公路隧道复合式防排水设计.pdf

侯远:公路隧道复合式防排水设计工程设计GONGCHENGSHEJ I 工程与建设 年第 卷第期 收稿日期:;修改日期:作者简介:侯远(),男,河南淅川人,硕士,工程师公路隧道复合式防排水设计侯远(南阳通途公路勘察设计有限公司,河南 南阳 )摘要:随着隧道工程不断发展,隧道的渗漏水病害越来越频繁地出现在已运营的隧道中.本文综合阐述了现有常规隧道的防排水系统工作原理和存在的问题,并提出了一种在防水板与二次衬砌之间增设排水板的复合式防排水设计方案,为改善隧道整体防排水能力提出合理的优化意见.关键词:公路隧道;复合式防排水系统;设计方案中图分类号:U 文献标志码:A文章编号:()引言在我国交通行业中,公路交通占据着举足轻重的位置,而公路隧道作为提高道路交通效率和道路服务水平的重要基础设施,越来越受到关注与重视.截止到 年底,全国高速公路隧道总数达到 个,合计 万米,其中特长隧道 处,合计 万米.因此,无论是在数量还是在规模上,国内的高速公路隧道都已经跻身于国际先进行列,然而,随着隧道运营时间的推移,许多隧道都会产生渗漏水、衬砌开裂、冻害、材料老化等问题.在各种类型的隧道病害当中,渗漏水是当今公路隧道中普遍存在的一种疑难问题,在隧洞工程中更是有“十隧九漏”的说法.根据不完全统计数据,国内运营年限超过 年的隧道中,有 都出现了渗漏水问题.由此可见,在营运的公路隧道中普遍存在渗漏水病害.渗漏水的存在,对隧道衬砌的耐用性造成了很大的破坏,特别是有腐蚀作用的地下水破坏力更强;在寒冷地区,隧道渗漏水会造成冻胀性破裂,引起掉块、挂冰、路面结冰等事故的发生,严重危及了隧道的运营安全.基于此,本文将深入研究公路隧道的防排水系统,探讨其存在的主要问题,并针对目前常规的防排水系统存在的缺陷,设计了一种改进的复合式防排水系统.隧道常规防排水系统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水情况,隧道防排水应遵循“防、排、截、堵”结合原则,因地制宜,综合治理,以保证隧道结构物和运营设备的正常使用和行车安全.“防”是指采取防水混凝土或附加防水层等措施,使隧道工程具有一定防止地下水渗入的能力,防止地下水透过防水层、衬砌结构渗入洞内;在对隧道工程进行设计时应优先考虑采用防水混凝土以提高隧道结构的自身防水能力.“排”是指将已经渗入隧道区域的地下水采取自流排水或机械排水的方式排出隧道区域,以减小渗水压力,防止积水和冻害发生,创造良好的防水环境和隧道运营环境.“截”是指采用截水沟、截水导坑等措施,截断流向隧道区域的水流,即把所有能流向隧道的地表水、地下水的通道截断,以减轻隧道防排水压力.“堵”是指采用注浆或嵌填等方法对隧道围岩裂缝、隧道结构本身存在的渗漏水路径进行封堵.“防、排、截、堵”应有机结合,达到排水通畅、防水可靠、经济合理、不留后患的防水目的.防水设计防水技术主要是通过地质雷达等探测手段,对隧道开挖面前方的围岩进行预测;采用超前注浆法,来提高围岩的稳定性,降低渗透率;初期支护进行初步防水;初支与二次衬砌间采用防水板,以防止水渗透到二次衬砌;二次衬砌最终防水.具体措施为:结合超前地质预报、T S P、红外探水法、超前钻探等技术对工作面前方的地质和涌水进行预测.通过预注浆,可以改善工作面前方的围岩状况,降低开挖后工作面附近的涌水和渗水.采用注浆法对断层和节理裂隙进行封堵.注浆材料有一般水泥单液浆,以及渗透性能好、遇水膨胀的化学浆等.在局部围岩破裂段,可采取超前注浆法,对围岩内的导水裂缝和涌水空间进行封堵.超前注浆步骤之后,针对地下水的渗透状况,采取环向注浆管道进一步注浆加固,使基岩裂缝得到进一步的封堵,从而降低涌水量.初期支护防渗措施通常是喷射防渗混凝土,喷射混凝土的密实强度必须要达到设计要求,混凝土表面平整、抗渗等级视具体工程情况确定.在防水层设计初期,一般采用无纺土工织物与E VA防水卷材构成的复合防水层.在防水板的搭接部位,采用双缝焊技术,采用同一材料的垫片进行焊接和固定,以保证搭接部位的质量.隧道防渗体系的关键是采用了复合防水层,初期支护能有效降低渗漏,排水盲管能排出大部分的地下水,却不能完全阻止渗漏,而设置复合式防水层是二次衬砌施作之前的最后一道防水工艺.