浅析公路隧道防排水关键环节施工技术

2020-09-28李斌

绿色环保建材 2020年9期

李斌

上海隧道工程有限公司

1 引言

渗漏水是公路隧道最常见的问题，这是隧道防排水系统失效的标志[1]，对隧道安全性、耐久性和正常运营都是隐患。如何在隧道防排水施工中遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则[2]，使地表水、地下水对隧道施工过程中和运营的不利影响降到最低，成为一个不可忽视的问题。现以珠海市兴业快线（北段）合并段隧道为例，分析公路隧道防排水关键环节施工技术的应用。

2 工程概况

兴业快线（北段）合并段隧道全长2174m，南起梅华路，北至唐家。起点位于香洲区兴业路，道路沿线为城市住宅及生活区。线路下穿梅华路，向北转由隧道进入凤凰山，在合并点露头，利用现状地形高差将合并段隧道分为西、东线两个隧道，其中合并段隧道为双向六车道大断面隧道。

洞口段围岩主要是强风化花岗岩和中风化花岗岩。强风化花岗岩属极软岩，褐黄色，大部分矿物已显著风化，节理裂隙极发育，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，岩芯呈土柱状及土夹碎块、块状，局部分布10%～30%石英块，块径为2cm～60cm，合金钻具可钻进。各钻孔均揭露该层，屋顶埋藏深度介于1.90m～10.50m，相当于高程介于15.48m～158.29m，层厚度1.90m～10.50m，平均厚度4.97m。中风化花岗岩属较硬岩，肉红、灰绿、褐黄色，中粗粒结构，块状构造，部分矿物风化明显，节理裂隙较发育，岩质坚硬，岩体破碎程度为破碎至较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ类，岩芯呈块状，少量短柱状，金刚石钻具可钻进。各钻孔均揭露此层，屋顶埋藏深度介于5.80m～128.00m，相当于高程介于10.39m～156.39m，揭露层厚度3.00m～45.90m，平均厚度16.52m，层厚不详。

因此基岩裂隙水主要是花岗岩各风化带裂隙水，且强风化～中风化带是主要储水层段。地下水的分布受赋存岩体裂隙发育程度的影响较大，具明显的各向异性特点，在节理裂隙较发育的地段，裂隙水赋存丰富，且透水性较强，由于工程地属亚热带海洋性气候，5～9月降水集中，降雨量大。隧道正线临近几处水库，局部地区隧道开挖面低于水库水位，施工过程中，易发生透水事故。

洞口围岩自稳能力较差，地表水丰富，岩石完整性差，如何安全穿越成为本项目隧道施工中的关键，防排水则是关系施工安全以及竣工后正常运营的一个核心问题。隧道防水主要是利用高抗渗等级混凝土的自防水能力。拱墙背后设置复合防水卷材，防水板厚度为1.5mm。隧道变形缝采用外贴式橡胶止水带+中埋式钢边止水带+不小于5cm 的内缘双组分聚氨酯密封膏嵌缝+缝间聚乙烯硬质泡沫板填充防水，隧道施工缝采用外贴式橡胶止水带+中埋式钢边止水带。

3 隧道洞口防排水措施

隧道出口多为土岩质边坡，局部分布透水性较强的砂质土层，土层间孔隙潜水、基岩的层间裂隙水，含水量较大，一定程度影响洞口的稳定性。因此，在隧道洞口开挖前，应根据地形情况在边仰坡开挖线外5m～10m设置截水沟，将洞外地表水通过截水沟流入自然沟谷或路基边沟。边坡开挖支护过程中，可能发生坡面局部渗水、流沙现象，可通过在渗水口插入PVC导流管进行引流，按设计要求，在坡面打入砂浆锚杆挂设钢筋网、喷射混凝土进行支护。由于强扰动，边坡渗水比较严重进而引起局部坍塌处，可采用注浆小导管配合喷锚支护，可达到较好地抗渗抗裂效果。

为防止地表水下渗和雨水持续冲刷对洞口的影响，应及时对截水沟破损修补、边仰坡裂缝修复。单坡隧道，在明洞洞口上坡一侧应设置横向截水沟，防止洞外雨水进入隧道。

明洞洞顶回填料，应优先采用沙砾土，回填过程中防止把防水板刺破，填料要求对称分层夯实，每层厚度不得大于0.3m，采用人工夯实或小型机械进行夯实，其压实度不宜小于90%。

4 涌水、渗水的处理

隧道施工过程中，地下水会随着围岩破碎面对岩石进行冲击、腐蚀及溶解，使岩石强度降低，结构面破坏，很有可能造成坍塌事故。在可能发生富水断层带或邻近水库的地段，应对可能涌水的地段进行堵水处理，采用多种超前地质预报手段进行超前探测，如果水与隧道间存在断层则在地面进行注浆处理，封堵断层，将大量水尽可能封堵在围岩内。施工过程中应体现动态施工的原则，根据实际工程地质和水文地质情况，调整相关处理措施。

预注浆浆液推荐采用纯水泥浆液或水泥-水玻璃双浆液，具体的浆液配合比可根据现场试验情况确定。采用全断面（帷幕）超前预注浆时，可根据现场涌水情况对注浆孔间距、数量、钻孔深度酌情进行调整。施工时应加设止浆设施，防止浆液外溢，并注意注浆孔不得加水。注浆结束后，应将注浆孔及检查孔封填密实。对未达到注浆效果的需要进行局部补注浆，达到注浆效果后方可正常开挖、支护。

