软弱围岩隧道防排水设计探讨

2019-05-23奚魏征

珠江水运 2019年7期

奚魏征

摘要：文章以安康至岚皋高速公路6座隧道为依托工程，根据项目区的气候条件、工程地质、水文地质特点，分析了软弱围岩防排水设计对结构稳定性的影响，结合分析结果，提出短、中隧道和长、特长隧道防排水的差异性设计，为类似项目隧道防排水设计提供参考。

关键词：软弱围岩隧道防排水差异性设计

经济水平的快速提高进一步加快了我国公路交通建设的进程，在这一现状下，隧道不可避免会遇到软弱围岩问题，对软弱围岩公路隧道的设计、施工及养护提出来更高的要求。软弱围岩的防排水问题日益突出，软弱围岩的防排水设计对结构稳定性的影响，运营期间检修疏通的便利性，是隧道建设亟待解决的问题。作者对软弱围岩隧道防排水设计进行探讨，以期进一步提高软弱围岩的公路隧道的设计水平，为类似工程设计提供参考。

1.工程概况

1.1地形地貌、地质构造、气象条件

项目区位于秦巴山区，大巴山主脊横亘区内南部，山势自南向北倾斜，南部山区坡陡谷深、狭窄深邃，北部沿河两侧多为浅山丘陵。地貌类型主要为中高山、中山、低山和河谷阶地等地貌。

项目区横跨秦岭南缘造山带和扬子地块两个构造区，构造地质复杂，各类岩体发育，其构造变形属于秦祁昆中央造山带范畴。

本区地处内陆，受地势影响，全区气候差异较大。南部北大巴山地区，属亚热带季风山地气候。

1.2依托工程概况

依托工程共设置隧道9866m/6座，其中特长隧道3431m/1座，长隧道4975m/2座，中隧道702.5m/1座，短隧道757.5m/2座。

隧道按照双向4车道高速公路标准设计，设计时速100km/h，中、长、特长隧道建筑限界宽度11.00m，短隧道与路基同宽，建筑限界宽度13.25m，净高均为5.00m。

1.3地层岩性

中、长、特长隧道岩性较单一，均为下志留统梅子垭组千枚岩（S1m）。全风化千枚岩原岩结构、构造已全部破坏，风化呈黏性土状；强风化千枚岩节理裂隙极发育，多呈张开～微张，岩石被节理裂隙分割成碎石、碎块状；中风化千枚岩节理裂隙发育，浅部呈微张，深部多闭合，裂隙中有石英脉充填，单轴饱和抗压强度Rc为7.3～14.4MPa，软化系数为0.54～0.73；微风化千枚岩岩质新鲜，含少量黄铁矿，节理裂隙较发育，多闭合，岩体完整，单轴饱和抗压强度Rc为9.7～19.2MPa，软化系数为0.58～0.81。

月亮湾隧道（短隧道）地层岩性为下志留统梅子垭组砂质板岩（S1m）。强风化砂质板岩为变晶结构，板状构造，节理裂隙发育，岩体较破碎，岩质软，手掰易碎；中风化砂质板岩主要成份为绢云母，长石，石英，绿泥石等，变晶结构，板状构造，锤击声清脆，不易碎。可见少量石英细脉充填，呈网状或树枝状，岩体较完整，单轴饱和抗压强度Rc为26.5MPa。

药王庙隧道（短隧道）地层岩性为志留系下统梅子垭组（S1m）片岩。全风化片岩原岩结构、构造已全部破坏，风化呈黏性土状；强风化片岩主要矿物成份为长石，碳质，绿泥石，绢云母等，片状构造，鳞片变晶质结构，节理裂隙发育，岩体较破碎；中风化片岩主要矿物成份为长石，绿泥石，绢云母等，鳞片变晶质结构，片状构造，节理裂隙较发育，岩体稍完整，饱和抗压强度Rc=7.6MPa，软化系数=0.73。

