含多年凍土層的公路隧道排水設(shè)計(jì)

張秋輝， 夏才初， ， *， 范東方， 韓常領(lǐng)

(1. 紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院， 浙江 紹興 312000； 2. 同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系， 上海 200092；3. 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 陜西 西安 71007)

0 引言

我國多年凍土約占國土面積的22.4%，主要分布于青藏高原、西部高山、東北大小興安嶺及松嫩平原北部等地[1]。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，我國已修建了多條含多年凍土層的公路隧道，積累了一些多年凍土地區(qū)隧道的防排水設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)。周晉筑[2]以昆侖山多年凍土隧道為背景，系統(tǒng)介紹了隧道洞內(nèi)全長設(shè)置雙側(cè)保溫水溝以及環(huán)、縱向排水管等防排水設(shè)計(jì)體系。劉國玉[3]介紹了大阪山公路隧道在圍巖和襯砌層之間鋪設(shè)防水板和排水板，并沿隧道全長在路基下方5 m處設(shè)置無壓防寒泄水洞，同時(shí)設(shè)置導(dǎo)水洞、盲井、盲溝、排水板等組成完整的防排水系統(tǒng)。王明陽[4]從注漿堵水、結(jié)構(gòu)自防水和系統(tǒng)排水3方面介紹了新交洞隧道的防排水技術(shù)，提出了在隧道兩側(cè)下隅角全長設(shè)置巖棉保溫層及設(shè)置PTV電熱帶進(jìn)行主動(dòng)加熱，保證排水通暢。張國柱等[5]以內(nèi)蒙古博牙高速林場隧道為背景，介紹了利用圍巖地溫實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道洞口段襯砌和保溫水溝加熱的地源熱泵型防凍保暖系統(tǒng)。夏才初等[6]分析了不同類型凍土段凍土的凍融特性，并研究了不同類型凍土段中防寒泄水洞的布置形式以及適用性，提出了一種適用于多年凍土隧道的新型防寒泄水洞。馬志富等[7]對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)隧道凍害情況進(jìn)行調(diào)研，提出了寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)的分區(qū)方法及設(shè)防建議長度。

此外，我國JTG D70—2004《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[8](簡稱《規(guī)范》)、JTG/T D70—2010《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》[9](簡稱《細(xì)則》)也對(duì)多年凍土區(qū)公路隧道的防排水設(shè)計(jì)做出了一些規(guī)定?？偨Y(jié)現(xiàn)有的規(guī)范要求和一般設(shè)計(jì)可知，含多年凍土層公路隧道防排水系統(tǒng)是在參考一般隧道設(shè)計(jì)要求及原則的基礎(chǔ)上，考慮隧址區(qū)氣候嚴(yán)寒惡劣、洞內(nèi)外溫度降低、襯砌背后圍巖受凍融影響導(dǎo)致洞內(nèi)排水不暢、路面結(jié)冰等特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，一般由隧道洞內(nèi)排水溝(主要包括雙側(cè)保溫水溝、中心深埋水溝、防寒泄水洞等)、橫向排水管、環(huán)縱向排水盲管、防水板及其墊層、隔熱保溫層等組成[10]。

