公路隧道防排水设计的思考

张清枝

(山西省交通规划勘察设计院晋达监理公司，山西太原 030006)

随着我国高速公路的快速发展，高速公路隧道的数量迅猛增加，以山西省为例，至2013年年底通车运营的高速公路隧道已达367座，累计长497 km，其中3 km以上的特长隧道56座，10 km以上的隧道3座。虽然一直以来工程技术和管理人员对隧道的防水排水问题都非常重视，但由于引发隧道水害因素的复杂性，到目前隧道渗漏水问题依然没有完全解决［1］。然而，水对隧道的危害是多方面的，渗漏水的长期作用会危害隧道结构的耐久性，降低隧道内各种机电设施的使用功能和寿命。寒冷地区，尤其是严寒地区，隧道漏水将使隧道洞口附近路面产生结冰，拱部产生挂冰，严重恶化了隧道的运营条件。因此有必要对隧道防水排水措施进行不断研究总结，最大限度地保障隧道结构和设备的耐久性以及隧道行车的安全性。

1 现行公路隧道设计规范确定的隧道防排水设计原则

由于引发隧道水害因素的复杂性，所以解决隧道渗漏水问题靠单一的办法不可能得到很好解决。现行JTG D70-2004公路隧道设计规范(以下简称《规范》)对隧道防排水设计提出“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则［2］，要求隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。“防”即要求隧道衬砌、防水层具有防水能力，防止地下水透过防水层、衬砌结构渗入洞内。“排”即要求隧道内应有畅通的排水设施，将衬砌背后、路面结构层下的积水排入洞内水沟。“截”即要求对易于渗漏到隧道的地表水，采用设置截水沟或排水沟、清除积水、填筑积水坑洼地、封闭渗漏点等措施，最大限度的减少地表水的下渗对隧道的影响;对地下水，应采用导坑、泄水洞、井点降水等措施，将地下水尽量引离隧道结构之外。“堵”即要求针对隧道围岩有渗漏水地段，采用注浆、喷涂、堵水墙等方法将地下水堵在围岩体内。

2 对设计原则的分析及修改建议

应该说《规范》当时确定的隧道防排水设计原则是合理的，但随着经济技术的不断发展和环境保护要求的不断提高，对公路隧道防排水设计也提出了新的要求。《规范》“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，应修改为:“堵、截、排、防结合，因地制宜，综合治理”。尽管二者考虑的因素完全一样，并且都强调的是因地制宜，综合治理，只是各种措施的排序发生了变化，然而，排序的变化对具体工程设计的指导和重点安排还是有很大差异的。为什么要调整排序，并且将“堵”由最后提到最前，主要基于以下理由:

1)“防”是被动的，隧道防水主要有两道防线:a.在初期支护与二次衬砌之间设置的由防水板和无纺布组成的防水层，以防止地下水到达二次衬砌背面;b.规定二次衬砌混凝土应满足一定的抗渗要求，将隧道二次衬砌作为隧道防水的最后一道屏障。从目前投入运营的隧道存在渗漏水的程度来看，被动防水很难达到预期目标，且有时投资较大，这也正是现行公路隧道设计规范提出综合治理的理由。

2)“排”是主动的，但“排”有很多弊端［3］，已经不能作为首要措施。其弊端主要有:a.隧道大量排水后将引起相关区域地下水流失，地下水位下降，地表植被干枯，农田灌溉和生活用水的减少甚至干涸，泉水、沼泽和湖泊消失，大量排水将会改变其影响区域动植物生态等自然环境，而由此引起的补救恢复措施费用巨大或根本无法补救;b.大量排水后将引起围岩颗粒流失，形成地下空洞，降低围岩的稳定性，地表塌陷，地面建筑物倾斜或破坏，而且施工期间大量排水施工难度大，费用也相当高;c.当地下水具有侵蚀性，如含盐、含碱、含硫酸根离子等时，大量排水会严重污染附近环境。

3)“截”也是主动的，围岩地下水的来源主要由地表水补给，所以防止或减少地表水的下渗、下漏是减少围岩渗漏水或涌水的措施之一，但如果隧道埋深较深，则影响的地表面积较大，地下水的补给渠道较为复杂，处理难度和效果难以达到理想状态，而且如果“截”的彻底，对相关区域的自然环境也会产生不利影响，同时由于水文地质的复杂性和公路用地界限的限制，地表截流工程存在很大的不确定性，而且投资往往较大，施作范围和措施在工程实践中受到很大限制。

