連拱隧道防排水方案優(yōu)化

張濤 王樹海

摘要：連拱隧道防排水是當(dāng)前連拱隧道設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，也是造成連拱隧道突出的質(zhì)量通病根源所在，一直是當(dāng)前比較復(fù)雜且懸而未決的難題。目前，許多從事連拱隧道設(shè)計(jì)、研究和施工的人員在專門研究連拱隧道的防排水技術(shù)和中墻滲漏水的治理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：連拱隧道方案優(yōu)化 防排水技術(shù)

U453.6

連拱隧道的防排水，涉及有地面和洞內(nèi)縱、環(huán)和垂直方向三維空間的防水、排水，有洞內(nèi)隱蔽管道、暗溝和洞外明溝的防水排水，因而是立體空間的防排水系統(tǒng)工程。連拱隧道防排水與分離式隧道不同之處，在于它的重點(diǎn)和難點(diǎn)集中在中墻的防排水問題上。

一、公路隧道的防排水原則

交通部頒布的《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004）、鐵道部頒布的《鐵道隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TBJ-85）規(guī)定，隧道防水應(yīng)遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則。

二、當(dāng)前公路連拱隧道的防排水設(shè)計(jì)

1. 連拱隧道中墻防排水設(shè)計(jì)

連拱隧道與分離式隧道防排水設(shè)計(jì)相比較，中墻的防排水是連拱隧道特點(diǎn)，也是目前連拱隧道建設(shè)的重點(diǎn)，難點(diǎn)，中墻防排水的好壞，直接影響隧道質(zhì)量評價(jià)。

早期修建的連拱隧道，多數(shù)在中隔墻頂中央設(shè)置一根縱向排水管，間隔一定縱向距離（如25m）設(shè)置豎向排水管將水排至邊溝或中央排水溝。

采用這種防排水方法修建的隧道，絕大部分出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲漏水問題，其主要原因如下：

（1）設(shè)計(jì)方面：a) 縱向排水管高于中墻頂部縱向施工縫，必然導(dǎo)致滲水往低處的施工縫滲透，即使采取止水帶、止水條進(jìn)行施工縫防水，也不可能保證在長期運(yùn)營中不滲漏；b)縱向排水管是有孔PVC管，如果管身上半部打孔，水只有積集到一定高度后才能進(jìn)入排水系統(tǒng)，此時(shí)極易從施工縫滲出；如果管身下半部打孔，則排水管完全失效，因?yàn)闈B水能從一處進(jìn)入排水管，就必然能從較低的另一處流出排水管，滲水總能在中隔墻頂部漫流，只要防水板稍有失效，就必然從施工縫薄弱位置滲出；c)正洞初期支護(hù)支撐在中隔墻頂，錨固螺栓必然穿過防水板，看似封閉完整的防水板因多處穿孔無法嚴(yán)格密封而失去防水作用。

（2）施工方面，由于中隔墻澆筑后，墻頂回填和防排水施工空間狹小，施工質(zhì)量難以保證，從而引發(fā)以下問題：a)防水板預(yù)留接茬在中墻頂部回填和正洞開挖時(shí)破損嚴(yán)重，不能良好搭接；b)縱向排水管的排水坡度不能保證，排水效果不佳；c)中墻頂部回填不密實(shí)，地下水極易匯集；d) 中墻頂部縱向排水設(shè)施在施做中墻頂部回填時(shí)極容易被破壞，從而造成中墻排水系統(tǒng)癱瘓，起不到排水效果；e)施工縫止水條（帶）安裝質(zhì)量不佳。

2. 襯砌混凝土防水

混凝土襯砌是隧道防水的最后一道防線。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力的不同，混凝土襯砌的厚度一般在30～60cm之間。目前一般在襯砌混凝土設(shè)計(jì)中都要求其抗?jié)B標(biāo)號(hào)達(dá)到S6。如果混凝土的配比得當(dāng)，施工中振搗充分，不出現(xiàn)漏漿和走模等意外情況，完工后的襯砌不出現(xiàn)裂縫，在壁后水壓不是特別大的情況下，滲水是不易從襯砌的外側(cè)滲至襯砌的內(nèi)側(cè)的。然而，事實(shí)上目前的許多隧道在建成后，襯砌的一些部位仍出現(xiàn)了滲漏水現(xiàn)象，特別是在襯砌的施工縫處更是容易發(fā)生滲漏。這表明目前隧道的混凝土襯砌在設(shè)計(jì)、施工等方面仍有待改進(jìn)，通過合理設(shè)計(jì)、精心施工，使混凝土密實(shí)不裂，使施工縫的防排水構(gòu)造合理，保證整個(gè)混凝土襯砌防水可靠。

3.隧道排水系統(tǒng)

