高速公路隧道群防排水系统施工优化

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［摘要］隧道施工是高速公路施工工程的重要组成部分，其中隧道防排水施工既是高速公路工程施工的难点，同时其施工质量也会对高速公路隧道的使用年限和道路行车安全产生直接的影响，由于设计、材料或施工的原因，防排水实际工作性能往往达不到预期，必须要采取科学、完善的高速公路隧道防排水施工技术提升隧道防排水施工的质量，避免因施工质量问题导致高速公路交通事故的发生。

［关键词］高速公路；隧道施工；防排水系统

大量隧道在建成后都出现了各种不同程度的质量问题，其中渗漏水病害最为常见。防排水系统的施工和渗漏水的治理是隧道工程的重点和难点。现对隧道防排水系统实际性能进行调查研究，找出渗漏水病害发生的原因，有针对性地在施工过程中对防排水系统的质量缺陷进行整治。

1水对隧道工程的危害

（1）增大围岩荷载。地下水广泛存在于岩土体内，隧道等地下结构物不可避免的长期被地下水侵蚀和渗透。围岩中的水会使围岩容重增大，在围岩中产生水压力；在膨胀性围岩中，围岩在水环境中会产生额外膨胀力；在寒冷地区，围岩中的水结冰膨胀从而产生冻胀力。这些由水产生的应力，最终作用在隧道衬砌上，额外增大了衬砌的承载负担。（2）降低支护结构承载力。地下水中富含CO2、SO42-、CL-等侵蚀性化学成分，富含侵蚀性物质的地下水与围岩发生化学反应，软化围岩，加快围岩风化，从而降低岩土体强度和稳定性，降低围岩的承载力，降低围岩的自稳能力；地下水的流动冲蚀衬背围岩，长期作用使衬背围岩产生空洞，直接危害到隧道结构安全；地下水渗漏会腐蚀钢拱架、混凝土、钢筋等支护结构，降低隧道结构承载能力。（3）影响施工安全和施工效率。富水段隧道在施工过程中，可能会出现大量涌水、突泥、塌方等施工灾害，危及施工人员生命安全。施工过程中进行洞内排水作业增加了施工工作量，增大施工成本。洞内有积水，降低施工效率，导致施工进度缓慢。（4）恶化隧道运营环境，威胁隧道运营安全。隧道内渗漏水，会使洞内通信、供电、照明等设备长期处于潮湿环境而发生锈蚀，降低设备效率并缩短使用寿命；隧道渗漏水使隧道内环境潮湿，容易造成设备、电缆接口漏电，威胁运营及司乘人员安全；渗漏水会腐蚀钢筋混凝土支护结构，给隧道运营留下了安全隐患。隧道内渗漏水，造成洞内环境潮湿，产生水雾，降低了能见度，威胁行车安全；在严寒地区，隧道如有渗漏水，会在隧道拱部吊挂成冰柱，侵入净空，对安全行车造成严重危害。

2隧道防排水技术的发展现状

我国隧道工程发展初期对于渗漏水的治理，基本以排为主，后来开始在施工缝处采用止水带。随着围岩注浆堵水、复合式防水层、变形缝和施工缝处理工艺的提高以及各类新型排水管等的使用，隧道防排水系统的整体性能得到了一定的提升。隧道防排水已经形成一个整体系统，在竣工时能够达设计要求与验收标准。然而，在投入运营使用之后，一些隧道普遍的出现了渗漏水的问题。

2.1隧道防排水系统存在缺陷的原因分析

（1）水文地质的勘察不全面；（2）设计的过程中对于防排水不够重视，系统整体不够严密；（3）防排水材料的老化对防排水效果影响很大；（4）由于隧道施工环境复杂，理论的设计在施工过程中往往不能得以实现；（5）施工管理不严密。

