淺析路橋隧道工程設(shè)計(jì)中防水設(shè)計(jì)的優(yōu)化

王聯(lián)幫

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055）

為滿足人們的出行需要，當(dāng)前我國路橋隧道工程數(shù)量不斷上升，相較于其他工程，路橋隧道工程施工難度、建設(shè)成本相對較高，為進(jìn)一步延長工程的使用壽命，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)當(dāng)明確防水設(shè)計(jì)工作的重要性，并對設(shè)計(jì)中的防水設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以便降低工程施工時(shí)出現(xiàn)滲漏問題的可能性。

1 路橋隧道工程中防水設(shè)計(jì)的意義

隧道工程是一種修建于地下或水下的建筑物，在實(shí)際應(yīng)用過程中可以通過維持地下或水下空間孔道穩(wěn)定與周圍環(huán)境產(chǎn)生一定隔離的方式，使人們能夠更好地實(shí)現(xiàn)地下或水下空間的有效利用。由于我國是一個(gè)多山的國家，山地在我國國土中所占的面積比例高達(dá)75%，并且我國河流、海域空間廣闊，現(xiàn)階段，為實(shí)現(xiàn)國土空間資源的有效利用，隧道工程在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中有著極為重要的位置。隧道主要包括交通隧道、水工隧道以及礦山隧道等部分內(nèi)容，在我國較為常用的路橋隧道工程設(shè)計(jì)方法為新奧法，這種方法在應(yīng)用時(shí)，首先，需要將防水板鋪設(shè)在初期支護(hù)與二次初砌層之間，然后將無紡?fù)凉げ间佋O(shè)在防水板與支護(hù)面間充當(dāng)緩沖層，在當(dāng)前的工程施工過程中，為降低工程的施工難度，大部分無紡?fù)凉げ寂c防水板在出廠時(shí)就已經(jīng)完成了兩者間的膠合工作。其次，在進(jìn)行第二次砌筑工作時(shí)，為提升結(jié)構(gòu)的防水性，需要在混凝土中添加適量的防水劑，并且控制添加了防水劑的混凝土抗?jié)B性能夠達(dá)到S6。最后，利用縱向、橫向的彈簧軟管或塑料管構(gòu)成的排水管系，將二襯背后的積水導(dǎo)入排水溝內(nèi)，一般情況下，這種設(shè)計(jì)方法可以滿足路橋隧道工程的積水導(dǎo)出需要，但需要注意的是，這一技術(shù)方法對隧道內(nèi)的兩板混凝土搭接處、隧道接口處等位置發(fā)生的內(nèi)襯滲水問題無法進(jìn)行有效的解決，而上述部分的滲水將會(huì)對隧道的正常使用造成極為不利的影響。在路橋隧道工程的施工過程中，加強(qiáng)設(shè)計(jì)施工的防水管理，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)隧道工程質(zhì)量的有效提升，還能從根本上降低隧道各類病害出現(xiàn)的可能性，從而達(dá)到延長隧道工程使用壽命，保證人們生命財(cái)產(chǎn)安全的目的。

2 路橋隧道工程防水設(shè)計(jì)中存在的問題

盡管防水設(shè)計(jì)在隧道工程施工運(yùn)營過程中發(fā)揮著極為重要的作用，但受人們設(shè)計(jì)理念、工程建材、防水設(shè)備運(yùn)用、技術(shù)方式應(yīng)用等方面存在一定問題的影響，路橋隧道工程的防水設(shè)計(jì)仍存在一定的問題，這一情況的出現(xiàn)，在縮短了工程使用壽命的同時(shí)，增大了工程運(yùn)維管理的成本。