加固结构自防水作用的二次衬砌混凝土是不透水的,按施工要求,二次衬砌一般不低于 mm.在浇筑的过程中,不能有任何的停顿,必须对混凝土的入模坍落度和温度进行控制,以免出现任何的不利影响.防水标准根据 地下工程防水技术规范(G B )的规工程设计GONGCHENGSHEJ I侯远:公路隧道复合式防排水设计 工程与建设 年第 卷第期定,隧道结构的防水标准为二级防水,并不得有渗漏水,结构表面只允许有少量的湿渍.具体为:地下工程防水等级为二级标准,即表面允许有少量偶见湿渍,且总湿渍面积/,任意 m内 m的湿渍少于处,而且这种湿渍在机械通风条件下能自动消失.隧道衬砌结构应选用抗渗等级不低于P 的防水混凝土.变形缝张开c m时,接缝处的防水材料仍可保证防水效果.防排水应确保拱部、边墙及路面不渗水.排水设计()环形排水盲管一般布置在初期支护与土工布之间,起到收集初期支护表层渗漏的作用,并将渗水统一排放至纵向排水盲管.环形排水盲管的材料是较为松软的透水管,直径一般为 mm,其环向间隔一般为 m,或在每一施工缝附近布置一条,当渗漏严重时,可将管道铺设 m,施工现场水量少或不渗水时,可适当增加间距或不设环向排水盲管.()纵向排水盲管是一种P V C波纹管,该管道在拱脚处沿着隧道的纵向布置,且有一定的坡度,为了保证排水的畅通,坡度一般与隧道的坡度相同,且一般不低于.盲管直径通常为 mm,为了便于收集地下水,在其上部有一个开孔,如图所示.图纵向排水盲管在纵向排水盲管的上部,设置了大量的渗水孔,从环形排水盲管和排水垫层中排出的地下水进入透水口,在纵向排水盲管中汇集,再由横向排水管排出.盲管和环向排水盲管采用接头相连接.()横向排水盲管布置在路面下部,其布置方向与隧道轴线垂直,盲管作用主要是收集纵向排水盲管的水并共同流向中央排水沟.它的材质一般是硬质塑料管或P V C波纹管,直径通常为 mm,每隔 m设置一条,坡度一般为 .()以上排水设备所收集衬砌背后的渗水汇集至中央排水沟,最后排出隧洞外,所以中央排水沟是整个排水系统的最终环节.中央排水沟一般采用P V C波纹管或预制钢筋混凝土管段拼接而成,其直径一般在 c m,布设坡度与路面大致相同,与混凝土基座相连,并用 g/m的土工布包裹,用级配碎石覆盖.常规防排水系统存在的问题 盲管施工问题()盲管施工工艺不规范.纵向排水盲管在安装时,应在周围设置素混凝土基座,并铺上c m的碎石反滤层.但在施工现场往往没有设置混凝土底座就盲目地安装纵向盲管,造成盲管的高低不平,难以达到纵向盲管的坡度要求.同时,在纵向排水盲管的上半断面,采用了开孔的设计,使地下水从渗流孔流入纵向盲管,但由于经常忽视渗流孔的安装方向,造成了地面纵向盲管不能有效地对地下水进行收集.()由于盲管的物理阻塞,特别是混凝土内部存在裂缝时,使地下水渗流成为可能,在缝隙宽度很小的情况下,水流中的泥沙不能从缝隙中穿过,只有少量的泥沙能够进入到衬砌内部的排水盲管,并且随着水流一起被排出,不会造成排水盲管的堵塞.但是,随着运营年限的增加,随着水流不断地冲刷,初期支护处出现的裂缝逐渐增大,地下水伴随着泥沙一起进入了隧道排水系统.由于季节性水流的影响,泥沙会淤积在管道的凹陷处,最终导致了排水盲管的堵塞.()化学结晶造成的盲管堵塞.一些岩性为石灰岩等可溶性围岩的隧道中,地下水中含有大量的钙、镁离子,在水流流入隧道的反复冲刷下,会产生碳酸钙、碳酸镁的沉淀,长期的排水作用,沉积物会在一定程度上堵塞排水盲管,如图所示.图排水盲管结晶堵塞 防水层施工问题采用防水板和土工布构成的复合式防水层是隧道防排水的最终防线,防水板可以阻止地下水渗入衬砌,土工布可起到缓冲作用,既能保护防水板也能排水,但在实际施工中经常出现一些问题:()初期支护面不平整,且没有处理基面,而是直接用防水板覆盖,同时在拆除中隔壁和临时支撑处的工字钢接头处也没有做任何处理,导致防水板铺设时容易被钢筋头、锚杆头等异物刺穿,如图所示.图防水板刺穿侯远:公路隧道复合式防排水设计工程设计GONGCHENGSHEJ I 工程与建设 年第 卷第期 ()由于施工管理不善,在铺设防水板时关键部位没有进行搭接处理,在使用机械焊接时,导致防水板焊接部位往往会产生焊接盲区或焊接不牢固.()防水板的安装和固定使用的带射钉的热塑性圆形垫圈,但该材料不能与E VA防水板进行焊接;另外,在焊接时没有对防水板进行适当保护,导致二次衬砌钢筋在焊接时产生的火花溅射到防水板上,烧毁防水板.