若涌水发生在一般涌水段，水量不大，可采用“以排为主”的施工方法。对于隧道开挖后产生的小股渗水，可在渗漏点处铺设弹簧半圆排水管引排，为保证半圆管铺设平顺并紧贴围岩侧，可在安装前喷2cm～3cm厚混凝土平整岩面；对于较大股渗水，可采用2～3根单臂无孔波纹管在渗漏处分流，再导流至隧道底部，接入二次衬砌排水管中。

5 二次衬砌防排水施工

5.1 材料选用及防排水布设

隧道二次衬砌以结构防水为主，隧道防水应根据隧道围岩裂隙水发育情况采取不同的措施。衬砌采用防水混凝土，对于排水型衬砌，二衬抗渗等级不低于P8，对于抗水压型衬砌，其抗渗等级可提高至P12。在隧道初期支护与二次衬砌之间设置EVA防水板（1.5mmEVA防水板+350g/㎡无纺土工布）防水，采用无射钉铺设法。

隧道环向纵向排水管按设计分别设置Φ50 双壁打孔波纹管、Φ110HDPE 双壁打孔波纹管集水，并通过Φ110PE 横向双壁无孔波纹排水管引至中央排水沟内，如图1所示。

图1 砌衬排水平面布置

环向透水管按不同围岩级别设置间距为5m～15m，环向及横向排水沟在渗水量较大时应加密设置，纵向排水管应沿隧道两侧全隧道贯通布置，中央排水沟采用预制钢筋混凝土管将水引入洞外排水系统。

施工排水应在隧道一侧设置临时排水沟，洞内为逆坡排水时，应在工作面设置集水坑集中引排，通过潜水泵分级抽排水。当采用中心排水沟作为施工排水通道，则应在定期检查，对中心排水管内淤积泥沙进行清理，避免堵塞。

5.2 防水板、排水管、防水混凝土形成有效防排水系统

无纺布、防水板、止水带、波纹管等进场时必须进行质量检验，应检查出厂合格证、质量证明书，且进场试验报告符合要求。

隧道初期支护和二次衬砌之间铺设无纺布和防水板防水，采用无射钉铺设法，使用防水板台车作为施工平台，如图2所示。防水板铺设前先对初期支护基面进行检查，对局部渗漏水采用堵漏材料封堵，并清除锚杆头、钢筋网、喷射混凝土等凸出物，然后凿平并用水泥砂浆抹平，确保喷射混凝土表面平整圆顺，无漏水现象[3]。

图2 防水板施工示意图

铺设衬砌背后的防水板前，应在防水板内侧（靠近围岩侧）先铺设无纺布。无纺布用暗钉圈按设计间距固定在喷射混凝土上，并紧贴喷混凝土面。对于大断面隧道，防水板环向铺设可从两边墙拱脚对称向上，最后至拱顶合拢；纵向铺设从已浇筑段端头顺向铺起，每一循环防水板铺设长度比本次浇筑长度多留出1.5m～2m，便于下一循环的搭接，并保证防水板接缝与二衬混凝土施工缝错开。人行横通道、车行横通道及设备通道与主洞交叉口的防水板铺设应与主洞同时进行，同步完成，并满足搭接处平顺无折皱且防水板密贴初期支护表面。

防水板接缝采用爬焊机进行双缝热熔焊接，搭接长度不小于10cm。焊缝表面应平整、不得有缺焊、漏焊、气孔、裂纹等现象，且经焊缝气密性试验检测合格。二衬钢筋安装时应注意避免钢筋头损坏防水板，二衬钢筋焊接时应采用防火布或防火板等阻燃物保护防水板。当不可避免出现防水板破损现象时，应在破损处做出明显标记，再逐个把破损处修补好。补丁要裁剪成圆形，不要使用三角形、正方形等有折角的形状。

在仰拱钢筋混凝土施工完成且达到一定强度后，方可进行中央排水沟与仰拱填充施工。预制的混凝土管可采用钢筋定位，为避免积水倒流，必须按设计的坡度、管口高程进行埋置。混凝土基座浇筑完成后，在混凝土管上半部分一定范围内，回填中粗砂并外包一层无纺布。横向排水管与中央排水管接头处，采用水泥砂浆把缝隙填满抹平，防止混凝土的灌入引起堵塞。横向排水管接纵向排水管一侧，交叉处必须采用三通或多通管进行连接。纵向排水管安装应平顺，不能呈波浪状，打孔一侧应朝上。各打孔排水管件及接头处均外裹透水无纺布。

防水混凝土的施工配合比应根据抗渗等级和强度等级通过试验确定。混凝土振捣过程中，不应触碰到防水板、止水带、预埋件等。为保证拱顶浇筑密实，在二衬混凝土施工时，在每环拱顶预埋注浆管，在二衬混凝土达到设计强度80%以上后，通过预埋的注浆管压注水泥浆液，填充初期支护与二次衬砌间的空隙。

5.3 变形缝、施工缝是影响防水质量的重要因素

变形缝和施工缝止水带接头位置是防水的薄弱点，需要在施工时特别注意。钢板止水带接头采用咬接或搭接且均为双面焊接，橡胶止水带采用热熔焊接，焊接长度不应小于设计要求。止水带埋设中心线应与变形缝、施工缝中心线重合，安装应牢固，不得有孔洞、裂纹、扭曲、折皱等。应采用架立钢筋对止水带进行定位，不得在止水带上穿孔或用铁钉固定。

纵向施工缝混凝土浇筑前，为防止边墙部位出现混凝土烂根现象，应对预埋钢筋进行清理除锈。浇筑止水带附近混凝土时应加强振捣，保证混凝土与止水带之间紧密结合。

仰拱及二衬施工缝需对应成环，可根据施工情况进行调整，尽量少设施工缝。中埋式止水带在混凝土浇筑完成达到一定强度后应及时凿出。