2.1 設(shè)計(jì)理念

在當(dāng)前的路橋隧道工程設(shè)計(jì)過程中，提升工程的防水能力，是一項(xiàng)極為必要的工作，但受“以排為主” 設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，使得當(dāng)前工程設(shè)計(jì)過程中隧道結(jié)構(gòu)與圍巖間的密實(shí)作用效果被削弱，進(jìn)而增大了工程出現(xiàn)滲漏問題的可能性。具體來說，從路橋隧道工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來說，隧道主要由內(nèi)、外兩層復(fù)合而成，其中襯砌內(nèi)層大多為二次襯砌，這樣結(jié)構(gòu)大多是由現(xiàn)澆的素混凝土或鋼筋混凝土所構(gòu)成的； 襯砌外層在初期設(shè)計(jì)時(shí)主要為柔性支護(hù)，構(gòu)成這一結(jié)構(gòu)的材料主要包括錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土等。在路橋隧道工程設(shè)計(jì)施工過程中，在內(nèi)、外層鋪設(shè)防水層時(shí)，由于外層表面不夠平滑，導(dǎo)致防水層在鋪設(shè)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)空洞，這些空洞的存在將會(huì)降低內(nèi)、外層襯砌結(jié)合的緊密度下降，進(jìn)而降低整體結(jié)構(gòu)對壓力的承受能力。在路橋隧道工程投入使用時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)的受力方式為： 外層先受力，然后內(nèi)層再受力，內(nèi)、外襯砌間結(jié)合緊密度不足將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)、外層受力不均，在降低復(fù)合初砌結(jié)構(gòu)總體承重能力的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂痕，進(jìn)而導(dǎo)致隧道漏水問題的出現(xiàn)。從設(shè)計(jì)施工人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)角度來說，在進(jìn)行路橋隧道工程I、Ⅱ類圍巖初期支護(hù)時(shí)，大部分設(shè)計(jì)施工人員直接選用工字型鋼拱架或鋼格柵拱架，受圍巖種類不同的影響，相同的支護(hù)拱架并不能完全滿足隧道穩(wěn)定性的需要，進(jìn)而對工程質(zhì)量的提升產(chǎn)生了一定的影響。

2.2 工程建材

對當(dāng)前部分路橋隧道工程滲水問題出現(xiàn)原因進(jìn)行分析后可以了解到，受工程設(shè)計(jì)時(shí)對材料要素的要求相對較低，并未明確指出施工要求，一些防水材料老化速度相對較快等因素的影響，路橋隧道工程在一段時(shí)間的使用后就可能會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，在威脅工程整體質(zhì)量安全的同時(shí)，增加了工程整體的維護(hù)管理難度與成本。以當(dāng)前路橋隧道工程施工過程中必須使用的防水板為例，在建材選擇過程中，若防水板的抗?jié)B性、拉伸、韌性等性能中的任意一項(xiàng)指標(biāo)存在問題，都會(huì)破壞路橋隧道工程防水系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而導(dǎo)致路橋隧道工程在后續(xù)使用過程中出現(xiàn)滲漏問題。同時(shí)，即便防水板在出廠時(shí)并不存在問題，若在運(yùn)輸儲(chǔ)存過程中因磕碰、銳器刺破等情況出現(xiàn)破損現(xiàn)象，并且在使用過程中未曾發(fā)現(xiàn)這些問題，及時(shí)采取合適的補(bǔ)救措施，那么路橋隧道工程的防水系統(tǒng)同樣會(huì)出現(xiàn)一些問題，對工程整體效果產(chǎn)生不利影響。

3 優(yōu)化路橋隧道工程防水設(shè)計(jì)的具體方式

對我國現(xiàn)已建成的通車隧道進(jìn)行調(diào)查分析后可以發(fā)現(xiàn)，約有30%的已建成鐵路、公路隧道存在嚴(yán)重的滲漏問題，這種情況不僅會(huì)降低隧道結(jié)構(gòu)的使用壽命，還會(huì)危害行車安全、腐蝕隧道設(shè)備，為降低上述問題出現(xiàn)的可能性，優(yōu)化隧道工程防水設(shè)計(jì)成為了一項(xiàng)極為必要的工作。