但從大量的工程實(shí)踐[11-13]來看，多年凍土地區(qū)隧道建成后仍普遍出現(xiàn)滲漏水并引發(fā)不同程度的凍害。相關(guān)資料表明,已建成的多年凍土區(qū)隧道在運(yùn)營期由于凍害的影響，80%以上的隧道存在襯砌裂縫、路面結(jié)冰、排水不暢等病害現(xiàn)象，其中60%的隧道是由于排水系統(tǒng)失效出現(xiàn)了滲漏水[14]。例如，朱國偉[15]2012年對(duì)位于哈爾濱濱州線的興安嶺隧道以及杜草隧道現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，兩隧道均全長凍結(jié)，洞外溫度在-4(白天)～-17 ℃(夜間)，出現(xiàn)滲漏水、結(jié)冰等凍害，該路段道床每隔幾個(gè)小時(shí)就需鑿除一次；位于新疆的天山2號(hào)公路隧道，在建成后就發(fā)生了較為嚴(yán)重的滲漏水現(xiàn)象，且在1個(gè)月后就出現(xiàn)了排水管堵塞、路面結(jié)冰、襯砌掛冰等病害[16]；新疆玉希莫勒蓋隧道年平均氣溫-2.2 ℃，由于排水系統(tǒng)失效，出現(xiàn)路面結(jié)冰、洞頂掛冰，導(dǎo)致車輛無法通行，最終因形成冰塞而報(bào)廢[17]；另外，位于多年凍土地區(qū)的東北嫩林塔河—樟嶺白卡爾隧道、朝陽村1號(hào)隧道、恒山隧道、西羅奇2號(hào)隧道、林碧支線上的翠嶺2號(hào)隧道在隧道運(yùn)營期均出現(xiàn)了漏水風(fēng)化、排水不暢等，給行車帶來了很大的安全隱患[18]。此外，由于隧道排水溝、出水口等施工不良，也會(huì)導(dǎo)致防排水失效[19]，例如奎先隧道在進(jìn)行保溫水溝施工時(shí)，洞外出水口防寒設(shè)施不到位，導(dǎo)致出水口被凍結(jié)，凍害逐步向洞內(nèi)發(fā)展；白卡爾隧道由于保溫水溝施工時(shí)埋深不足，導(dǎo)致水溝被凍；蘭武二線黑松驛隧道，由于洞外出水口及檢查井沒有施作保溫措施導(dǎo)致結(jié)冰，水流無法排出。

上述研究表明，現(xiàn)有理論、設(shè)計(jì)規(guī)范仍存在不足之處，加上施工及監(jiān)管不到位，不能很好地解決多年凍土地區(qū)公路隧道防排水設(shè)計(jì)中遇到的問題，防排水系統(tǒng)往往會(huì)因設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)而失效。因此，對(duì)含多年凍土層的公路隧道排水系統(tǒng)的現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)分析是十分必要的；另外，典型的多年凍土隧道一般會(huì)穿越不同類型的凍土段，而現(xiàn)行設(shè)計(jì)中大多只能采用工程類比法進(jìn)行多年凍土區(qū)公路隧道防排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的合理性以及有效性無法得到保證，因此，對(duì)典型復(fù)雜的含多年凍土層公路隧道來說，排水系統(tǒng)應(yīng)該如何進(jìn)行分段設(shè)計(jì)以及各分段之間該如何銜接也是急需解決的問題。本文考慮含多年凍土層公路隧道可能穿越的凍土類型，通過總結(jié)規(guī)范及現(xiàn)行排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一般規(guī)定和設(shè)計(jì)原則，分析其在現(xiàn)行設(shè)計(jì)中的潛在問題，提出含多年凍土層公路隧道排水設(shè)施的分段設(shè)計(jì)及各分段之間的相互銜接技術(shù)，以期為多年凍土區(qū)公路隧道排水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)提供依據(jù)和參考。

1 現(xiàn)行規(guī)范中的排水設(shè)計(jì)原則及潛在問題

1.1 規(guī)范要求和一般設(shè)計(jì)

現(xiàn)行《規(guī)范》及《細(xì)則》對(duì)嚴(yán)寒及多年凍土區(qū)公路隧道的排水設(shè)計(jì)做出如下專門規(guī)定：

1)寒冷且富含地下水的隧道，當(dāng)最冷月平均氣溫為-10～-15 ℃時(shí)，當(dāng)?shù)仞ば酝羶鼋Y(jié)深度為1～1.5 m，宜采用雙側(cè)淺埋保溫水溝，其埋深按當(dāng)?shù)仞ば酝磷畲髢鼋Y(jié)深度考慮；

2)當(dāng)最冷月平均氣溫為-15～-25 ℃時(shí)，當(dāng)?shù)仞ば酝羶鼋Y(jié)深度為1.5～2.5 m，宜采用中心深埋水溝，將水溝埋置于洞內(nèi)相應(yīng)的凍結(jié)深度以下，利用低溫達(dá)到水溝內(nèi)水流不凍結(jié)的目的；

