高等级公路隧道防排水设计及施工技术探讨

郭卫琦

(山西省交通建设质量安全监督局，山西太原 030006)

0 引言

我国地域辽阔，自然条件差异较大，隧道穿越的山体工程地质结构、气候条件、水文地质和设计、施工、运营等条件复杂多变，许多隧道运营不久即出现渗漏水，有的出现隧道冻害，这些问题在不同程度上影响了隧道的正常使用。因此必须重视隧道防排水问题，认真研究，合理设计，精心施工，努力提高隧道防排水施工工艺水平，从根源上治理隧道渗漏水。下面就隧道防排水设计及施工与大家进行探讨。

1 隧道防排水设计

1.1 隧道防排水设计目标、施工防排水的要求

满足正常的隧道运营要求，降低维修维护成本，保证工程的坚固性和耐久性，保护好隧道的周边环境及地下水资源。

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。

1.2 隧道防排水设计适用原则

隧道防排水设计适用“防、排、堵、截结合，因地制宜，综合治理”的总原则，采取切实可靠的措施，达到防水可靠、排水畅通、经济合理的目的。对地表水、地下水进行妥善处理，洞内外形成一个完整通畅的排水系统。

对于隧道穿过岩溶、断裂破碎带，预计地下水较大，当采用以排为主可能影响生态环境时，根据实际情况采用“以堵为主，限量排放”的原则，达到“堵水有效、防水可靠、排水畅通、经济合理”的目的。

在岩溶发育地段，则采用“以疏为主、以堵为辅”的原则，强调尽量维系岩溶暗河的既有通路，严禁随意封堵溶洞、暗河。

一般岩层结构，对不透水或微弱透水地层采用“防、排、截”相结合的处理原则。

隧道防水应重视初期支护防水，以衬砌结构自防水为主体，以防水层防水、施工缝、变形缝防水为重点，以满足结构设计和使用要求。当地下水对混凝土结构具有侵蚀性时，应采取相应的措施，保证混凝土结构的安全和耐久性。

1.3 防排水措施设计

1)针对富水的断层破碎带和岩溶发育区等情况，采用开挖前预注浆或开挖后围岩注浆等措施对地下水进行截堵，是防排水设计可采取的重要措施。在隧道开挖线外围一定范围内截断或阻塞地下水与隧道之间的水流通路，达到人为的限制地下水排放量及排放方向的目的，同时加固围岩，改善隧道受力条件，从而保证隧道运营安全。注浆可选择单液浆或双液浆注浆的方式。

2)围岩渗入水进入隧道首先遭遇到初期支护喷射混凝土，初喷混凝土的防水作用不容忽视，设计采用湿喷纤维混凝土，除考虑结构受力因素外，高压喷射的混凝土对因围岩变形引起的张开裂缝或原状裂隙均能起到及时封闭的作用，并能保证自身的密实性及与围岩密贴，从而避免初支背后空洞储水给结构带来的不利影响;微纤维的使用可以抑制喷射混凝土的开裂，使得初期支护发挥一定防水作用。

3)二次衬砌既是隧道结构的重要组成部分，又是隧道防水的屏障。需采用防水混凝土，抗渗等级不小于S8，衬砌厚度不小于40 cm。

4)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;还能减少二衬的约束，避免二衬受力不均导致开裂。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。

隧道防水板选用耐久性能较好的合成树脂防水卷材，幅宽5 m～8 m为宜，防水板厚度不小于1.5 mm，卷材拉伸强度、断裂伸长率、热尺寸变化率、低温弯折性、抗渗透性、剪切状态下粘合性等各项指标均要满足规范要求。防水板铺装设计采用无钉铺设，设计采用宽幅防水板，可以减少接缝和人工焊接数量、简化施工工序、加快铺装进度。防水层搭接宽度不小于100 mm，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0.2 MPa压力作用下5 min之内不得小于0.16 MPa。

5)施工缝及变形缝防排水设计。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。隧道内主要存在施工缝及变形缝，施工缝分为环向及纵向两种。

在变形缝设置橡胶钢板止水带，在施工缝处设置膨胀橡胶条止水带，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。纵向施工缝主要采用刷涂混凝土界面剂的处理措施。