4)“堵”是主动的，但“堵”和“排”是相互对立的:a.“堵”首先可避免“排”的所有缺点，即“堵”是将不透水的胶凝物质通过钻孔注入扩散到岩层裂隙中，堵住地下水的出水通道，使隧道施工和运营期对地表植被，农田灌溉、生活用水等原有自然环境的影响减到很小;b.对隧道围岩有针对性的注浆后，阻止或减少了地下水流出隧道开挖面，为隧道开挖、衬砌施工创造了良好的条件;c.封堵了地下水后，地下水的静水压力则由围岩体承担，从而消除或减少了地下水对隧道衬砌结构产生的静水压力，降低了衬砌造价;d.近年来隧道围岩注浆技术发展较快，注浆材料已从水泥浆液发展到化学浆液，注浆工艺从单液注浆系统发展到双液注浆系统，注浆的应用范围从地表竖井注浆和地面帷幕注浆发展到隧道工作面注浆及衬砌外围围岩注浆，注浆的地质条件已从含水裂隙岩层发展到含水砂岩层等较复杂的地层，注浆封堵工艺日趋成熟，为“堵”的广泛采用提供了技术条件。

3 隧道防排水设计要点及注意事项

3.1 隧址选择

隧道选址应充分勘察拟通过区域的地形地貌、工程地质、水文地质、气象和工程环境情况，由宏观到微观、逐步查清地表水的径流水系，地下水的类型及水位、含水层的分布范围及相关渗透系数、水量及补给关系、水质及其对混凝土的侵蚀性，有无异常涌水、突水，查清地下水露头、涌泉、温泉、沼泽、天然和人工湖泊、植被，以及动植物生态等自然环境状况等，综合比选路线方案，使隧道洞身尽量避开断层发育、岩层破碎、地层富水等水文地质复杂地段。洞口则宜选择在不易受地表水侵害或暴雨时地面径流不大的位置，且洞口轴线应尽量与地面等高线正交。采取这样的主动规避不良水文地质地段的措施后，隧道施工和运营期的防排水难度和投资就相应较低，对环境的影响就相对较小，对下一步解决隧道的防排水问题可起到事半功倍的效果。实际上这一点是隧道防排水设计首要的、最主动的措施。

3.2 “堵”字当头

当隧道必须通过高压、富水、岩溶等不良水文地质条件地段，或洞顶及其附近有井、泉、池塘、水田、湿地等对水敏感的地物时，应首先采取“堵”的措施，堵住地下水流出隧道开挖面的通路，使地下水很少流出隧道围岩。当围岩破碎、裂隙较多时，压注水泥砂浆或单液水泥浆，可防止渗漏并加固围岩。当局部水量较大时，采用水泥—水玻璃双液或化学浆液，加快凝胶时间，防止浆液流散。采用“堵”的措施后，使不同水文地质条件下的隧道排水工程都可不设计成抗水压二次衬砌。根据隧道不同埋深，经技术经济比较确定注浆堵水方式。当隧道埋深小于50 m时，可采用地表注浆，当埋深大于50 m时，可采用洞内环向注浆。当然，如果隧道洞身开挖面水量很小或无水，则无需“堵”水。

3.3 采取“截”的工程措施

当隧道埋深较浅，或用明洞法施工时，则采用“截”的工程措施可能更经济可行。对隧道影响范围内洞顶的坑洼、洞穴等易积水地段填平夯实，将水引排至隧道影响范围以外。当隧道顶部有灌溉或排水渠通过时，应将其改移至隧道影响范围以外;当必须从洞顶通过时，应尽量与隧道轴线正交，并采取可靠的防渗漏措施。当用明洞法施工时，洞顶回填体内宜施作双层隔水层和排水层，将渗入回填体内的水截住并排走。为防止洞顶暴雨时形成的地面径流流向洞口，应根据实际地形做好洞口附近地面截水沟、急流槽的设计。

3.4 “排”仍然是重要一环

由于地下水和隧道围岩的复杂性，采用“堵”和“截”后可能还不能完全达到使隧道开挖面无水的目标。另外，由于地下水水量及流向等在不同季节也有所变化，施工期间无水或少水的地段，并不能保证在运营期间也无水或少水，那么按现行规范做好排水设施仍然是必要的。

3.5 把好最后一关“防”

应该说，经过以上三重措施后，地下水到达隧道二次衬砌背面的量已经大大减少了，但由于工程地质和水文地质的复杂性，以及现场的施工条件和施工效果与理想的设计方案还有一定差距，甚至施工中的任何一个差错或不精细，都可能使堵、截、排措施不能完全达到预期效果，所以隧道的防水设计依然是重要一环。

4 结语

随着环境保护要求和施工安全要求的不断提高，应对《规范》的防排水重点做相应调整，即:将“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的设计原则，修改为“堵、截、排、防结合，因地制宜，综合治理”。把“堵”围岩水放在综合治理的首位，尽量不排或限量排放地下水。

［1］陶西贵，于 江，梁龙喜.公路隧道渗漏问题检测分析及治理［J］.地下空间与工程学报，2008，4(3):578-582.

［2］JTG D70-2004，公路隧道设计规范［S］.

［3］丁 浩，蒋树屏，李 勇.控制排放的隧道防排水技术研究［J］.岩土工程学报，2007，29(9):1399-1406.