3)當(dāng)最冷月平均氣溫低于-25 ℃，當(dāng)?shù)仞ば酝羶鼋Y(jié)深度大于2.5 m時(shí)，在主洞隧道以下宜采用防寒泄水洞，泄水洞設(shè)置應(yīng)低于圍巖最大凍結(jié)深度。

上述設(shè)計(jì)的依據(jù)是通過對(duì)我國東北、華北等嚴(yán)寒地區(qū)已建鐵路隧道的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)最冷月平均氣溫為-10～-15 ℃時(shí)，如果只設(shè)計(jì)水溝而不采取防寒保溫措施，水溝將會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)現(xiàn)象，而采取雙側(cè)淺埋保溫水溝(埋深1.2～1.6 m)則不會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)；當(dāng)最冷月平均氣溫為-15～-25 ℃時(shí)，如采用淺埋保溫水溝，隧道洞內(nèi)圍巖一定范圍內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)，所以這種情況下宜設(shè)置中心深埋水溝；當(dāng)最冷月平均氣溫低于-25 ℃，且圍巖的凍結(jié)深度在5.5 m以上時(shí)，洞內(nèi)如果設(shè)置中心深埋水溝，施工時(shí)采用明挖法，不僅施工困難、對(duì)凍土圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)，且遇到松軟圍巖時(shí)，深挖拉槽還會(huì)影響邊墻的穩(wěn)定性，宜設(shè)置防寒泄水洞。

1.2 現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)定中的潛在問題

從上述一般設(shè)計(jì)要求可以看出，《規(guī)范》僅以最冷月平均氣溫及當(dāng)?shù)仞ば酝羶鼋Y(jié)深度范圍來進(jìn)行多年凍土區(qū)公路隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而沒有專門針對(duì)不同類型凍土段的排水設(shè)計(jì)做出規(guī)定。但實(shí)際上，當(dāng)某地區(qū)地面年平均溫度低于0 ℃時(shí)就有了多年凍土發(fā)育的可能，當(dāng)?shù)孛孀罾湓缕骄鶜鉁氐陀? ℃就可能產(chǎn)生季節(jié)凍土；除了這2類凍土外，多年凍土地區(qū)隧道還可能穿越非凍土層，由于地?zé)岬拇嬖?，這類土體溫度為正溫；而季節(jié)凍土下限一般為地表下幾m，因此，由于隧道埋深的不同，多年凍土區(qū)公路隧道往往不是從單一的凍土層穿過，而是一般會(huì)被分成不同類型的凍土段，包括季節(jié)凍土段、多年凍土段以及非多年凍土段，如圖1所示[20]。而季節(jié)凍土層多位于洞口兩端且長度較短，對(duì)于一整座隧道而言，季節(jié)凍土層的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法大多與相連的多年凍土或非凍土段合并在一起考慮，故含多年凍土層的公路隧道應(yīng)重點(diǎn)研究多年凍土段和非凍土段的排水設(shè)計(jì)。

圖1 穿越季節(jié)凍土、多年凍土和非凍土的隧道

Fig. 1 Tunnel crossing through seasonal frozen soil, permafrost and non-frozen soil

不同凍土段的凍土特性、地下水賦存情況及排水設(shè)施的布置對(duì)凍土的擾動(dòng)情況等均不相同，因此，僅依靠最冷月平均氣溫來進(jìn)行隧道全長的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不一定合理，在隧道建成運(yùn)營后會(huì)出現(xiàn)不同程度的病害。此外，《規(guī)范》僅強(qiáng)調(diào)了低溫條件下路面及路基下排水溝的設(shè)置而沒有重視各種排水盲管、盲溝的保溫處理，從工程實(shí)踐看，很多防排水系統(tǒng)的失效都是從這些排水盲管、盲溝被凍結(jié)堵塞開始的。因此，多年凍土區(qū)公路隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)在《規(guī)范》規(guī)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同類型凍土的特點(diǎn)以及地下水發(fā)育情況進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，同時(shí)還應(yīng)考慮相鄰2段排水系統(tǒng)之間的相互銜接。

