高速公路隧道群防排水系統施工優化

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［摘要］隧道施工是高速公路施工工程的重要組成部分，其中隧道防排水施工既是高速公路工程施工的難點，同時其施工質量也會對高速公路隧道的使用年限和道路行車安全產生直接的影響，由于設計、材料或施工的原因，防排水實際工作性能往往達不到預期，必須要采取科學、完善的高速公路隧道防排水施工技術提升隧道防排水施工的質量，避免因施工質量問題導致高速公路交通事故的發生。

［關鍵詞］高速公路；隧道施工；防排水系統

大量隧道在建成后都出現了各種不同程度的質量問題，其中滲漏水病害最為常見。防排水系統的施工和滲漏水的治理是隧道工程的重點和難點?，F對隧道防排水系統實際性能進行調查研究，找出滲漏水病害發生的原因，有針對性地在施工過程中對防排水系統的質量缺陷進行整治。

1水對隧道工程的危害

（1）增大圍巖荷載。地下水廣泛存在于巖土體內，隧道等地下結構物不可避免的長期被地下水侵蝕和滲透。圍巖中的水會使圍巖容重增大，在圍巖中產生水壓力；在膨脹性圍巖中，圍巖在水環境中會產生額外膨脹力；在寒冷地區，圍巖中的水結冰膨脹從而產生凍脹力。這些由水產生的應力，最終作用在隧道襯砌上，額外增大了襯砌的承載負擔。（2）降低支護結構承載力。地下水中富含CO2、SO42-、CL-等侵蝕性化學成分，富含侵蝕性物質的地下水與圍巖發生化學反應，軟化圍巖，加快圍巖風化，從而降低巖土體強度和穩定性，降低圍巖的承載力，降低圍巖的自穩能力；地下水的流動沖蝕襯背圍巖，長期作用使襯背圍巖產生空洞，直接危害到隧道結構安全；地下水滲漏會腐蝕鋼拱架、混凝土、鋼筋等支護結構，降低隧道結構承載能力。（3）影響施工安全和施工效率。富水段隧道在施工過程中，可能會出現大量涌水、突泥、塌方等施工災害，危及施工人員生命安全。施工過程中進行洞內排水作業增加了施工工作量，增大施工成本。洞內有積水，降低施工效率，導致施工進度緩慢。（4）惡化隧道運營環境，威脅隧道運營安全。隧道內滲漏水，會使洞內通信、供電、照明等設備長期處于潮濕環境而發生銹蝕，降低設備效率并縮短使用壽命；隧道滲漏水使隧道內環境潮濕，容易造成設備、電纜接口漏電，威脅運營及司乘人員安全；滲漏水會腐蝕鋼筋混凝土支護結構，給隧道運營留下了安全隱患。隧道內滲漏水，造成洞內環境潮濕，產生水霧，降低了能見度，威脅行車安全；在嚴寒地區，隧道如有滲漏水，會在隧道拱部吊掛成冰柱，侵入凈空，對安全行車造成嚴重危害。

2隧道防排水技術的發展現狀

我國隧道工程發展初期對于滲漏水的治理，基本以排為主，后來開始在施工縫處采用止水帶。隨著圍巖注漿堵水、復合式防水層、變形縫和施工縫處理工藝的提高以及各類新型排水管等的使用，隧道防排水系統的整體性能得到了一定的提升。隧道防排水已經形成一個整體系統，在竣工時能夠達設計要求與驗收標準。然而，在投入運營使用之后，一些隧道普遍的出現了滲漏水的問題。

2.1隧道防排水系統存在缺陷的原因分析

（1）水文地質的勘察不全面；（2）設計的過程中對于防排水不夠重視，系統整體不夠嚴密；（3）防排水材料的老化對防排水效果影響很大；（4）由于隧道施工環境復雜，理論的設計在施工過程中往往不能得以實現；（5）施工管理不嚴密。

