高速公路隧道群防排水系統(tǒng)施工優(yōu)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(diǎn)，同時(shí)其施工質(zhì)量也會(huì)對(duì)高速公路隧道的使用年限和道路行車安全產(chǎn)生直接的影響，由于設(shè)計(jì)、材料或施工的原因，防排水實(shí)際工作性能往往達(dá)不到預(yù)期，必須要采取科學(xué)、完善的高速公路隧道防排水施工技術(shù)提升隧道防排水施工的質(zhì)量，避免因施工質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致高速公路交通事故的發(fā)生。

［關(guān)鍵詞］高速公路；隧道施工；防排水系統(tǒng)

大量隧道在建成后都出現(xiàn)了各種不同程度的質(zhì)量問(wèn)題，其中滲漏水病害最為常見。防排水系統(tǒng)的施工和滲漏水的治理是隧道工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)?，F(xiàn)對(duì)隧道防排水系統(tǒng)實(shí)際性能進(jìn)行調(diào)查研究，找出滲漏水病害發(fā)生的原因，有針對(duì)性地在施工過(guò)程中對(duì)防排水系統(tǒng)的質(zhì)量缺陷進(jìn)行整治。

1水對(duì)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(nèi)，隧道等地下結(jié)構(gòu)物不可避免的長(zhǎng)期被地下水侵蝕和滲透。圍巖中的水會(huì)使圍巖容重增大，在圍巖中產(chǎn)生水壓力；在膨脹性圍巖中，圍巖在水環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生額外膨脹力；在寒冷地區(qū)，圍巖中的水結(jié)冰膨脹從而產(chǎn)生凍脹力。這些由水產(chǎn)生的應(yīng)力，最終作用在隧道襯砌上，額外增大了襯砌的承載負(fù)擔(dān)。（2）降低支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力。地下水中富含CO2、SO42-、CL-等侵蝕性化學(xué)成分，富含侵蝕性物質(zhì)的地下水與圍巖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，軟化圍巖，加快圍巖風(fēng)化，從而降低巖土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，降低圍巖的承載力，降低圍巖的自穩(wěn)能力；地下水的流動(dòng)沖蝕襯背圍巖，長(zhǎng)期作用使襯背圍巖產(chǎn)生空洞，直接危害到隧道結(jié)構(gòu)安全；地下水滲漏會(huì)腐蝕鋼拱架、混凝土、鋼筋等支護(hù)結(jié)構(gòu)，降低隧道結(jié)構(gòu)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(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)大量涌水、突泥、塌方等施工災(zāi)害，危及施工人員生命安全。施工過(guò)程中進(jìn)行洞內(nèi)排水作業(yè)增加了施工工作量，增大施工成本。洞內(nèi)有積水，降低施工效率，導(dǎo)致施工進(jìn)度緩慢。（4）惡化隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境，威脅隧道運(yùn)營(yíng)安全。隧道內(nèi)滲漏水，會(huì)使洞內(nèi)通信、供電、照明等設(shè)備長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境而發(fā)生銹蝕，降低設(shè)備效率并縮短使用壽命；隧道滲漏水使隧道內(nèi)環(huán)境潮濕，容易造成設(shè)備、電纜接口漏電，威脅運(yùn)營(yíng)及司乘人員安全；滲漏水會(huì)腐蝕鋼筋混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)，給隧道運(yùn)營(yíng)留下了安全隱患。隧道內(nèi)滲漏水，造成洞內(nèi)環(huán)境潮濕，產(chǎn)生水霧，降低了能見度，威脅行車安全；在嚴(yán)寒地區(qū)，隧道如有滲漏水，會(huì)在隧道拱部吊掛成冰柱，侵入凈空，對(duì)安全行車造成嚴(yán)重危害。

2隧道防排水技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)隧道工程發(fā)展初期對(duì)于滲漏水的治理，基本以排為主，后來(lái)開始在施工縫處采用止水帶。隨著圍巖注漿堵水、復(fù)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(tǒng)的整體性能得到了一定的提升。隧道防排水已經(jīng)形成一個(gè)整體系統(tǒng)，在竣工時(shí)能夠達(dá)設(shè)計(jì)要求與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。然而，在投入運(yùn)營(yíng)使用之后，一些隧道普遍的出現(xiàn)了滲漏水的問(wèn)題。

