公路隧道排水设计与隧道路基病害防治

2021-04-19宋桂平

散装水泥 2021年1期

宋桂平

（中铁十七局集团第一工程有限公司，山东青岛 266000）

1 公路隧道排水设计简介及其重要性

我国地域广、地形复杂，施工人员在建设公路隧道时，会面临非常复杂的施工环境。以往进行低等级公路建设，施工人员很少选择公路隧道建设法。但是，随着我国经济不断发展，公路交通量逐渐增加，公路短板问题更为明显。为保证公路能发挥其自身优势，减少不利影响，相关施工人员须选择高等级公路建设方式，公路隧道建设工作在实际施工中越来越重要。公路隧道是我国公路工程结构之一，选择此方式完成公路建设工作，不仅可以缩短施工路线，还可以保证公路线形，为行车提供方便，提高实际施工质量。此外，还能降低出现滚石、泥石流等自然灾害的可能性，尽可能保护当地生态环境。

近年，我国公路隧道建设数量越来越多，通过公路隧道建设工作调查发现，隧道与水之间存在着天然矛盾，许多公路隧道建设工程都因排水问题，导致出现工期延长、成本增加等情况，不仅严重影响后续使用，甚至还可能出现工程事故。

2 公路隧道排水设计方案

2.1 公路隧道排水设计原则

目前，最先进的公路隧道排水设计方法是新奥法，施工人员在进行公路隧道排水设计时必须遵守隧道与支护相结合原则，根据当地实际情况选择有效的治理措施，以保证排水系统实际质量。

使用新奥法完成公路隧道排水设计工作时，必须遵守下列要求：（1）当围岩附近出现缝隙水或涌水时，施工人员必须借助排、堵、截等方式进行综合防护，以确保可以顺利使用锚杆、喷射混凝土等设备。（2）进行初期建设工作或进行二次衬砌前，施工现场必须存在施作防水层，以确保相关工作可以顺利开展。

2.2 公路隧道防水工程设计方法

2.2.1 衬砌防水设计

在公路隧道实际施工时或完成喷射混凝土后，为避免影响公路隧道后续使用，无论是否出现渗漏水，施工人员都必须对薄弱地段进行防水设计，实际施工时可以选择综合治理法，具体做法如下：（1）添加抗渗混凝土。为增强实际防水抗渗效果，施工人员可以在混凝土中添加一定量的防水剂，如BR型防水剂。在实际施工过程中，衬砌混凝土强度不得低于20 号，一般地区抗渗标号最小为S4，在寒冷地区最小为S6。同时，须严格把控振捣质量。（2）设计防水层。通常情况选择外贴式防水层设计方式。对于复合式衬砌而言，应在初期支护与二次衬砌之间，完成夹层防水层设计。选择的防水层材料多由合成树脂与土工布聚合物组成的防水薄膜或防水板，如橡胶防水板、塑料防水板等。

2.2.2 防漏水设计

进行公路隧道衬砌工作时，要注意施工细节，如：施工缝、伸缩缝、变形缝等施工内容的结构与位置等，大多数情况下，其实际间隔为10m 一个。施工要严格遵守相关施工标准，根据实际情况设计不同的防水、防渗措施。比如，使用L 型、企口型等类型橡胶、沥青麻筋等物质设计止水变形缝，借助防水砂浆、膨胀水泥等配置防水混凝土，完成后续封顶、封口工作。

2.3 公路隧道排水设计

2.3.1 衬砌背面排水设计当公路隧道围岩出现涌水现象时，为确保不影响浇筑衬砌混凝土施工，施工人员可以将透水材料铺设在衬砌背后或底部。

2.3.2 排水工程设计

隧道下方的排水工程称作路基排水工程，主要包括三项内容：衬砌背面排水工程、横向排水工程、中心排水工程。需要注意的是，如果施工地区为严寒地区，并且地下水较多，可以在施工现场设计防寒泄水洞，以保证实际施工质量，降低出现冻胀破坏的可能性。

2.3.3 公路隧道路缘排水设计

路缘排水设计的主要功能是清理车辆驶入隧道时自身携带的泥水，以及清理隧道污水，应独立设计。其中，管道直径设计应在300～400mm 之间，各集水坑间距在30m 左右。

3 公路隧道路基病害

3.1 公路隧道病害类型及成因

公路隧道投入使用后，隧道安全性能将会呈下降趋势，为确保使用安全，施工人员必须定期处理隧道病害，保证公路质量。公路路基病害通常分为三类：表面病害、非表面病害、其他病害。其中，表面病害是指施工人员或驾驶人员可以直接观察到的病害，非表面病害是指因施工人员未按照相关施工标准施工所产生的问题。此三类病害具体内容如下。

3.1.1 表面病害

目前，公路隧道路基常见表面病害主要包含以下三种：

（1）衬里开裂。出现此病害原因是在实际施工过程中，施工人员没有考虑外力因素来选择合适的施工方法，导致混凝土收缩过程中出现开裂情况。隧道衬砌作为隧道主要支持结构，借助观察各类沉降曲线可以帮助技术人员找到实际开裂位置，制定具体解决办法，如图1、图2 所示，盆形沉降曲线与高低形沉降曲线形成原因不同，因此出现衬里开裂的原因也不同，其实际解决办法也会存在一定差异。

