基于歐洲標(biāo)準(zhǔn)的隧道防排水設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

劉澤，鐘華湘，朱曉義

（1.中國建筑第五工程局有限公司，長沙 410004；2.中國建筑股份有限公司阿爾及利亞公司，阿爾及爾16101）

1 引言

隧道防排水設(shè)計(jì)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂?、水文、工程地質(zhì)條件，遵循以“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，針對(duì)地表水、地下水進(jìn)行綜合處理，使隧道內(nèi)外形成一個(gè)完整通暢的防排水系統(tǒng)，減小隧道施工期地下水造成的安全隱患，保證隧道建成運(yùn)營后主體結(jié)構(gòu)和電器設(shè)備的正常使用，最終達(dá)到行車安全的目的。

2 工程概況

阿爾及利亞南北高速公路項(xiàng)目起于布利達(dá)省希法鎮(zhèn)，止于麥地亞省布魯瓦吉亞市，全長53 km。在希法峽谷最窄段，以兩個(gè)長度分別為2.4 km的連續(xù)隧道穿越阿特拉斯山脈，T1隧道位于希法鎮(zhèn)以南約6 km處，T2隧道止于哈姆達(dá)尼亞鎮(zhèn)。

隧道所在區(qū)域?qū)俚蜕狡露傅孛?，地形起伏大，“V”字形沖溝發(fā)育，自然坡面一般為30°~50°。該地區(qū)的特點(diǎn)是冬季寒冷多雨，夏季炎熱干燥，屬于典型的大陸特性的半炎熱地中海氣候,年平均氣溫17℃，年平均降雨量為1 150~1 300 mm。

隧道圍巖總體屬于頁巖，主要以深灰、灰黑色炭質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r等極軟巖為主。巖層呈水平狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖體破碎，強(qiáng)度很低，節(jié)理裂隙、褶皺非常發(fā)育,開挖后圍巖迅速風(fēng)化成碎塊狀，并伴有地下水滲出，地下水經(jīng)過分析，pH為7.16~7.5，且地下水對(duì)混凝土不具腐蝕性，不需特殊處理。

3 隧道洞口防排水設(shè)計(jì)與施工

隧道洞口防排水以“截、排”為主，如遇隧道頂部埋深過淺且有溝谷時(shí)，則需對(duì)沖溝底部進(jìn)行防水處理，一般采用漿砌片石作為該部位的防水層[1]，防止雨水滲透增大隧道內(nèi)部防水壓力。

T1隧道洞口邊仰坡采用截水溝排水，直接截?cái)嗟乇硭?，防止地表水漫流。截水溝布置在隧道洞口前?0 m處的地質(zhì)勘探施工便道處，以減少對(duì)周圍環(huán)境的植被破壞。截水溝采用凈空1.8 m×0.6 m倒梯形設(shè)計(jì)，截水溝排水坡度大于3%，在隧道東側(cè)自然環(huán)境坡度較大的地方，采用急流槽對(duì)截水溝進(jìn)行順接，保證洞口排水的順暢。

隧道洞口明暗洞交界位置，利用套拱處施工大管棚進(jìn)行壓力注漿，將隧道頂部的強(qiáng)風(fēng)化頁巖裂隙固結(jié)，在隧道洞口頂部形成截水拱圈，防止地表水下滲。隧道大管棚長度為27 m，采用直徑φ101.5 mm、壁厚6.3 mm熱軋無縫鋼管，鋼管上鉆注漿孔，孔徑10 mm，孔間距15 cm，呈梅花形布置，尾部留200 cm不鉆孔的止?jié){段。鋼管軸線與襯砌外緣夾角3°~5°，注漿采用水灰比0.45∶1的純水泥漿，注漿壓力控制在0.5~2 MPa。

