富水地区山岳隧道设置压力阀新型防排水系统工程应用

■李道松

（福建省交通工程造价站，福州 350001）

富水地区山岳隧道面临高地下水位作用，传统隧道防排水做法是在衬砌防水层与隧道初衬之间设置环向排水盲管，环向排水盲管与隧道纵向排水管在隧道侧墙相连，隧道路面结构下方设置碎石层作为水平向排水层[1]。 传统以排水盲管为主的隧道排水系统在围岩压力和淤堵下易发生排水失效，导致隧道衬砌渗漏等工程灾害，可能影响隧道运行安全[2]。 福建省罗宁高速飞鸾岭隧道运营过程中出现隧道衬砌渗漏共60 处， 衬砌渗漏原因为受围岩压力、细颗粒和碳酸钙沉积产生的淤堵而导致排水失效[3]。 隧道排水可能降低地下水位，产生地面沉降等灾害危及建筑物安全，并可能影响周围居民生活和农业用水安全[4-5]。 本文提出设置压力阀新型隧道防排水系统[6]，采用外包土工布的S 型排水板代替传统排水盲管，提高隧道排水可靠性，设置压力阀控制地下水排放量， 减小隧道排水对周围环境的影响。 依托福州北二环通道北岭隧道，将设置压力阀新型隧道防排水系统应用于福州北二环通道北岭隧道， 介绍设置压力阀新型隧道防排水系统组成、设计施工、现场监测，并根据实测数据对应用效果做出评价。

1 设置压力阀新型隧道防排水系统

针对传统隧道排水盲管的诸多弊端，将外包土工布的S 型排水板替代排水盲管（图1），并采用外包土工布S 型集束排水管作为纵向排水管（图2）。设置压力阀新型隧道防排水系统见图3， 包括防水系统、 外包土工布的S 型排水板环向排水系统、路面结构下方外包土工布的S 型排水板水平向排水系统、 外包土工布S 型集束纵向排水管和压力阀；具体步骤如下：（1）隧道防水系统采用防水板，与传统隧道防排水做法类似；（2）隧道环向排水系统由外包土工布的S 型排水板构成，根据场地水文地质条件， 沿隧道纵向每隔5～15 m 设置1 道隧道环向排水，在隧道边墙拱脚处通过三通连接件与纵向集束排水管相连；（3）仰拱路面结构横向排水系统包括土工布、10 cm 碎石垫层、外包土工布的S 型排水板、土工布和土工膜等，外包土工布的S 型排水板在仰拱路面结构下方沿隧道纵向每隔5～15 m 设置，一般与隧道环向排水采用相同间距，地下水通过横向排水系统导入纵向外包土工布S 型集束排水管；（4）外包土工布S 型集束纵向排水管设置在隧道边墙拱脚处，外包土工布的S 型排水板和路面结构下方水平向排水系统通过三通连接件与外包土工布S 型集束纵向排水管相连接， 组成纵横交错的排水系统；（5）环向排水末端设置压力阀，自适应控制地下水排放量，既减小作用在隧道衬砌结构地下水压力，又减小地下水排放对周围环境的影响。

图1 外包土工布的S 型排水板

图2 外包土工布的S 型集束排水管

图3 设置压力阀新型隧道防排水系统

设置压力阀新型隧道防排水系统优点在于：（1）外包土工布的S 型排水板和外包土工布的S 型集束排水管，抗压能力和抗淤堵能力强，受围岩压力和淤堵影响小，确保隧道排水性能的可靠性；（2）外包土工布的S 型排水板、路面结构下方横向排水和外包土工布的S 型集束排水管构成纵横交错的隧道全断面排水系统，有效降低作用于隧道衬砌的地下水压力，消减隧道路面结构地下水压力，保障隧道衬砌结构及路面结构安全；（3）设置压力阀，控制地下水排放量，减小隧道排水对周围环境的影响。

2 依托工程概况

福州城区北二通道北岭隧道所在场地地质构造发育、典型断层分布与隧道走向关系见图4。北岭隧道施工中大量岩石裂隙水入渗（图5），造成场地地下水位下降和地面沉降灾害，不仅影响隧道运营安全，还可能对周围居民生活和农业用水安全造成不利影响，需采取针对性治理对策。

图5 北岭隧道施工涌出的大量裂隙水

北岭隧道原防排水设计见图6，沿隧道环向每隔10 m 布设1 道环向排水盲管，隧道路面结构下方设置碎石垫层，将隧道环向排水和路面结构下方水平向排水引入边墙纵向排水管，与洞外排水沟、截水沟形成完整的隧道排水系统。

图6 原隧道防排水设计

3 设置压力阀新型隧道防排水系统设计流程与施工工艺

3.1 设计流程

设置压力阀新型隧道防排水系统可以同时满足隧道支护结构所能承受的最大水压力（P

图7 设计流程图

3.2 施工工艺

穿越断层区隧道地下水控制新技术基本不改变原隧道排水设计，只将原设计环向排水盲管改为S 型排水板， 纵向双壁波纹集水管改为S 型集束排水管，隧道防水层按原设计图要求，隧道全断面排水系统布置见图8。经过计算分析，调整环向排水管间距为5 m。

图8 北岭隧道设置压力阀新型隧道防排水系统设计

排水材料进场后， 相继开展设置压力阀新型隧道排水系统施工，压力阀安装在排水管末端，施工过程见图9，施工时间为2022 年2 月10 日-3 月18 日。

图9 北岭隧道设置压力阀新型隧道防排水系统施工

4 现场监测数据分析与应用效果评价

为了检验设置压力阀新型隧道防排水系统使用效果，埋设传感器，埋设断面见图10，典型作用在衬砌结构的孔隙水压力监测结果见图11，监测数据表明，设置压力阀新型隧道防排水系统有效降低作用在隧道衬砌结构的水压力， 监测点水压力在20 kPa 以下。 水压力小于隧道衬砌许可水压力作用，关闭压力阀，减小地下水排放及其对周围环境的影响，应用效果良好。 后续将继续监测，评价排水系统长期性能。

5 结论

本文提出设置压力阀新型隧道防排水系统，将设置压力阀新型隧道防排水系统应用于福州北二通道北岭隧道工程，详细阐述了设置压力阀新型隧道防排水系统的组成、设计流程、施工工艺和监测数据分析，得出主要结论如下：

（1）采用外包土工布的S 型排水板代替传统排水盲管，采用外包土工布的S 型集束排水管代替传统排水盲沟，抗压能力和抗淤堵能力强，受围岩和淤堵影响小，确保排水性能可靠性；设置压力阀控制地下水排放量，减小隧道排水对周围环境的影响。

（2）监测数据表明，设置压力阀新型隧道防排水系统有效降低作用在隧道衬砌结构的水压力，监测点水压力在20 kPa 以下，水压力小于隧道衬砌许可水压力作用，关闭压力阀，减小地下水排放，减小地下水排放对周围环境影响。

（3）设置压力阀新型隧道防排水系统应用效果良好，在富水地区山岳隧道特别是穿越断层区隧道防排水有推广应用价值。