3.1 樹立新型的防水設(shè)計(jì)理念

在當(dāng)前的路橋隧道工程設(shè)計(jì)過程中，為進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量，為后續(xù)工程施工活動(dòng)的順利開展打下良好的基礎(chǔ)，首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確路橋隧道工程所在區(qū)域隧道巖體各方面性能參數(shù)進(jìn)行書面與實(shí)地的調(diào)查分析測算，并且在設(shè)計(jì)過程中，對于圍巖體穩(wěn)定性較差的區(qū)域，可以通過超前支護(hù)或超前加固，并且在正式施工前，先進(jìn)性護(hù)頂操作，然后再進(jìn)行施工開挖處理的方式，保證施工活動(dòng)能夠順利進(jìn)行，同時(shí)，若在檢查過程中發(fā)現(xiàn)圍巖區(qū)域存在滲水流，需要設(shè)置橡膠帶盲溝，對滲水流進(jìn)行引流處理。其次，為進(jìn)一步提升工程施工的整體質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確當(dāng)前與路橋隧道工程施工相關(guān)的新技術(shù)與新方法，然后在考慮到工程所在區(qū)域盾構(gòu)隧道受力特征的基礎(chǔ)上，對隧道設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，然后選擇合適的施工技術(shù)方法，降低工程因施工技術(shù)應(yīng)用不合理所導(dǎo)致的縫隙出現(xiàn)的可能性。最后，為進(jìn)一步提升工程施工管理活動(dòng)的規(guī)范性，應(yīng)當(dāng)依據(jù)工程設(shè)計(jì)方案制定合理的施工技術(shù)應(yīng)用管理方案，在為后續(xù)工程施工活動(dòng)提供參照的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)隧道工程防水系統(tǒng)的有效配置，為隧道運(yùn)營管理工作的順利開展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 選擇合適的工程建材

對于路橋隧道工程來說，為保證工程整體質(zhì)量能夠符合預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求，在工程設(shè)計(jì)階段依據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的工程建材，不僅可以提升工程的防水效果，還能為工程造價(jià)核算、建材選購等工作的順利開展提供有效的參照。仍以防水板的選擇使用為例，首先，在選擇防水板時(shí)，應(yīng)依據(jù)工程施工設(shè)計(jì)對防水板的參數(shù)要求，在滿足工程施工要求的基礎(chǔ)上，盡可能選擇具有較高性價(jià)比的防水板，并且在材料運(yùn)輸過程中，通過在防水板周圍包裹棉被、泡沫填充物等方式，避免防水板因磕碰、尖銳物品撞擊而出現(xiàn)質(zhì)量問題； 其次，在防水板使用前，需要對其質(zhì)量進(jìn)行檢查，在保證防水板并不存在裂縫、孔洞等問題后，依據(jù)設(shè)計(jì)方案，將其安裝到相應(yīng)位置。再次，在防水板安裝過程中，應(yīng)在防水板內(nèi)側(cè)或隧道邊墻處增加機(jī)械保護(hù)裝置，在避免防水板安裝過程中出現(xiàn)問題可能性的同時(shí)，降低工作人員檢修防水板所產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)。最后，為進(jìn)一步提升隧道工程整體結(jié)構(gòu)的防水效果，施工人員在施工過程中可以在二襯內(nèi)壁鋪設(shè)防水板，在降低后續(xù)防水板維護(hù)管理難度的同時(shí)，盡量使防水板與襯砌混凝土兩者的老化時(shí)間相貼近。

4 優(yōu)化路橋隧道工程防水設(shè)計(jì)的實(shí)例分析

4.1 工程概況

在進(jìn)行某高速公路的施工過程中，需要建立一條雙向通行的車道，為進(jìn)一步提升工程的施工速度，在設(shè)計(jì)時(shí)決定該工程隧道采用左右兩幅施工的方式，并且隧道左幅長度為438.4m，右幅長度為440.2m。開展隧道預(yù)計(jì)施工區(qū)域?qū)嵉乜疾爝^程中發(fā)現(xiàn)，由于該工程所在區(qū)域降水量相對較大，地下水位也比較高，周圍巖富水性并不均衡，因此，在施工及后續(xù)使用過程中出現(xiàn)滲水問題的可能性相對較大?，F(xiàn)階段，為切實(shí)解決這一問題，該工程相關(guān)設(shè)計(jì)人員在明確該工程所在區(qū)域?qū)嶋H情況、防水需要的基礎(chǔ)上，通過對防水設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的方式，降低了該工程后續(xù)滲漏問題出現(xiàn)的可能性。