6)隧道自身排水措施主要包括:防水层与喷射混凝土层之间设纵向排水盲管、环向导水管。纵向排水盲管设在边墙底部，沿隧道两侧布置，全隧道贯通;环向导水管沿隧道衬砌外缘环向布设，并下伸到边墙脚与纵向排水盲管连通。在遇有地下水较大的地段或集中渗水地段，应加设竖向导水管。围岩渗入水由于防水板的阻隔，通过土工布渗流与环向导水管汇集到纵向排水盲管，通过横向排水管进入中央排水管，然后排出隧道。环向盲沟、竖向盲管、纵向排水盲管应用无纺布包裹，以避免杂物堵塞管路。

另外，对地下水通路位于隧道开挖线以内而被截断时，采用在隧道开挖线以外埋设过水能力不小于原通路水量的管材，恢复水流通道，保证地下水通路的畅通。

2 防排水工程施工要点

1)首先熟悉隧道防排水施工图纸，了解设计意图，从而做出隧道防排水施工组织设计。

2)进行超前地质钻孔。通过超前地质钻孔取芯，可直观了解前方围岩的破碎程度、含水情况、不良地质等情况，判断前方是否属于富水岩层，是否处于岩溶地带，有无涌水，继而采取针对措施。

3)隧道开挖。采用合理方法控制围岩变形，对土质及软岩加强预支护;对硬岩采用光面爆破技术，保证开挖轮廓圆顺，这是结构防水的基础。光面爆破与初期支护尽管都不属于防排水系统施工范畴，但它们与防排水系统施工密切相关，光面爆破效果好，环向弹簧排水管就可以圆顺地沿围岩表面设置，初期支护表面平顺，就可减去挂防水板前局部找平这一环节，且能保证防水板与喷射混凝土表面密贴，同时点与点之间防水板松弛量的预留易得到合理控制。

4)喷射混凝土采用湿喷工艺，喷射路线自下往上，喷射范围每次长1.5 m～2.0 m，高1 m～1.5 m;复喷划分区段长6 m左右，先喷平凹面，后喷凸面。确保喷射混凝土密实、喷射厚度符合设计要求。对钢架背后、接头处应特别处理，避免存在空洞。

5)防水层施工基面要求。a.喷射混凝土基面要求平整，无大的明显的凹凸起伏。平整度要求:D/L≤1/6，拱顶D/L≤1/8。其中，L为喷射混凝土相邻两凸面的间距;D为喷射混凝土相邻两凸面间凹进去的深度。b.基面不得有钢筋、凸出的管件等尖锐突出物，否则要进行割除，并在割除部位用砂浆抹成圆曲面，以免防水板被扎破漏水。隧道断面变化或转弯时的阴角应抹成R≥5 cm的圆弧。c.防水层施工时基面不得有明水，如有明水应采取封堵或引排措施。

6)防水卷材施工。a.在铺设防水布时，应使防水布保持一定的松弛度，松弛度以手掌将防水布贴在岩面上没有紧绷感为准;也不宜过松，避免二衬浇筑后造成防水板的破坏或形成空洞。在环向铺设时，应注意防水板的纵向与隧道的纵向垂直。b.防水板的焊缝搭接宽度不小于10 cm。c.焊缝尽可能一次完成，尽量减少间断和停机次数，避免不必要的修补，如有间断或停机应及时进行修补。d.在铺设防水板时，应预留下一段1 m～2 m的搭接余量。e.在完成铺设后和进行二次衬砌前，应对防水板进行全面认真的严格检查，对发现的破损处要进行标记，并用热风焊枪及时进行修补，修补时，补丁要剪成圆角，不宜剪得过小，离破坏孔边沿不得小于7 cm。f.进行二衬钢筋及混凝土施工时，应采取措施避免损害防水板，此时一旦损坏，将无法再进行修补，必将留下长期隐患。

7)纵向排水管应按照一定的排水坡度安装，要求顺直、标高准确。要做好排水管基础，并用坡度规检查。应用防水卷材半裹纵向排水管，使从上部下流之水在纵向盲管位置流入管内，不致产生地下水在排水管位置漫流。要重点检查各管道接头是否牢靠、密实，保证不发生渗漏。

8)防排水系统建设完毕后，应立即进行压水并检验，及时发现问题，并进行疏通处理。运营期间应定期进行检查和疏通，避免因排水不畅造成隧道损坏。

隧道施工防排水工程是隧道施工中的关键环节，而且多属于隐蔽工程，不易维修，因此，必须加大对隧道防排水工程设计、施工的控制力度，确保工程稳定、可靠，可以长期正常运行。