1.4最大涌水量预测

对依托工程各隧道最大涌水量进行预测，为隧道防排水设计提供依据。月亮湾隧道和药王庙隧道（短隧道）最大涌水量预测分别为160.08m3/d、161.8m3/d；罗家湾隧道（中隧道）最大涌水量预测为416.48m3/d；谢家坡隧道和跷溪河隧道（长隧道）最大涌水量预测分别为4158.6m3/d、3387.4m3/d；中河隧道（特长隧道）最大涌水量预测为5186.2m3/d。

2.软弱围岩与水的相互作用

众所周知，水的可塑性极强，能够通过节理裂隙渗入到隧道内部。地下水与围岩的相互作用分为3种，具体危害详见表1。

3.排水设计的适用性分析

目前隧道排水设计一般为中心沟和侧式暗沟两种型式，现根据项目区均为软弱围岩的特点，并结合两种排水型式的优缺点，对其适用性进行分析，详见表2。

4.软弱围岩防排水设计

4.1防排水设计原则

结合项目区的气候条件、工程地质条件、水文地质条件特点和排水型式的適用性分析，提出隧道软弱围岩防排水设计采用以下原则：（1）一般段采用“防、排、截、堵结合，因地制宜、综合治理”的原则，富水断层段采用“以堵为主、限量排放、综合治理”的原则；（2）排水系统应排出拱脚以下水，防止拱脚遇水软化；（3）衬砌防排水设计充分考虑防排水系统的可维修性、养护疏通的便利性。

4.2防排水设计

（1）洞外和洞口防排水。①在边仰坡坡顶以外≥5m处结合地形地貌设置洞顶截水沟，避免边仰坡坡面被雨水冲刷；排水沟设置在洞门上方，及时排走坡面水。②明洞衬砌采用防水钢筋混凝土，在衬砌外侧铺设两层土工布（350g/m2），两层土工布中间铺设防水板（1.2mm厚EVA防水板）。③单坡隧道应在位于高侧的洞外路基设置反坡排水，防止洞外路基水排入洞内，影响行车安全。

（2）洞身防水。①结构自防水：以注浆堵水、超前大管棚或小导管加固作为第一道防线；以喷射混凝土封闭围岩裂隙作为第二道防线；以抗渗等级不应低于P6的二次衬砌防水（钢筋）混凝土作为最后一道防线。②在初支与二衬之间设置土工布和防水板。③施工缝、沉降缝和伸缩缝是衬砌防水的关键部位。隧道内纵向施工缝采用钢板腻子止水带，环向施工缝设置中埋式橡胶止水带，沉降缝采用中埋式橡胶止水带与背贴式止水带。

（3）洞身排水。①环向排水：为了及时、有效的排出围岩裂隙水，消除二衬的静水压力，在初喷后设置φ110mm半圆排水管。特别注意的是，要对渗水严重部分还应进行加密设置，并将水引入纵向排水管中。②纵向排水：在衬砌背后左右侧墙脚外均设置设φ160mmHDPE纵向半边打孔双壁波纹管，排水管纵坡与隧道纵坡一致。为确保纵向排水管的可维修性，每隔50m设置一处纵向管检查井，左右两侧交错布置，便于运营期疏通纵向排水管，确保排水通畅。③横向排水：每隔10m设置一道φ160mmHDPE横向排水管（最小坡度2%），将纵向排水管中的水引入排水沟。④排水边沟：短、中隧道因涌水量较小，在行车道前进方向左右侧设排水边沟，运营阶段采用揭盖清淤，并在洞外设置油水分离池，避免洞内消防清洗用水直接排放；长、特长隧道在行车道前进方向左右侧设路侧边沟，排放洞内消防清洗水，每隔25m设置一处沉沙井，在超车道下方设置矩形中心排水沟，每隔100m设置一处中心沟检查井，检修时仅需封闭一条车道。