强度 最小 2 5 N ram2 D 5 3 4 5 4 扯破传播时 的强度 最小 1 0 0 N m m D 5 3 3 6 3 在水压下的强度 在 1 O巴下密封， 持续 1 0 h D 1 6 7 2 6 焊接强度 最小 7 2 N mm D 1 6 7 2 6 加速后量纲稳定性 最 大 2 D I N1 6 7 2 6 对 酸碱 溶 液 的稳 定 扩展2 O D 1 6 7 2 6 性 不带皱褶也 不带裂缝 4 4 防水材 料安 装 材料固定、 连接处加强、 密封以及准备工作都应 该根据材料生产厂商的建议来实施。 4 4 1 安装防水材料准备工作 ( 1 ) 所有需要安装防水材料的表面都应该足够 的清洁、 平整 ， 并擦拭去除任何有害的物质 。 ( 2 ) 下列表面处理应该在安装土工布 、 防水板之 前进行 ： 喷射混凝土不规则的表面必须通过附加的喷 混凝土消除 ， 直径 与不规则 的深度 之 比不应 小 于 5： 1 ， 岩石锚栓( 指带有垫板 、 螺栓的锚杆端部) 应该 有最小 0 3 m 的半径 ； 隧道 不 同衬 砌 断 面过 渡 处应 具 有不 小 于 5 0 c m 的半径 ； 所有突起部分， 如钢架 、 钢筋网以及注浆钢管 等 ， 都应该被切除 ； 暴露在外的金属部分， 如岩石锚栓， 如果不会被 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李集光方斗山隧道施 工通风技 术探讨 防水材料接触或接近， 都应该用喷射混凝土加以覆盖 ； ( 3 ) 喷射混凝土的所有表 面都应该实施一层至 少 2 c m厚的细颗 粒 ( 圆滑 的结 集物 ， 颗粒直 径 0 1 0 mm) 喷射混凝土 ， 以使其光滑 。 4 4 2 土 工布 固定 土工布通过生产厂商提供的专门挂钩固定于喷 射混凝土的表面。根据实施 的位置 ， 每平方米使用 2到 4个 固定元件 。土工布安装时应足够放松 ， 以 避免在安装过程 中出现超载 。土工布的相邻部分应 该重叠 1 0 c m 以上 。在隧道 的拱脚 处 ， 土工 布应包 裹纵向 9 1 5 0 mmP VC排水管 。 4 4 3 防水板固定 防水板在安置时应该覆盖土工布并通过热焊接 的方法固定于设定装置上 ， 在施工时不应发生任何 防水板被穿破 的事故。防水 板要 留有 足够 的柔 软 性 ， 以避免在安装过程中出现超载 。在隧道的拱 脚 处 ， 防水板应包裹纵向 5 0 mmP VC排水管。 4 5防水板密封检验 4 5 1 采用压缩空气进行密封检验 对于防水板 的连接检验 ， 必须通过在试验管道 内泵出的压缩空气来进行 。起始压强在 5 mi n的试 验期 间 应 该 为 2 b a r ， 或 在 1 0 mi n的试 验 期 间 为 1 5 b a r 。如果失去的空气压强在上述 2种情况下都 不超过 2 0 9 6 ， 那 么接头便被认为是密封 的。 4 5 2 用真空设备进行的密封检验 在诸如接头部位或需要局部修复的有限区域进行试 验时， 可以使用真空设 备。由一个钟状 的真空装置 构成 ， 被固定于测试 区域 ， 通过一个气泵系统将空气 排走 。这样可 以探测防水板接缝是否漏气 。 5 结 语 阿尔及利亚东西高速公路已于 2 0 0 7年 7月全 线开工 ， 按照计划隧道 于今年年底贯通。 目前隧道 各项工作进展顺利 。根据招标文件要 求 ， 阿尔及利 亚东西高速公路设计 主要采用欧洲标准 ， 和 国内一 般隧道防排水设计相比， 防排水设计原则 、 设计内容 基本相同。欧洲标准 E 0UR 0 0 l 0 1 4 2 C号“ 国有道路 系统公 路 隧道安 全性 通报 ( 2 0 0 0年 8月 2 5日第 2 0 0 0 6 3号 ) ” 中对 隧道 内排水 的流量 要求 ( 如边 沟、 虹吸井排水管等) 做 了更细致的规定 ， 尤其是通 过虹吸井装置 ， 阻止可燃性液体产生火灾在隧道 内 蔓延的做法值得借鉴 ， 望 能对 以后 的隧道防排水设 计提供有益 的参考 。 参考文献 1 法国运输、 住宅 、 旅游和海洋装备部公路和高速公路技 术处 道路排水技术指南 M 2 0 0 6 ， 3 E e l 地下工程的防水性能 M 法国装备、 运输和住宅部普 通技术条款细则 N 。 6 7分册一第三卷 ， 1 9 9 2 ， 1 E 3 7 法国高速公路和道路研究所 公路排水系统设施 M 2 00 6， 1 0 4 中华人民共和国交通部 公路排水设计手册E M 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 1 1 0 5 重庆交通科研设计院 公路隧道设计规范 J T G D7 0 2 0 0 4 S 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 4 熊 家 院 隧道 双 洞贯 通 十天高速公路东起湖北十堰市， 西至甘肃天水市 ， 连接湖北 、 陕西 、 甘肃三省 ， 总里程约 7 5 0 k m。其陕西 境内段至陕鄂交界的白河县 ， 横穿该省 l 1 个县区， 总里程约 4 8 0 k m。十天线安康至汉 中段全长 1 8 9 6 5 k m， 与包茂高速共线段长 1 2 2 5 k m， 项 目估算总投资 1 0 7 2 9亿元 。十天高速公路 3 5 标共有隧道 2座 ， 左右线共 计 5 0 6 延米。其中熊家院隧道全长 1 5 6 m， 设计为连拱隧道。虽然该隧道较短， 但是连拱隧道施工技术要求 高、 难度大， 且其施工期恰逢雨季， 严重影响了原材料的进场， 进一步增加了施工难度。中铁二十一局集团三 公司施工队 2 0 0 9年 5月 3日进场 ， 5月 1 3日正式进洞 ， 6月 6日中导洞贯通 ， 8月 1 5日左洞贯通， 9月 2 8日 双洞 贯通 。 ( 隧道 分会供 稿 ) 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m