2 多年凍土隧道排水系統(tǒng)分段設(shè)計(jì)及各分段間的銜接技術(shù)

2.1 不同類型凍土段的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

多年凍土區(qū)公路隧道進(jìn)行排水設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮穿越的凍土類型以及地下水發(fā)育情況，參考現(xiàn)有的規(guī)范規(guī)定并結(jié)合工程地質(zhì)條件對(duì)沿隧道縱向的排水系統(tǒng)進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，并考慮襯砌背后各種環(huán)向縱向排水盲管、盲溝、路面下橫向排水管的保溫處理，避免凍害的發(fā)生[21]。

2.1.1 季節(jié)凍土段

季節(jié)凍土段位于洞口兩端且下限一般只有地下幾m，其排水設(shè)計(jì)對(duì)整座隧道影響不大，現(xiàn)有《規(guī)范》也沒有專門針對(duì)洞口季節(jié)凍土段防排水設(shè)計(jì)做出規(guī)定，其排水設(shè)計(jì)一般按與之相連的多年凍土段或非凍土段考慮。隧道開挖后，洞口季節(jié)凍土段冬季受到外界低溫的影響，往往會(huì)導(dǎo)致襯砌背后環(huán)向、縱向排水設(shè)施以及路面下橫向排水管發(fā)生凍結(jié)。因此，季節(jié)凍土段還需在洞內(nèi)襯砌表面、洞口段一定范圍內(nèi)路面以下或橫向排水管外側(cè)鋪設(shè)保溫材料，防止襯砌背后排水設(shè)施以及路面下橫向排水管凍結(jié)。

2.1.2 多年凍土段

多年凍土段外來水源較少，同時(shí)為了保護(hù)多年凍土的原始狀態(tài)，避免防寒泄水洞或中心深埋水溝施工時(shí)對(duì)多年凍土的擾動(dòng)而使多年凍土層發(fā)生融沉變形，多年凍土段的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅需設(shè)置保溫水溝排出少量的地下水，并采用帷幕注漿防止季節(jié)凍土或非多年凍土段的水流向多年凍土。

2.1.3 非凍土段

現(xiàn)有的寒區(qū)隧道設(shè)計(jì)往往只強(qiáng)調(diào)了路基下排水設(shè)置的防凍，而沒有重視環(huán)向、縱向、橫向排水管的保溫處理，這會(huì)造成襯砌背后環(huán)、縱向排水管被凍，無法經(jīng)橫向排水管進(jìn)入中心深埋水溝或防寒泄水洞。因此，非凍土段排水系統(tǒng)應(yīng)在《規(guī)范》規(guī)定的基礎(chǔ)上，綜合考慮地下水量的大小及最冷月平均氣溫來設(shè)置排水形式，如表1所示；同時(shí)還需采取適當(dāng)?shù)拇胧?，保證隧道各個(gè)位置處的排水系統(tǒng)不凍結(jié)，如通過在洞內(nèi)鋪設(shè)保溫層，防止襯砌與二次襯砌之間環(huán)向排水管不凍結(jié)；對(duì)拱腳處的縱向排水管敷設(shè)保溫材料和防水材料；對(duì)于橫向排水管，位于隧道圍巖最大凍結(jié)深度以上的部分進(jìn)行防凍保溫處理，以防止其受凍。

表1 非凍土段排水系統(tǒng)布置形式

2.2 各分段間排水系統(tǒng)的相互銜接

在進(jìn)行多年凍土隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了應(yīng)根據(jù)凍土類型選擇每個(gè)分段合適的排水形式外，還應(yīng)考慮各個(gè)分段之間排水系統(tǒng)的相互銜接。由多年凍土隧道可能穿越的凍土類型來看，不同類型凍土段之間排水系統(tǒng)的銜接可以分為以下3種情況： 1)季節(jié)凍土段和多年凍土段排水系統(tǒng)的銜接； 2)季節(jié)凍土段和非凍土段排水系統(tǒng)的銜接； 3)多年凍土段和非凍土段排水系統(tǒng)的銜接。在實(shí)際工程中，季節(jié)凍土段按與之相連的凍土段或非凍土段設(shè)計(jì)。下面對(duì)多年凍土段和非凍土段排水設(shè)計(jì)及銜接進(jìn)行重點(diǎn)分析，考慮到隧道坡度有單坡和人字坡2種常見型式，在分析中將根據(jù)坡度情況分別討論。