T1隧道洞口外部的排水，根據(jù)歐標(biāo)Circulaire interministérielle n°2000-63 du 25 ao?t 2000 relativeàla sécurité dans les tunnels du réseau routiernational的有關(guān)條款要求，在隧道洞口附近設(shè)計(jì)一處有效庫容為330 m3的油水分離池，用來收集洞內(nèi)排出的污水。油水分離池與隧道內(nèi)的排水系統(tǒng)通過洞口的一個(gè)檢查井相連，檢查井里面設(shè)置了轉(zhuǎn)向控制閥門。如果進(jìn)入檢查井的水是干凈的地下水，可以通過此閥門將水直接排入排水溝，不進(jìn)入油水分離池，然后引入當(dāng)?shù)氐淖詠硭S進(jìn)行凈化處理利用，緩解當(dāng)?shù)氐纳钣盟щy；如果進(jìn)入檢查井的是有毒有害的污水，則通過閥門轉(zhuǎn)換輸入到油水分離池內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，然后污水通過水泵抽出，再送往專門的污水處理廠進(jìn)行處理。

4 隧道洞內(nèi)防排水設(shè)計(jì)與施工

與國內(nèi)隧道工程相比，歐洲標(biāo)準(zhǔn)的隧道防排水設(shè)計(jì)整體形式基本相同，在隧道洞內(nèi)防排水以“防、排”為主、以“堵”為輔，但是在細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在差異。

4.1 隧道防水和排水設(shè)計(jì)

4.1.1 隧道防水系統(tǒng)

隧道圍巖與襯砌之間設(shè)置防水卷材，圍巖滲水通過環(huán)向排水板收集，并匯總到兩側(cè)的縱向排水管，再通過間距10~50 m的橫向排水管，匯集到縱向排水總管，流出洞外。

4.1.2 隧道防水設(shè)計(jì)

T1隧道洞內(nèi)防水設(shè)計(jì)為復(fù)合型防水，具體由以下要素構(gòu)成：土工布、防水板、止水帶、止水條、防水混凝土等組成隧道的綜合防水體系。

4.1.3 隧道排水設(shè)計(jì)

隧道縱向排水系統(tǒng)由路面排水系統(tǒng)和隧道圍巖水處理系統(tǒng)構(gòu)成。

路面排水系統(tǒng)由邊溝組成，位于路緣帶的下方，每隔50 m設(shè)置檢查井，以防止可燃物質(zhì)火災(zāi)的蔓延。在隧道人行道下方，平行布置排水系統(tǒng)的排水管道以及各自的檢查井。

縱向排水系統(tǒng)的構(gòu)件如下：

（1）縱向排水管：縱向排水管最重要的功能是將隧道圍巖水收集后排出洞外，排水管直徑315 mm，為PVC管，該管道有兩條，分別設(shè)在人行道下方和消防管道下方。（2）鍥縫式邊溝：邊溝采用開口的管式排水溝，為直徑300 mm的圓形截面，能在短時(shí)間內(nèi)吸收匯流物，以限制其在路面擴(kuò)展。（3）排污管：排污管為直徑400 mm的混凝土管，其主要目的是將路面危險(xiǎn)液體通過邊溝收集，由虹吸檢查井引入排污管中，最終排到洞口設(shè)置的油水分離池內(nèi)，避免污染自然環(huán)境。（4）中心排水管：在隧道仰拱底部中心位置，設(shè)置縱向PVC排水管，管徑φ200 mm。該管道主要是考慮施工期間仰拱內(nèi)有水，另外，在仰拱斷裂的情況下，地下水位會(huì)上升，影響路面的使用，所以設(shè)置了排水管，該部分水量總體很小，通過中心排水管最終流出洞外。

4.1.4 檢查手孔

為了方便后期檢修、疏通縱向排水管，每隔50 m在襯砌邊墻處設(shè)置一檢查手孔。

4.1.5 虹吸檢查井

為避免隧道中的火災(zāi)蔓延，虹吸檢查井具有滅火功能，同時(shí)具有檢修作用。虹吸井每隔50 m一個(gè)，設(shè)置在隧道右側(cè)路緣帶下方。