最终造成防水层很难达到良好密封性,从而造成了衬砌渗漏水.()衬砌在拱部和边墙不同部位的围岩压力分布不均,支护压力传到土工布上的压力也不同,将直接导致土工布排水性能不同程度的下降,局部排水不通畅,从而无法有效地将地下水引入排水盲管.复合式防排水系统的设计 防排水系统的整体设计现有的公路隧道防排水系统没有在防水板和二次衬砌间设置排水结构,如果排水系统某个环节出现问题,隧道范围内地下水位升高,则会导致二次衬砌承受过大的压力,从而引起衬砌变形甚至开裂,对隧道的正常运行构成了极大的威胁,而且对以后的渗水治理工作也会产生较大的影响.针对这一设计缺陷,在隧道防水板和二次衬砌之间可增设排水板,如图所示.图复合式排水系统排水板沿隧道轴线纵向布置,板间间距根据地下水位情况确定,纵向间距一般为m,为了避免二次衬砌施工过程中水泥砂浆进入排水板,影响排水效果,可在排水板的边缘用土工布包裹,排水板底部嵌入隧道拱脚设置的凹槽中,凹槽可作为纵向排水盲管使用,排水板嵌入深度不低于 mm,对排水板与凹槽接缝处采用结构胶粘牢,最后通过三通管道接头将原有的纵向排水盲管与凹槽连接成整体,积水通过管道流至中央排水沟,形成一套完整的复合式排水系统.当地下水渗入防水板时,可以通过衬砌后面的排水板将渗水先引流到凹槽处的纵向排水盲管处,由于新设置的纵向排水盲管与原来的纵向排水盲管通过三通管道相连,积水最终则会由盲管汇入中央排水管.该排水系统与传统的防排水系统相比,在隧道初支后发生渗漏时,可以直接进行第一次排水措施,及时封堵二衬背后的渗水点,渗水直接从排水盲道排向中央排水沟,可大大减降低当前隧道防渗漏的施工难度和工程成本.排水板的材料排水板的选择是该系统排水取得良好成效的关键,根据规范中的划分,确定了该复合式防排水系统中使用的排水板如下:()毛细型排水板:毛细型排水带是由中国台湾公司研制的一种新型排水材料,也叫作A D B防水带,大陆引进后广泛应用于整治土坝渗漏问题中,目前该种毛细型排水带还被应用于地下设施排水、边坡工程排水、城市地下工程排水、干旱地区灌溉以及园艺景观给水排水等领域.毛细型排水板材质一般为P V C,分为单面和双面两种,它充分地利用自然界的固有机制,并且利用“材料表面张力、毛细现象、虹吸力、重力现象”等物理现象来促进排水.此外,毛细型排水板具有很好的抗淤堵性能和抗压性能,它与以往传统的过滤方式不同,运用“重力”实现水与土壤的分离,有效解决了淤堵、地表沉降、崩塌以及耐久性差等一系列问题.()凸壳型排水板:凸壳式排水板通常是由高密度聚乙烯(HD P E)制成,因此又被叫作HD P E排水板,它的分子结构是无极性的,具有硬度高、抗压、抗撕裂、延展性好等特点,凸壳式排水板的设计是通过独特的工艺在塑料片的表面形成一个凸出的圆柱形或壳形结构.它的主要特征是对环境的适应能力强,一般的酸、碱、盐都不会对HD P E造成腐蚀.排水板具有较高的刚性和较高的抗压强度,不易受外力影响而变形,并能维持完整的形态,保证了通水量和其他技术指标的稳定性.凸壳型排水板集防水和排水的功能于一体,但主要还是在排水上起主要作用,防水为辅助作用.结束语在隧道工程中,公路隧道防排水设计与技术一直是隧道施工中的一道难题,此项工作综合性较强,需要关注和考虑的因素很多.本文提出的在隧道防水板与二次衬砌之间增设排水板构成的复合式防排水系统,能为公路隧道防排水提供一定的设计思路,但想要进一步使隧道的整体防排水能力得到改善,应在实际的施工过程中针对现有的防排水设计做出优化研究,以最大限度地降低隧道渗漏水对工程产生的不良影响.参考文献蒲春平,孙耀南隧道与地下工程渗漏水现状及其防治措施综述J世界隧道,():,李治国复合式衬砌隧道防排水设计几个问题探讨J隧道建设(中英文),():何晓云浅谈公路隧道排水设计与隧道路基病害防治J建筑技术开发,():吕康成,王大为,解赴东,等隧道复合式衬砌防水层损伤预防探讨J公路,():应文生高速公路隧道防排水施工技术研究J四川建材,():黄建华,秦美香公路工程隧道透渗水病害防治技术分析J交通世界,():陈建光,高向东公路富水岩溶长大隧道排水系统优化设计探讨J西部交通科技,():,秦珂,秦道仁谈公路隧道的防排水设计J民营科技,():