2.2.1 多年凍土段和非凍土段排水系統(tǒng)的銜接

由上述可知，當(dāng)多年凍土段采用保溫水溝排水時(shí)，則與非凍土段的銜接就有保溫水溝分別與保溫水溝、中心深埋水溝以及防寒泄水洞連接這3種情況。

2.2.1.1 “保溫水溝-保溫水溝”的銜接

此種情況最為簡單，無論隧道是單坡還是人字坡，只需將2段保溫水溝相連接即可。

2.2.1.2 “保溫水溝-中心深埋水溝”的銜接

1)當(dāng)隧道為單坡時(shí)，地勢高的一端的地下水是從多年凍土段流向非凍土段(見圖2)，此時(shí)，可按圖3所示的方法處理多年凍土段保溫水溝和非凍土段中心深埋水溝的銜接，即在多年凍土與非凍土交界處施作引水洞，將多年凍土段保溫水溝中的地下水引至中心深埋水溝；而對(duì)于地勢低的一端，非凍土段的地下水若要排出洞外，需經(jīng)過多年凍土，這樣就需要在多年凍土段下部修建排水設(shè)施與非凍土段相連接，但這樣不僅會(huì)對(duì)多年凍土產(chǎn)生擾動(dòng)，從而影響隧道結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)還會(huì)影響施工進(jìn)度。故應(yīng)使地勢低的一端的排水不經(jīng)過多年凍土段排出，其排水設(shè)計(jì)與人字坡類似，將在下文論述。

圖2 多年凍土與非凍土銜接示意圖

2)當(dāng)隧道為人字坡時(shí)，非凍土段的地下水同樣需經(jīng)過多年凍土段進(jìn)而排出洞外，而且是需經(jīng)過進(jìn)、出口兩端。為解決上述問題，可以使隧道多年凍土段與非凍土段的排水系統(tǒng)相互獨(dú)立，在多年凍土段與非凍土段交界處，根據(jù)隧道左右線間距、山體形貌等因素，分為以下2類情況將左、右線非凍土段的地下水不經(jīng)多年凍土段而引至洞外，讓非凍土段的地下水不經(jīng)過多年凍土下方而排出洞外，具體措施如下[22]：

①通過設(shè)置地下排水洞，將左、右線中心深埋水溝中的水直接排至一側(cè)山體之外。當(dāng)隧道多年凍土段與非凍土段的交界處有比到洞口短的山體表面出口時(shí)，地下排水洞從該處引出山體外。若隧道左右線間距較大，可以將地下排水洞布置在左右線之間，如圖4所示；若隧道左右線間距較小，可以將地下排水洞布置在山體一側(cè)，如圖5所示。當(dāng)?shù)叵屡哦次挥诜莾鐾林袝r(shí)，其埋深只需大于隧址最大凍結(jié)深度即可，可以利用地溫使得水流在冬季不被凍結(jié)；當(dāng)?shù)叵屡潘次挥诙嗄陜鐾林袝r(shí)，需采取保溫措施以防止水流被凍結(jié)。

圖3 保溫水溝與中心深埋水溝的銜接

Fig. 3 Connection between thermal insulation ditch and center deep-buried ditch

(a) 橫剖面圖

(b) 平面布置圖

1—縱向排水管； 2—橫向排水管； 3—中心深埋水溝； 4—環(huán)向排水管； 5—地下排水洞； 6—導(dǎo)水洞； 7—多年凍土段； 8—非凍土段。

圖4 地下排水洞提前出洞時(shí)排水系統(tǒng)布置圖(左右線間距較大)