4.2 隧道洞內(nèi)防水施工

T1隧道洞內(nèi)防水設(shè)計(jì)為復(fù)合型防水，主要通過土工布、防水板、止水帶、止水條、防水混凝土等組成隧道的綜合防水體系。

4.2.1 土工布

土工布采用500 g/m2的無紡布，使用專門的熱熔墊圈，通過射釘槍固定于噴射混凝土的表面，采用梅花形布置，拱部間距0.5~0.8 m，邊墻間距0.8~1.0 m。對(duì)于斷面變化處要適當(dāng)加密。土工布鋪設(shè)應(yīng)松緊適度，緊貼在噴射混凝土表面，不能因鋪設(shè)過緊而被撕裂，也不能因鋪設(shè)過松使土工布褶皺、堆積而形成蓄水點(diǎn)。土工布的相鄰部分搭接≥10 cm。

4.2.2 防水板

防水板采用厚度為3 mm的柔性高密度聚乙烯材料制成，采用無釘鋪設(shè)，通過熱熔方式，焊接在土工布上的熱熔墊圈上。防水板鋪設(shè)松緊適度并留有余量，保證防水板與隧道初支面緊貼并不致拉裂。防水板的焊接應(yīng)采用雙縫焊接的方式進(jìn)行，焊縫搭接寬度應(yīng)控制150 mm左右，焊縫要求平整、美觀，無過焊、漏焊現(xiàn)象。對(duì)于安全洞室及消防洞室等特殊區(qū)域，防水板材長度不夠，應(yīng)采用長邊方向拼接的方式進(jìn)行焊接，在不規(guī)則區(qū)域焊接時(shí)，不得采用十字焊縫，避免形成通縫。焊接工作完成后，應(yīng)及時(shí)將焊縫位置進(jìn)行封口處理，待密封完成后，方可進(jìn)行充氣試驗(yàn)驗(yàn)收，5 min試驗(yàn)的初始?xì)鈮簽?.2 MPa，或10 min試驗(yàn)的初始?xì)鈮簽?.15 MPa，在上述兩種情況下壓強(qiáng)損失≤20%，則焊縫被認(rèn)為是合格的，可進(jìn)行下一步施工工序。特別需要注意的是，在二襯鋼筋綁扎完成后，需對(duì)防水板進(jìn)行全部檢查，防止鋼筋施工過程中刺穿和電焊燒傷防水板。

4.2.3 止水帶

隧道在二襯縱向連接的施工縫處，設(shè)置有帶注漿管的中埋式橡膠止水帶。止水帶寬度為320 mm，安裝好的密封帶具備0.5 MPa靜水壓力差的耐壓性，最小拉力為15 MPa的抗拉性，以及200%最小斷口的延伸性。止水帶在安裝時(shí)，為保證其位于二襯混凝土的中間位置，需注意用U形鋼筋卡箍進(jìn)行固定，防止在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生位移，只能在中埋式橡膠止水帶的允許部位上穿孔打洞，不得損壞中埋式橡膠止水帶防水部位。在隧道襯砌變形縫的位置，根據(jù)需求對(duì)止水帶注漿管進(jìn)行補(bǔ)充注漿密封防水。

4.2.4 止水條

隧道在襯砌的拱墻與仰拱的接縫處，設(shè)置遇水膨脹止水條。止水條規(guī)格為25 mm×20 mm。止水條在28 d之后開始進(jìn)行自由體積膨脹，此膨脹最小為170%，且具備0.5 MPa靜水壓力差的耐壓性，以及最小拉力為0.7 MPa的抗拉性。止水條安裝時(shí)，需對(duì)仰拱頂面進(jìn)行處理，鑿除表面浮漿，每隔1 m左右打設(shè)一水泥釘,將止水條在混凝土施工縫的中間位置處釘牢，與混凝土表面密貼，止水條接頭處搭接采用上下重疊搭接，且搭接長度不小于5 cm，不得留有斷點(diǎn)。