图1 盆形沉降曲线

图2 高低形沉降曲线

（2）渗水。施工人员喷涂混凝土时，其喷涂厚度与相关标准存在差异，增加了防水板损坏的概率，导致混凝土本身密度与相关标准不符，在后续使用过程中，因排水管堵塞等问题出现渗水情况。

（3）衬砌变形。主要由于地质原因而出现。3.1.2 非表面病害

公路隧道路基常见非表面病害包含三种类型：

（1）实际挖掘深度过深，并且施工人员未按照相关标准对其进行回填，为后续使用留下隐患。

（2）施工混凝土强度、砂岩材料质量施工混凝土配比不符合相关标准，影响实际施工质量与施工效率。

（3）公路隧道投入使用一段时间后，由于洞穴过大，出现衬砌空洞。其原因有很多，如混凝土坚固程度不足、水灰比过大等。

3.1.3 其他病害

（1）冻害。腐蚀性地下水流入公路隧道衬砌结构中，会通过缝隙进一步渗透到隧道内部。当外界温度下降，渗水口有可能出现冰冻现象，甚至会在工作缝位置出现冰柱。当渗水点不断增加时，冰柱结构将越来越大，加大隧道的安全隐患。此外，冰冻现象也可能导致排水设备出现冻裂情况，影响隧道实际性能，导致排水系统无法发挥自身作用。

（2）水害。出现此类病害主要原因是围岩地下水或地表水过多，具体危害有两种，一是漏水或涌水。此危害会威胁公路隧道机电设备，出现锈蚀，无法正常运行，减少公路隧道的实际使用年限。二是积水。形成原因主要是公路隧道排水系统未发挥自身作用，囤积了地表水和地下水，导致围岩结构出现软化或泥化现象，此危害不仅影响公路隧道平衡，也对其实际使用造成影响。

3.2 公路隧道路基病害治理措施

3.2.1 公路隧道防排水技术

防排水系统是公路隧道必要的基础系统，是保证公路隧道自身性能的重要结构，常见结构为圆形，其实际组成可以用“一线两线两防线”概括，具体设计如下：在岩壁墙内进行灌浆，在两层灌浆中间进行混凝土喷射与防水层设计，利用衬砌混凝土降低防水层与衬砌之间出现渗水现象的可能性。

3.2.2 围岩注浆堵水

围岩堵水工作可在多个时间段内进行，开挖隧道前，工作人员可以从地表开始进行此项工作；开挖隧道后，施工人员可以将围岩或前墙作为隧道施工切入点。此项技术主要包括四个流程，分别是选择注浆材料、注浆、明确注浆参数、实际施工。选择注浆材料时，施工人员需要考虑如下内容：（1）所选择浆体是否可以顺利渗透到受力岩层中，即在一定压力下，浆体是否可以渗透到裂缝当中，并且在浆体凝固后，具备较强的吸附力。（2）合理布置注浆孔位置、确定注浆孔数量，确保注浆效果。（3）进行布孔工作时，施工人员需要考虑设备容量、地下水环境、岩层断裂状态等因素，再通过相关计算，得到最终结论。（4）在实际布置过程中，施工人员应结合水流量、渗漏量以及地质情况进行具体调整。（5）裂缝数量与孔数成反比。（6）根据实际情况选择不同的注浆方法。

3.2.3 喷射混凝土与防水层间的排水

在实际施工过程中，施工人员通常会选择防水膜敷设技术完成此项工作，其主要方法包括钉子热合法、钉子冷粘法、多点复合捻合法等。使用的塑料垫片与防水板应为同一材料，固定防水板时，施工人员必须加热防水板表面，当防水板与垫圈融化后，停止加热。

3.2.4 防水层与二次衬砌间的排水

此部分排水工作非常重要。目前，我国公路隧道中的防水系统与排水系统都会使用止水带与排水橡胶止水带。在实际施工过程中，止水带下部应与排水管紧密连接，以保证泄漏水可以在指定位置排出。为避免施工过程中出现止水带断裂的情况，可以在使用前制作一个密封袋，降低安装过程中接头出现缺陷的可能性。

4 工程实例

以广东省连州至怀集公路项目为例，公路隧道排水设计与病害防治需要做到如下几点。

4.1 施工图纸绘制

为保证施工顺利进行，施工人员需按照相关要求绘制图纸，完成后交给审批人员，通过审批后，进行实际的准备工作。

4.2 路基设计原则

施工人员设计路基时，应根据实际情况具体分析整体线路，找到合适的施工方法，并遵循安全、环保等原则，完成路基设计方案。此次施工路基设计主要包含以下内容：（1）填方路基设计。根据实际地质情况选择施工材料，确定填料强度，提高对路基边坡设计的关注度。常用路基边坡坡度比如表1 所示。（2）重视基地处理，为后续工作打下扎实基础。（3）根据相关标准完成路基挖方。（4）参考以往工作经验优化施工计划。（5）根据收集的数据进行实际计算，保证施工强度。