Fig. 4 Layout of drainage system when underground drainage ditch exits in advance (large spacing between left and right lines)

(a) 橫剖面圖

(b) 平面布置圖

1—縱向排水管； 2—橫向排水管； 3—中心深埋水溝； 4—環(huán)向排水管； 5—地下排水洞； 6—導(dǎo)水洞； 7—多年凍土段； 8—非凍土段。

圖5 地下排水洞提前出洞時(shí)排水系統(tǒng)布置圖(左右線間距較小)

Fig. 5 Layout of drainage system when underground drainage ditch exits in advance (small spacing between left and right lines)

②通過設(shè)置地下排水洞，將左、右線中心深埋水溝中的水沿隧道軸向排出洞外。當(dāng)隧道多年凍土段與非凍土段的交界處沒有比到洞口短的山體表面出口時(shí)，為了使左、右線中心深埋水溝(或防寒泄水洞)中的水順利排出洞外，可以將地下排水洞沿隧道軸向方向布置。

若隧道左、右線間距較大，在左右線之間合適位置處布置地下排水洞，為保證主洞結(jié)構(gòu)安全，隧道左、右線多年凍土段應(yīng)位于地下排水洞施工開挖影響范圍之外；同時(shí)使隧道左、右線多年凍土段位于地下排水洞溫度影響范圍之外，以避免主洞附近多年凍土融化，產(chǎn)生融沉現(xiàn)象。此外，因隧道左、右線中間的地下排水洞直接穿過多年凍土，為避免水流凍結(jié)、保證排水系統(tǒng)的通暢，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?。地下排水洞沿隧道軸線方向從多年凍土段與非凍土段交界處開始，至隧道洞口處截止，在隧道多年凍土段與非凍土段交界處將左、右線中心深埋水溝中的水經(jīng)導(dǎo)水洞引至地下排水洞并排出洞外，如圖6所示。

若隧道左、右線間距較小，根據(jù)地形、地質(zhì)條件及出口山坡情況，在隧道左線或右線外側(cè)合適位置布設(shè)地下排水洞，使隧道左、右線多年凍土段位于地下排水洞施工開挖以及凍融影響范圍之外。此外，應(yīng)使多年凍土段與非凍土段交界處的中心深埋水溝到地下排水洞的距離最短，以節(jié)省建設(shè)投資。若地下排水洞沿隧道軸向方向所穿越地層為多年凍土，則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋卮胧┮员苊馑鲀鼋Y(jié)；若為非凍土，則只需使地下排水洞的埋深大于隧址最大凍結(jié)深度即可，利用地溫避免水流在冬季被凍結(jié)，而無需再采取保溫措施。地下排水洞沿隧道軸線方向從多年凍土段與非凍土段交界處開始，至隧道洞口外排水洞保溫出水口處截止，如圖7所示。

(a) 縱剖面圖

(b) 平面布置圖

3—中心深埋水溝； 5—地下排水洞； 6—導(dǎo)水洞； 7—多年凍土段； 8—非凍土段； 9—隧道主洞。

圖6 地下排水洞布置在左右線之間的排水系統(tǒng)布置圖(左右線間距較大)

Fig. 6 Drainage system layout of underground drainage ditch arranged between left and right lines (large spacing between left and right lines)

上述排水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于： 1)用1條地下排水洞替代左右2條隧道凍土段下部的排水結(jié)構(gòu)，還可以節(jié)省施工成本； 2)通過隧道左、右線中間或軸線外側(cè)的地下排水洞，在多年凍土段與非凍土段交界處將非多年凍土段的地下水不經(jīng)多年凍土段而引至洞外，由于不再需要在隧道多年凍土段處增加其他排水結(jié)構(gòu)，極大地減少了人為施工活動(dòng)對(duì)隧道洞內(nèi)結(jié)構(gòu)安全性和施工進(jìn)度的影響，同時(shí)也使得多年凍土段不受施工影響而產(chǎn)生擾動(dòng)，有利于隧道結(jié)構(gòu)安全以及長期穩(wěn)定； 3)當(dāng)隧道為單線時(shí)，此類排水結(jié)構(gòu)布置形式仍然適用。