4.2.5 防水混凝土

二襯混凝土采用強(qiáng)度等級(jí)為RN35的泵送混凝土,其抗?jié)B等級(jí)為P10，混凝土在澆筑時(shí)應(yīng)對(duì)稱、分層、連續(xù)施工，每層厚度控制在50 cm以下，保證不浮模、偏位及跑模。插入式振搗棒配合附著式振搗器將混凝土振搗密實(shí)?；炷翝仓?yīng)連續(xù)進(jìn)行，避免出現(xiàn)施工冷縫，如果因故中斷澆筑，則在繼續(xù)澆筑混凝土前，必須鑿除已硬化的前層混凝土表層的虛面、浮漿，并將表面鑿毛，高壓水槍沖洗干凈，然后再進(jìn)行混凝土澆筑。

4.3 隧道洞內(nèi)排水施工

T1隧道洞內(nèi)排水主要分為3個(gè)部分，初支圍巖滲水、仰拱底部滲水和路面匯水等。

4.3.1 圍巖排水

隧道對(duì)于圍巖少量滲水的情況，通過初期支護(hù)與防水卷材之間環(huán)向的蜂窩狀排水板收集，排水板鋪設(shè)根據(jù)隧道圍巖滲水量布置，一般間距10~50 m。如果圍巖滲水較大，則需在噴射混凝土中環(huán)向設(shè)置φ40 mm集水孔，將水引出后，用環(huán)向排水板匯集到隧道拱墻底部的φ160 mm PVC排水管[2]。排水管上半部分打設(shè)透水孔，每米長度上進(jìn)水孔的面積≥30 cm2，打孔完畢后，用土工布完全包裹排水管。縱向排水管通過間距10~50 m的φ100 mm橫向PVC排水管，匯總到路邊的φ315 mm縱向PVC排水總管引出洞外。

對(duì)于隧道涌水量大的富水地段，則需采取“堵水”的輔助措施，利用“堵、排”相結(jié)合的方式，既能保證隧道安全施工，又能避免地下水位大幅下降，以保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境。隧道堵水可利用雙液注漿加固的方式，以達(dá)到在隧道開挖過程中雙液注漿加固區(qū)域能夠切斷水流，起到固結(jié)止水、保持圍巖穩(wěn)定等作用。注漿堵水按施工區(qū)域可分為徑向注漿、底部注漿與頂水注漿，注漿材料根據(jù)涌水情況可采用普通水泥單液漿、水泥-水玻璃雙液漿等不同材料[3]。

4.3.2 仰拱排水

不同于我國隧道仰拱回填使用混凝土進(jìn)行填充，歐洲標(biāo)準(zhǔn)下，隧道仰拱回填底部設(shè)計(jì)有40 cm厚的15~25 mm不連續(xù)級(jí)配砂礫碎石反濾層，并在其中設(shè)置上部120°范圍內(nèi)打孔的φ200 mm PVC中心排水管，每米長度上進(jìn)水孔的面積≥30 cm2，鉆孔縱向間距為30 cm，排水管外部包裹土工布，起到透水和排水功能。隧道洞內(nèi)每隔500 m和每個(gè)洞口各一處混凝土檢查井，以便后期進(jìn)行檢查維修。

4.3.3 路面排水

路面排水通過設(shè)置在路邊的鍥縫式縱向排水溝收集，其位于路緣帶的下方。為了防止可燃物質(zhì)沿著隧道邊溝蔓延，在隧道洞內(nèi)路緣帶每隔50 m設(shè)置了虹吸井，限制由揮發(fā)性液體蒸汽和空氣形成爆炸性混合氣體，最終使可燃物通過φ400 mm混凝土污水管排出，最后引流到洞口油水分離池。

5 結(jié)語

總體來說，歐洲標(biāo)準(zhǔn)下隧道防排水設(shè)計(jì)施工與我國國家標(biāo)準(zhǔn)類似，但是在環(huán)保救災(zāi)方面，歐洲標(biāo)準(zhǔn)更注重“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，對(duì)于隧道的污水收集、處理以及隧道路面排水、防火要求要高于國內(nèi)，這是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和借鑒的方面。