隧道的排水與隧道的防水具有同樣的重要地位。對于已從圍巖滲出的地下水，如果只堵不排，造成水壓升高，滲水會(huì)以兩層防水構(gòu)造的細(xì)微缺陷為通道滲至襯砌表面?，F(xiàn)代的隧道排水都有一個(gè)完整的體系，一般由疏導(dǎo)排水和管溝排水兩大部分組成。疏導(dǎo)排水是指將圍巖滲（流）至初期支護(hù)表面的水引排到隧道縱向排水盲管或其它排水通道的工程措施；管溝排水則是指將疏導(dǎo)至縱向盲管的地下水通過管道（溝）引排到隧道之外的整個(gè)排水管網(wǎng)。

三、高速公路連拱隧道防排水施工缺陷現(xiàn)場調(diào)查

1 . 初期支護(hù)施作Ω型彈簧排水半管后依然滲漏嚴(yán)重。

2. 側(cè)墻縱向排水管施工存在不合理

主要存在的問題：1）PVC排水半花管的上半斷面的孔眼布設(shè)不合理；2）縱向排水管未施作基座或基座施作未按設(shè)計(jì)圖紙施作；3）排水管上部的濾水碎石施作不規(guī)范；4）縱向排水管施作工序不對；5）施作縱向排水管基座時(shí)對縱向排水管污染嚴(yán)重，嚴(yán)重?fù)p壞了排水管的排水性能；6）排水管施作沒有緊靠側(cè)墻，二次襯砌側(cè)墻基礎(chǔ)被縱向排水管侵占過多，二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)受力存在問題；7）縱向排水管安設(shè)坡度未按設(shè)計(jì)圖紙施作，造成縱向排水管排水不良。

通過對防水板施工質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在隧道施工中，防水板的施作存在很多質(zhì)量通病，防水板在鋪設(shè)過程中，常見質(zhì)量缺陷有以下幾種缺陷：1）防水板熱熔粘結(jié)過程中防水板熔化、破壞；2）鋪設(shè)防水板時(shí)未按照熱熔法進(jìn)行施作；3）防水板局部出現(xiàn)破損時(shí)，未修補(bǔ)或修補(bǔ)質(zhì)量差；4）防水板鋪設(shè)前應(yīng)對初期支護(hù)進(jìn)行一系列的處理措施以確保防水板鋪設(shè)質(zhì)量，但是在施工中沒有進(jìn)行處理；5）防水板的的接縫施工質(zhì)量不高，造成接縫開裂，防水板整體防水效果失效。

四、 高速公路連拱隧道防排水缺陷原因分析

1. 客觀原因

客觀原因主要由三方面組成，其一是材料自身的缺陷造成防排水的質(zhì)量缺陷；其二是設(shè)計(jì)方面的缺陷造成防排水的質(zhì)量缺陷；其三施工環(huán)境的局限性造成防排水的質(zhì)量缺陷。

2.主觀原因

隧道防排水質(zhì)量缺陷很大一部分原因是由于人為因素造成的，這些質(zhì)量缺陷在施工中如果得到足夠的重視是完全可以避免的。主觀原因主要由三方面組成，其一是技術(shù)人員防排水意識(shí)淡薄，沒有充分認(rèn)識(shí)到隧道防排水的重要性；其二是施工方案存在不合理，沒有及時(shí)改善施工中因施工方案不合理造成的防排水缺陷；其三是技術(shù)人員質(zhì)量意識(shí)淡薄，在自檢環(huán)節(jié)中沒有對存在問題及時(shí)進(jìn)行總結(jié)處理。

五、 高速公路連拱隧道防排水系統(tǒng)施工方案優(yōu)化

通過連拱隧道防排水施工中存在的質(zhì)量缺陷的研究可知，造成防排水系統(tǒng)施工質(zhì)量缺陷主要由客觀和主觀兩方面的因素組成，主觀因素主要是人為因素，然而人為因素在施工中通過對施工人員的培訓(xùn)、管理，加強(qiáng)上下工序的交接檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，嚴(yán)格按照圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、施工規(guī)范和合理的施工方案進(jìn)行施工，同時(shí)加強(qiáng)施工薄弱部位和關(guān)鍵部位的抽查，人為因素造成的防排水施工質(zhì)量缺陷可以杜絕；然而客觀因素造成的防排水缺陷是施工中無法避免。針對客官因素造成的防排水施工中的質(zhì)量缺陷，提出下面施工優(yōu)化方案解決這些質(zhì)量缺陷。