2.1隧道防排水系統(tǒng)存在缺陷的原因分析

（1）水文地質(zhì)的勘察不全面；（2）設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)于防排水不夠重視，系統(tǒng)整體不夠嚴(yán)密；（3）防排水材料的老化對(duì)防排水效果影響很大；（4）由于隧道施工環(huán)境復(fù)雜，理論的設(shè)計(jì)在施工過(guò)程中往往不能得以實(shí)現(xiàn)；（5）施工管理不嚴(yán)密。

2.2隧道防排水須遵循的原則

隧道防排水設(shè)計(jì)與施工需遵循的原則是“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”，采取有效的措施，以達(dá)到防水可靠、排水通暢、經(jīng)濟(jì)合理的目的。前山隧道群防排水系統(tǒng)工程概況：前山隧道群位于甘肅省天水市秦安縣境內(nèi)，為雙洞公路隧道，單線全長(zhǎng)1935m，分前山1號(hào)、前山2號(hào)、前山3號(hào)三條隧道。隧道暗洞防排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由環(huán)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(fù)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(huán)向排水管匯集、引排至縱向排水管后經(jīng)橫向排水管流至中心排水溝排出洞外形成排水系統(tǒng)，復(fù)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(tǒng)。

3前山隧道防排水施工中存在的問(wèn)題

3.1環(huán)向排水管

前山隧道環(huán)向排水管采用Φ100半圓管進(jìn)行引排，圍巖開挖后先噴2-5cm厚混凝土，再按設(shè)計(jì)間距掛設(shè)半圓管，半圓管結(jié)合初期支護(hù)的方式進(jìn)行引排、堵水。設(shè)計(jì)中環(huán)向半圓管的引排起主體作用，施工中會(huì)存在以下問(wèn)題：（1）圍巖開挖后出水點(diǎn)不明顯，當(dāng)時(shí)可能未顯露，引排效果不佳，初期支護(hù)時(shí)鋪設(shè)半圓管易導(dǎo)致管子變形錯(cuò)位，且直接影響掌子面施工效率。（2）噴射混凝土施工時(shí)半圓管鋪設(shè)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(tái)階施工，上臺(tái)階鋪設(shè)的半圓管往往不能夠與下臺(tái)階進(jìn)行有效連接，施工過(guò)程中極易造成半圓排水管的破壞。（4）整圈環(huán)向排水管兩側(cè)漏出位置須有效保護(hù)，以保障與縱向排水管的有效連接。（5）環(huán)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(cè)打孔波紋管，沿隧道兩側(cè)拱腳位置通長(zhǎng)布設(shè)，如圖1所示：（1）未設(shè)計(jì)素混凝土基座，縱向排水管在施工過(guò)程中處于懸空狀態(tài)，仰拱混凝土澆筑過(guò)程中易出現(xiàn)錯(cuò)位，脫落等問(wèn)題。（2）縱向排水管安裝時(shí)工人往往不注意排水孔朝向（易忽略問(wèn)題），如有積水，不能夠第一時(shí)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(guò)濾作用，碎石下墜易導(dǎo)致仰拱邊墻部位防水板脫空，混凝土澆筑過(guò)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(jīng)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(shí)際施工中，四個(gè)翅膀往往只有兩個(gè)翅膀位于先澆段二襯混凝土中，另外兩個(gè)翅膀貼于施工縫部位，形成過(guò)水通路，導(dǎo)致實(shí)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(diǎn)。

4施工優(yōu)化

環(huán)向半圓排水管實(shí)際施工一般情況下不再按照原設(shè)計(jì)在噴射混凝土內(nèi)部全環(huán)鋪設(shè)，除非巖面存在涌水或者點(diǎn)漏的地段進(jìn)行集中引排，改環(huán)向排水管在初期支護(hù)后、防水層施工前施工、形成整體的系統(tǒng)。按照實(shí)際施工的先后順序，逐一采取有效措施保障防排水系統(tǒng)的通暢，確保其有效性，現(xiàn)主要針對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：