4.2 設(shè)計(jì)原則

在該工程設(shè)計(jì)階段，相關(guān)工作人員以“防排堵截” 作為防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，并且在考慮到該工程隧道穿越斷層地段實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，制定了綜合治理、因地制宜的防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工規(guī)劃原則。首先，由于該工程施工區(qū)域地下水流量相對較大，因此，在進(jìn)行防水處理系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)人員提高了路線設(shè)計(jì)的優(yōu)先級(jí)，在盡量降低工程施工對周圍生態(tài)環(huán)境影響的基礎(chǔ)上，通過采用合適的工程施工建材、保證結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)完整性等方式，進(jìn)一步提升該工程整體質(zhì)量安全。具體來說，為避免地下水對混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕而產(chǎn)生的滲漏問題，在進(jìn)行隧道防水體系設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員在保證該工程施工符合隧道工程施工技術(shù)規(guī)程要求以及環(huán)保、衛(wèi)生安全等法律規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過提升隧道系統(tǒng)防水等級(jí)、設(shè)計(jì)排水盲溝等方式，降低地下水對隧道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的侵蝕。如圖1 所示，該工程隧道防水系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)為襯砌機(jī)構(gòu)，為降低工程結(jié)構(gòu)滲水情況出現(xiàn)的可能性，需要保證二次襯砌防水混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C35，抗?jié)B等級(jí)在P8級(jí)以上，同時(shí)，二次襯砌頂拱位置應(yīng)設(shè)計(jì)有灌漿孔，保證混凝土的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)施工、通車后該隧道內(nèi)積水的順利排出，可以在隧道內(nèi)設(shè)計(jì)雙邊溝與中央明溝，將滲水及時(shí)排出隧道。

4.3 隧道防水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

圖1 防排水設(shè)計(jì)斷面示意圖

4.4 防水材料的選擇

在該工程設(shè)計(jì)過程中，選擇的防水材料主要包括EVA復(fù)合排水板、SPJ型遇水膨脹橡膠材質(zhì)防水條、防水帶。其中復(fù)合排水板主要由乙烯—醋酸乙烯酯共聚物（EVA） 所構(gòu)成，該材料呈半透明的狀態(tài)，在實(shí)際使用時(shí)，有著良好的耐候性與耐低溫性，不僅在使用過程中有著較大的延伸率，良好的環(huán)保性，在該工程正式施工前，通過對這種排水板經(jīng)過處理，使其呈現(xiàn)相應(yīng)的凹凸排水槽的方式，可以實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)滲水的有效排出。同時(shí)，在排水板的使用過程中，遇水膨脹橡膠防水條與防水帶可以避免滲水的泄漏，從而達(dá)到進(jìn)一步提升隧道內(nèi)整體防水性能的目的。

4.5 施工注意事項(xiàng)

在該工程施工過程中，為提升襯砌結(jié)構(gòu)的防水性，選用了高性能的防水混凝土，并且采用分層澆筑的方式，提升隧道工程整體結(jié)構(gòu)防水性，由于襯砌防水不僅是隧道防水系統(tǒng)中的第二道防水體系，還是隧道防水系統(tǒng)中的最后一道防線，在進(jìn)行防水襯砌處理時(shí)，不僅應(yīng)當(dāng)選用防水混凝土，還需要為施工過程中可能產(chǎn)生的施工縫、沉降縫、伸縮縫制定有效的防水處理方案，以便為后續(xù)工程施工的順利進(jìn)行提供有效的參照。舉例來說，在進(jìn)行施工縫防水處理方案制定時(shí)，就應(yīng)當(dāng)依據(jù)施工縫形式與變形的不同，選擇合適的方式施工工藝，比方說，在處理縱向水平施工縫時(shí)，就可以將防水材料埋入混凝土小邊墻開挖的溝槽中。同時(shí)，為避免防水板施工縫隙、空洞的存在，影響隧道整體防水系統(tǒng)的性能。在防水板施工過程中，一方面先用墊片固定土工布，然后將防水板與熱熔墊片進(jìn)行有效熔接，降低防水板脫落的可能性； 另一方面，為避免出現(xiàn)混凝土空鼓現(xiàn)象，需要將防水板接縫與襯砌施工縫隙錯(cuò)開1 ～2m，并且控制鋪設(shè)的防水板平整，基本封閉。

5 結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前的路橋隧道工程的設(shè)計(jì)過程中，明確其防水設(shè)計(jì)存在的不足，并對問題進(jìn)行針對性優(yōu)化，們已經(jīng)成為切實(shí)提升工程施工質(zhì)量，保障人們正常出行安全的關(guān)鍵點(diǎn)之一。