2.2隧道防排水须遵循的原则

隧道防排水设计与施工需遵循的原则是“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”，采取有效的措施，以达到防水可靠、排水通畅、经济合理的目的。前山隧道群防排水系统工程概况：前山隧道群位于甘肃省天水市秦安县境内，为双洞公路隧道，单线全长1935m，分前山1号、前山2号、前山3号三条隧道。隧道暗洞防排水系统的设计由环向半圆排水管、纵向排水管、碎石反滤层、纵向排水管检查井、横向排水管、中心排水沟、中心排水沟检查井、复合防水层、梯形背贴式止水带、蝶形中埋式止水带等组成。其中围岩渗水由环向排水管汇集、引排至纵向排水管后经横向排水管流至中心排水沟排出洞外形成排水系统，复合防水层、梯形背贴式止水带、蝶形中埋式止水带起防水、止水、隔离的作用，形成防水系统。

3前山隧道防排水施工中存在的问题

3.1环向排水管

前山隧道环向排水管采用Φ100半圆管进行引排，围岩开挖后先喷2-5cm厚混凝土，再按设计间距挂设半圆管，半圆管结合初期支护的方式进行引排、堵水。设计中环向半圆管的引排起主体作用，施工中会存在以下问题：（1）围岩开挖后出水点不明显，当时可能未显露，引排效果不佳，初期支护时铺设半圆管易导致管子变形错位，且直接影响掌子面施工效率。（2）喷射混凝土施工时半圆管铺设易被喷射混凝土压扁，影响引排效果。（3）掌子面开挖方式为上下台阶施工，上台阶铺设的半圆管往往不能够与下台阶进行有效连接，施工过程中极易造成半圆排水管的破坏。（4）整圈环向排水管两侧漏出位置须有效保护，以保障与纵向排水管的有效连接。（5）环向半圆排水软管与纵向排水管的连接不能采用三通接头有效连接，只能采用“搭接”的方式。

3.2纵向排水管

前山隧道纵向排水管采用A100双壁单侧打孔波纹管，沿隧道两侧拱脚位置通长布设，如图1所示：（1）未设计素混凝土基座，纵向排水管在施工过程中处于悬空状态，仰拱混凝土浇筑过程中易出现错位，脱落等问题。（2）纵向排水管安装时工人往往不注意排水孔朝向（易忽略问题），如有积水，不能够第一时间排出，而是囤积于纵向排水管的下部，待水位上升至一定高度后才能排出。（3）防水板、土工布反包纵向排水管及碎石填充盲管在施工中难度较大，碎石层极易下坠至纵向排水管底部不仅不能够起到过滤作用，碎石下坠易导致仰拱边墙部位防水板脱空，混凝土浇筑过程中引起空洞或者将防水板拉扯至脱落。

3.3中埋止水带

前山隧道中埋止水带采用蝶形橡胶止水带，如图2所示。蝶形橡胶止水带由于在施工缝部位四翼深入先后两板二衬混凝土，从理论上讲止水效果较好，能够有效防止二衬施工缝部位的渗漏，但存在安装及定位困难等弊端，施工中经常存在中埋止水带不居中及蝶形外漏两翼在端头拆除后不能有效舒展，实际施工中，四个翅膀往往只有两个翅膀位于先浇段二衬混凝土中，另外两个翅膀贴于施工缝部位，形成过水通路，导致实际止水效果大打折扣，甚至不及普通中埋止水带。因此，蝶形中埋止水带的安装是本隧道防排水施工的一大难点。

4施工优化

环向半圆排水管实际施工一般情况下不再按照原设计在喷射混凝土内部全环铺设，除非岩面存在涌水或者点漏的地段进行集中引排，改环向排水管在初期支护后、防水层施工前施工、形成整体的系统。按照实际施工的先后顺序，逐一采取有效措施保障防排水系统的通畅，确保其有效性，现主要针对以下三个方面进行优化：

4.1仰拱施工阶段

（1）仰拱开挖过程中应有效控制仰拱超挖，尤其是拱脚部位，防止纵向排水管悬空，对于存在超挖的地段应先按纵向排水管的设计标高浇筑纵向排水管素混凝土基座，确保排水管安装及定位的稳定可靠。（2）纵向排水管基座完成整平后先将土工布与防水板铺平，一端用铁钉有效固定于基座平整表面，防水层上铺一层干净级配碎石，再安装纵向排水管，利用防水板废料割成条状对纵向排水管进行有效固定。安装过程应注意泄水孔朝向及段与段之间的有效连接。（3）完成第二步安装后再在纵向排水管上方铺一层干净级配碎石，使其有效包裹，填充密实起到反滤效果，将环向排水管按设计间距固定于边墙，其下部插入至反滤层中，再将土工布与防水板折起沿纵向排水管上侧先固定一排点后，再将剩余部位按照1m×1m点间距固定于仰拱边墙部位，施工中注意防水层应密贴，防止混凝土浇筑过程中拉扯脱落或者背后脱空。