4.1仰拱施工階段

（1）仰拱開挖過(guò)程中應(yīng)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(duì)于存在超挖的地段應(yīng)先按縱向排水管的設(shè)計(jì)標(biāo)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(wěn)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(jí)配碎石，再安裝縱向排水管，利用防水板廢料割成條狀對(duì)縱向排水管進(jìn)行有效固定。安裝過(guò)程應(yīng)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(jí)配碎石，使其有效包裹，填充密實(shí)起到反濾效果，將環(huán)向排水管按設(shè)計(jì)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(cè)先固定一排點(diǎn)后，再將剩余部位按照1m×1m點(diǎn)間距固定于仰拱邊墻部位，施工中注意防水層應(yīng)密貼，防止混凝土澆筑過(guò)程中拉扯脫落或者背后脫空。

4.2防水板掛設(shè)階段

防水板掛設(shè)階段施工中主要防排水工作是將環(huán)向排水管進(jìn)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(diǎn)是環(huán)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(huán)向排水管的安裝應(yīng)保證仰拱兩側(cè)邊墻伸出來(lái)的半圓管位于同一里程斷面上，防止搭接錯(cuò)位。搭接的方式為下部的壓上部的，有效搭接長(zhǎng)度大于50cm，半圓管的兩側(cè)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(cè)，拱墻防水板置于內(nèi)側(cè)的方式，應(yīng)確保有效搭接長(zhǎng)度并保證爬焊質(zhì)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(duì)于蝶形中埋式止水帶的安裝分兩種情況進(jìn)行討論：（1）采用鋼端模的二襯臺(tái)車，安裝時(shí)可用夾具將蝶形止水帶外露側(cè)兩翼合起夾緊，固定止水帶較為方便，因鋼模具有固定長(zhǎng)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(duì)于二襯厚度變化的段落需要不斷調(diào)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(lái)補(bǔ)充，這部分模板長(zhǎng)度較短，加固效果較差，二襯澆筑過(guò)程中易跑模、漏漿。④當(dāng)二襯有鋼筋時(shí)，鋼端模在臺(tái)車行走定位過(guò)程中要面臨拆裝的問(wèn)題。（2）采用木模端頭的二襯臺(tái)車，澆筑后二襯端頭平整度不及采用鋼端模的二襯臺(tái)車，但在實(shí)際施工中具有拆卸方便、加固牢靠等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于采用木端頭的二襯臺(tái)車，蝶形中埋止水帶的安裝按照下述方法進(jìn)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(zhǎng)度，標(biāo)出蝶形中埋止水帶的中點(diǎn)，并使止水帶中點(diǎn)與二襯臺(tái)車中點(diǎn)重合。②端頭模板的安裝由兩側(cè)基底向上安裝，直至拱頂合攏，安裝過(guò)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(cè)兩翼展平與端頭模板壓緊貼實(shí)，用鐵釘從中肋部位定入，邊裝端頭邊固定，由兩側(cè)向拱頂移動(dòng)。③蝶形中埋式止水帶安裝至隧道拱頂時(shí)，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(tái)車鋼模固定可靠；拱頂端頭模板安裝后從外側(cè)將端頭模板與工具木板訂在一起，通過(guò)工具木板的橋梁作用，解決洞頂止水帶的設(shè)置問(wèn)題。在二襯混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后拆模時(shí)，將未自動(dòng)恢復(fù)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(shí)起到止水的效果。

5小結(jié)

本文針對(duì)前山隧道洞內(nèi)防排水施工中存在的問(wèn)題及難點(diǎn)進(jìn)行分析，指出本系統(tǒng)中存在的缺陷，找出本隧道防排水施工中易出現(xiàn)滲漏病害的原因，對(duì)環(huán)、縱向排水管的安裝方式進(jìn)行梳理及優(yōu)化，對(duì)蝶形中埋止水帶的安裝方式進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)二襯木端模蝶形中埋止水帶實(shí)際施工的方式方法。在施工過(guò)程中提前預(yù)防、進(jìn)行質(zhì)量控制，前山隧道現(xiàn)已施工的二襯在雨季及地表水豐富的地段并未出現(xiàn)滲漏水，說(shuō)明我們所總結(jié)的優(yōu)化措施、施工方法在施工中切實(shí)可行，我們所施工的防排水系統(tǒng)起到了實(shí)際作用。

參考文獻(xiàn)

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作者：劉云云 單位：中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司