1.材料缺陷造成的防水板布設(shè)質(zhì)量缺陷的解決方案

解決防水板熱熔粘結(jié)出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷有兩種解決方案：1）不采用熱熔粘結(jié)的防水板鋪設(shè)工藝，從目前國內(nèi)外的防水板鋪設(shè)工藝來看，防水板主要有無釘熱合鋪設(shè)法、有釘冷粘鋪設(shè)法和多點(diǎn)復(fù)合免定穿鋪設(shè)法，各種防水板的鋪設(shè)工藝在我國隧道施工中都用過，每種防水板鋪設(shè)工藝都存在不同程度的缺陷，有釘冷粘鋪設(shè)法和多點(diǎn)復(fù)合免定穿鋪設(shè)法目前在我國隧道施工中已基本不再采用，熱熔粘結(jié)的防水板鋪設(shè)工藝是當(dāng)前隧道防水板鋪設(shè)工藝中采用最多的，在過去施工的隧道中采用該工藝的隧道均取得了較好得效果，所以熱熔粘結(jié)的防水板鋪設(shè)是經(jīng)過實(shí)踐的較好的工藝，因此沒有必要采用其它的鋪設(shè)工藝取代該工藝；2）改善防水板和橡膠墊塊的物理性能，使兩者的物理性能相近，改善材料的物理性能，可以選擇改善防水板的物理性能也可以選擇改善橡膠墊塊的物理性能，由于防水板造價(jià)高，加工工藝復(fù)雜，很難對其材料性能進(jìn)行改善，而橡膠墊塊造價(jià)低，加工簡單，將橡膠墊塊的熔點(diǎn)由350～400℃降低到200℃左右，這樣在進(jìn)行防水板熱熔粘結(jié)時(shí)，由于橡膠墊塊熔點(diǎn)低，橡膠墊塊熔化后和防水板進(jìn)行粘結(jié)，此時(shí)防水板沒有達(dá)到熔點(diǎn)，因而不會(huì)對防水板造成損傷。因而，建議和防水板生產(chǎn)廠家進(jìn)行聯(lián)系，加工新的符合要求的橡膠墊塊，使用新的橡膠墊塊解決防水板鋪設(shè)時(shí)因材料自身的原因造成防水板鋪設(shè)的質(zhì)量缺陷。

2.初期支護(hù)施作完成后局部出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏的處理

對隧道施工現(xiàn)場調(diào)查，隧道正洞初期支護(hù)完成后，盡管在富水區(qū)段施作初期支護(hù)時(shí)，均按設(shè)計(jì)要求布設(shè)了Ω型彈簧排水半管對圍巖的滲漏水進(jìn)行引排，但是在初期支護(hù)完成后，由于洞室開挖的爆破影響和初期支護(hù)在承受圍巖壓力時(shí)開裂，圍巖富水區(qū)段的水自初期支護(hù)開裂部位滲漏出來，此時(shí)由于滲漏點(diǎn)過多，很難在初期支護(hù)表面布設(shè)Ω型彈簧排水半管對滲漏水進(jìn)行完全的引排，對于初期支護(hù)施作完成后的局部滲漏嚴(yán)重的地段，采用下面的方案進(jìn)行處理：

首先針對滲漏嚴(yán)重的部位打引水孔，將圍巖內(nèi)的裂隙地下水匯集于引水孔引排，引水孔施作完成后，在初期支護(hù)開裂和滲漏水發(fā)育的部位布設(shè)直徑5cm，長度100cm，間隔100cm的注漿孔，然后通過注漿孔對富水區(qū)段圍巖進(jìn)行注漿，通過漿液擴(kuò)散到局部裂隙來進(jìn)行堵水，同時(shí)加固圍巖，促使圍巖地下水和裂隙水從引水孔中流出，最后在引水孔部位布設(shè)Ω型彈簧排水半管，將圍巖內(nèi)的地下水同過Ω型彈簧排水半管引排到隧道縱向排水管內(nèi)，然后排出洞外。

3.中墻“Y”部施工方案的優(yōu)化

連拱隧道滲漏水比較嚴(yán)重的一個(gè)部位就是中墻“Y”部的新舊混凝土施工縫，因此在施工“Y”部的時(shí)候應(yīng)該特別注意。為了盡可能避免“Y”部施工時(shí)出現(xiàn)的一些問題，在進(jìn)行“Y”部施工時(shí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：1）為了使新舊混凝土能夠較好的結(jié)合，在澆筑“Y”部混凝土?xí)r必須要對“Y”部的混凝土表面進(jìn)行鑿毛、鑿平處理；2）為了使“Y”部有良好的受力性能，要求新舊混凝土表面與襯砌軸線垂直。

六、 小結(jié)

連拱隧道防排水設(shè)計(jì)和施工一直以來是工程界的難點(diǎn)和重點(diǎn)，本文對連拱隧道目前建設(shè)中有關(guān)防排水的設(shè)計(jì)和施工存在的問題進(jìn)行分析和研究，提出目前連拱隧道防排水設(shè)計(jì)和施工中存在的問題和解決方案。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。