4.2防水板挂设阶段

防水板挂设阶段施工中主要防排水工作是将环向排水管进行完善，形成闭合通路，将拱部防水层与仰拱边墙部防水层焊搭，保证其密闭性。因此重点是环向排水管的有效搭接及拱墙防水板与仰拱防水板的有效连接。环向排水管的安装应保证仰拱两侧边墙伸出来的半圆管位于同一里程断面上，防止搭接错位。搭接的方式为下部的压上部的，有效搭接长度大于50cm，半圆管的两侧用射钉固定可靠后铺挂土工布。防水板的铺挂采用将仰拱防水板置于外侧，拱墙防水板置于内侧的方式，应确保有效搭接长度并保证爬焊质量。

4.3止水带安装阶段

前山隧道中埋止水带采用蝶形橡胶止水带，对于蝶形中埋式止水带的安装分两种情况进行讨论：（1）采用钢端模的二衬台车，安装时可用夹具将蝶形止水带外露侧两翼合起夹紧，固定止水带较为方便，因钢模具有固定长度，止水带居中效果较好；其弊端在于：①前期订制钢模成本较高。②钢模夹具对于二衬厚度变化的段落需要不断调整位置使止水带居中。③钢模以外与断面轮廓之间的部分需要用木模来补充，这部分模板长度较短，加固效果较差，二衬浇筑过程中易跑模、漏浆。④当二衬有钢筋时，钢端模在台车行走定位过程中要面临拆装的问题。（2）采用木模端头的二衬台车，浇筑后二衬端头平整度不及采用钢端模的二衬台车，但在实际施工中具有拆卸方便、加固牢靠等优点。对于采用木端头的二衬台车，蝶形中埋止水带的安装按照下述方法进行：①安装前先在二衬厚度中间位置安装定位钢筋，防止止水带偏位。将中埋止水带固定架空于二衬端头位置，截取固定长度，标出蝶形中埋止水带的中点，并使止水带中点与二衬台车中点重合。②端头模板的安装由两侧基底向上安装，直至拱顶合拢，安装过程中按压蝶形止水带的中肋将蝶形中埋止水带需要外漏的一侧两翼展平与端头模板压紧贴实，用铁钉从中肋部位定入，边装端头边固定，由两侧向拱顶移动。③蝶形中埋式止水带安装至隧道拱顶时，需要借助一块木板作为工具，首先将蝶形止水带的中央一段钉在工具木板上，再将工具木板水平放置，并与二衬钢筋或台车钢模固定可靠；拱顶端头模板安装后从外侧将端头模板与工具木板订在一起，通过工具木板的桥梁作用，解决洞顶止水带的设置问题。在二衬混凝土达到一定强度后拆模时，将未自动恢复蝶形的止水带段人工凿除混凝土，两翼扯出，并用固定钢筋撑开，使其切实起到止水的效果。

5小结

本文针对前山隧道洞内防排水施工中存在的问题及难点进行分析，指出本系统中存在的缺陷，找出本隧道防排水施工中易出现渗漏病害的原因，对环、纵向排水管的安装方式进行梳理及优化，对蝶形中埋止水带的安装方式进行对比，总结二衬木端模蝶形中埋止水带实际施工的方式方法。在施工过程中提前预防、进行质量控制，前山隧道现已施工的二衬在雨季及地表水丰富的地段并未出现渗漏水，说明我们所总结的优化措施、施工方法在施工中切实可行，我们所施工的防排水系统起到了实际作用。

参考文献

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[2]贾波.高速公路隧道防排水施工技术[J].交通世界，2017（24）：100-101.

[3]宋之恒.高速公路隧道工程施工技术应用探讨[J].建材与装饰，2017（15）：252-253.

作者：刘云云 单位：中铁十七局集团第二工程有限公司