2.2.1.3 “保溫水溝-防寒泄水洞”的銜接

這種情況和第2種情況類似，只是中心深埋水溝變成了防寒泄水洞。

2.2.2 施工實(shí)施步驟[21]

1)隧道施工應(yīng)“保護(hù)凍土，防融防凍”，多年凍土段選擇在冬季施工，防止發(fā)生凍土融沉破壞。隧道開挖后，對(duì)開挖范圍的圍巖進(jìn)行預(yù)加固及初期支護(hù)。

2)在多年凍土段初期支護(hù)及二次襯砌仰拱完成后，沿隧道鋪設(shè)環(huán)、縱向排水管，通過橫向排水管與保溫水溝相連。

3)地下排水洞的布設(shè)位置根據(jù)隧道左右線間距選擇，采用暗挖法施工，挖至多年凍土段與非凍土段交界處。

4)在非凍土段下臺(tái)階落底后，分段施作初期支護(hù)仰拱，開挖隧底中心深埋水溝及預(yù)埋橫向排水管，埋設(shè)后完成中間剩余初期支護(hù)仰拱，澆筑二次襯砌仰拱。在非凍土與多年凍土交界處，施作導(dǎo)水洞與中心深埋水溝、防寒泄水洞相連。

5)當(dāng)隧道開挖至非凍土段，按設(shè)計(jì)深度及尺寸施工深埋中心水溝，橫向排水管與拱腳的縱向排水管相連，施作初期支護(hù)仰拱、二次襯砌仰拱、鋪設(shè)防水板、保溫層。

(a) 橫剖面圖

(b) 平面布置圖

1—縱向排水管； 2—橫向排水管； 3—中心深埋水溝； 4—環(huán)向排水管； 5—地下排水洞； 6—導(dǎo)水洞； 7—多年凍土段； 8—非凍土段。

圖7 地下排水洞布置在左右線一側(cè)的排水系統(tǒng)布置圖(左右線間距較小)

Fig. 7 Drainage system layout of underground drainage ditch arranged on one side of left and right sides (small spacing between left and right lines)

3 結(jié)論與討論

本文針對(duì)多年凍土區(qū)公路隧道可能穿越不同類型凍土段的復(fù)雜情況，結(jié)合規(guī)范及現(xiàn)行設(shè)計(jì)中的一般規(guī)定和設(shè)計(jì)方法，對(duì)其潛在問題進(jìn)行分析，提出多年凍土隧道排水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同類型凍土段進(jìn)行分段設(shè)計(jì)；考慮不同類型凍土段排水設(shè)施的不同，提出了各分段間的相互銜接技術(shù)。主要結(jié)論與討論如下：

1)多年凍土隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)參照《規(guī)范》，并在此基礎(chǔ)上考慮隧道穿越的凍土類型以及地下水發(fā)育情況進(jìn)行分段設(shè)計(jì)。

2)典型的多年凍土隧道往往不是從單一的凍土層中穿過，而是被分成不同類型的凍土段；而不同類型凍土段排水系統(tǒng)設(shè)置形式不同，各凍土段的排水系統(tǒng)應(yīng)相互銜接，并應(yīng)結(jié)合隧道坡度情況進(jìn)行合理選擇。

3)多年凍土段與非多年凍土段相互連接時(shí)，當(dāng)非凍土段設(shè)置有中心深埋水溝或防寒泄水洞時(shí)，為減少對(duì)多年凍土的擾動(dòng)，應(yīng)使非凍土段的地下水不流經(jīng)多年凍土下方而排出洞外。可根據(jù)山體形貌或隧道左、右線間距情況選擇通過一條地下排水洞將左、右線中心深埋水溝中的水直接排至一側(cè)山體之外或者沿隧道軸向排出洞外。

在以后的研究中，可根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)一步優(yōu)化和完善排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更加合理。