2.2隧道防排水須遵循的原則

隧道防排水設計與施工需遵循的原則是“防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理”，采取有效的措施，以達到防水可靠、排水通暢、經濟合理的目的。前山隧道群防排水系統工程概況：前山隧道群位于甘肅省天水市秦安縣境內，為雙洞公路隧道，單線全長1935m，分前山1號、前山2號、前山3號三條隧道。隧道暗洞防排水系統的設計由環向半圓排水管、縱向排水管、碎石反濾層、縱向排水管檢查井、橫向排水管、中心排水溝、中心排水溝檢查井、復合防水層、梯形背貼式止水帶、蝶形中埋式止水帶等組成。其中圍巖滲水由環向排水管匯集、引排至縱向排水管后經橫向排水管流至中心排水溝排出洞外形成排水系統，復合防水層、梯形背貼式止水帶、蝶形中埋式止水帶起防水、止水、隔離的作用，形成防水系統。

3前山隧道防排水施工中存在的問題

3.1環向排水管

前山隧道環向排水管采用Φ100半圓管進行引排，圍巖開挖后先噴2-5cm厚混凝土，再按設計間距掛設半圓管，半圓管結合初期支護的方式進行引排、堵水。設計中環向半圓管的引排起主體作用，施工中會存在以下問題：（1）圍巖開挖后出水點不明顯，當時可能未顯露，引排效果不佳，初期支護時鋪設半圓管易導致管子變形錯位，且直接影響掌子面施工效率。（2）噴射混凝土施工時半圓管鋪設易被噴射混凝土壓扁，影響引排效果。（3）掌子面開挖方式為上下臺階施工，上臺階鋪設的半圓管往往不能夠與下臺階進行有效連接，施工過程中極易造成半圓排水管的破壞。（4）整圈環向排水管兩側漏出位置須有效保護，以保障與縱向排水管的有效連接。（5）環向半圓排水軟管與縱向排水管的連接不能采用三通接頭有效連接，只能采用“搭接”的方式。

3.2縱向排水管

前山隧道縱向排水管采用A100雙壁單側打孔波紋管，沿隧道兩側拱腳位置通長布設，如圖1所示：（1）未設計素混凝土基座，縱向排水管在施工過程中處于懸空狀態，仰拱混凝土澆筑過程中易出現錯位，脫落等問題。（2）縱向排水管安裝時工人往往不注意排水孔朝向（易忽略問題），如有積水，不能夠第一時間排出，而是囤積于縱向排水管的下部，待水位上升至一定高度后才能排出。（3）防水板、土工布反包縱向排水管及碎石填充盲管在施工中難度較大，碎石層極易下墜至縱向排水管底部不僅不能夠起到過濾作用，碎石下墜易導致仰拱邊墻部位防水板脫空，混凝土澆筑過程中引起空洞或者將防水板拉扯至脫落。

3.3中埋止水帶

前山隧道中埋止水帶采用蝶形橡膠止水帶，如圖2所示。蝶形橡膠止水帶由于在施工縫部位四翼深入先后兩板二襯混凝土，從理論上講止水效果較好，能夠有效防止二襯施工縫部位的滲漏，但存在安裝及定位困難等弊端，施工中經常存在中埋止水帶不居中及蝶形外漏兩翼在端頭拆除后不能有效舒展，實際施工中，四個翅膀往往只有兩個翅膀位于先澆段二襯混凝土中，另外兩個翅膀貼于施工縫部位，形成過水通路，導致實際止水效果大打折扣，甚至不及普通中埋止水帶。因此，蝶形中埋止水帶的安裝是本隧道防排水施工的一大難點。

4施工優化

環向半圓排水管實際施工一般情況下不再按照原設計在噴射混凝土內部全環鋪設，除非巖面存在涌水或者點漏的地段進行集中引排，改環向排水管在初期支護后、防水層施工前施工、形成整體的系統。按照實際施工的先后順序，逐一采取有效措施保障防排水系統的通暢，確保其有效性，現主要針對以下三個方面進行優化：

4.1仰拱施工階段

（1）仰拱開挖過程中應有效控制仰拱超挖，尤其是拱腳部位，防止縱向排水管懸空，對于存在超挖的地段應先按縱向排水管的設計標高澆筑縱向排水管素混凝土基座，確保排水管安裝及定位的穩定可靠。（2）縱向排水管基座完成整平后先將土工布與防水板鋪平，一端用鐵釘有效固定于基座平整表面，防水層上鋪一層干凈級配碎石，再安裝縱向排水管，利用防水板廢料割成條狀對縱向排水管進行有效固定。安裝過程應注意泄水孔朝向及段與段之間的有效連接。（3）完成第二步安裝后再在縱向排水管上方鋪一層干凈級配碎石，使其有效包裹，填充密實起到反濾效果，將環向排水管按設計間距固定于邊墻，其下部插入至反濾層中，再將土工布與防水板折起沿縱向排水管上側先固定一排點后，再將剩余部位按照1m×1m點間距固定于仰拱邊墻部位，施工中注意防水層應密貼，防止混凝土澆筑過程中拉扯脫落或者背后脫空。

4.2防水板掛設階段

防水板掛設階段施工中主要防排水工作是將環向排水管進行完善，形成閉合通路，將拱部防水層與仰拱邊墻部防水層焊搭，保證其密閉性。因此重點是環向排水管的有效搭接及拱墻防水板與仰拱防水板的有效連接。環向排水管的安裝應保證仰拱兩側邊墻伸出來的半圓管位于同一里程斷面上，防止搭接錯位。搭接的方式為下部的壓上部的，有效搭接長度大于50cm，半圓管的兩側用射釘固定可靠后鋪掛土工布。防水板的鋪掛采用將仰拱防水板置于外側，拱墻防水板置于內側的方式，應確保有效搭接長度并保證爬焊質量。

4.3止水帶安裝階段

前山隧道中埋止水帶采用蝶形橡膠止水帶，對于蝶形中埋式止水帶的安裝分兩種情況進行討論：（1）采用鋼端模的二襯臺車，安裝時可用夾具將蝶形止水帶外露側兩翼合起夾緊，固定止水帶較為方便，因鋼模具有固定長度，止水帶居中效果較好；其弊端在于：①前期訂制鋼模成本較高。②鋼模夾具對于二襯厚度變化的段落需要不斷調整位置使止水帶居中。③鋼模以外與斷面輪廓之間的部分需要用木模來補充，這部分模板長度較短，加固效果較差，二襯澆筑過程中易跑模、漏漿。④當二襯有鋼筋時，鋼端模在臺車行走定位過程中要面臨拆裝的問題。（2）采用木模端頭的二襯臺車，澆筑后二襯端頭平整度不及采用鋼端模的二襯臺車，但在實際施工中具有拆卸方便、加固牢靠等優點。對于采用木端頭的二襯臺車，蝶形中埋止水帶的安裝按照下述方法進行：①安裝前先在二襯厚度中間位置安裝定位鋼筋，防止止水帶偏位。將中埋止水帶固定架空于二襯端頭位置，截取固定長度，標出蝶形中埋止水帶的中點，并使止水帶中點與二襯臺車中點重合。②端頭模板的安裝由兩側基底向上安裝，直至拱頂合攏，安裝過程中按壓蝶形止水帶的中肋將蝶形中埋止水帶需要外漏的一側兩翼展平與端頭模板壓緊貼實，用鐵釘從中肋部位定入，邊裝端頭邊固定，由兩側向拱頂移動。③蝶形中埋式止水帶安裝至隧道拱頂時，需要借助一塊木板作為工具，首先將蝶形止水帶的中央一段釘在工具木板上，再將工具木板水平放置，并與二襯鋼筋或臺車鋼模固定可靠；拱頂端頭模板安裝后從外側將端頭模板與工具木板訂在一起，通過工具木板的橋梁作用，解決洞頂止水帶的設置問題。在二襯混凝土達到一定強度后拆模時，將未自動恢復蝶形的止水帶段人工鑿除混凝土，兩翼扯出，并用固定鋼筋撐開，使其切實起到止水的效果。

5小結

本文針對前山隧道洞內防排水施工中存在的問題及難點進行分析，指出本系統中存在的缺陷，找出本隧道防排水施工中易出現滲漏病害的原因，對環、縱向排水管的安裝方式進行梳理及優化，對蝶形中埋止水帶的安裝方式進行對比，總結二襯木端模蝶形中埋止水帶實際施工的方式方法。在施工過程中提前預防、進行質量控制，前山隧道現已施工的二襯在雨季及地表水豐富的地段并未出現滲漏水，說明我們所總結的優化措施、施工方法在施工中切實可行，我們所施工的防排水系統起到了實際作用。

參考文獻

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作者：劉云云 單位：中鐵十七局集團第二工程有限公司