隧道防排水技术探讨

摘要： 随着我国高速公路建设的快速发展，修建了越来越多，越来越长的公路隧道，从目前国内已营运的隧道来看，普遍存在隧道衬砌渗漏水问题，特别是在隧道预埋洞室、施工缝处、隧道的接口处及管节之间的连接处等薄弱环节的渗、漏水更为严重，成为隧道工程一大病害。因此搞好隧道防排水设计及裂缝防水技术，精心施工和有效养护，使隧道衬砌不漏不渗，是保证行车安全和隧道能否长期使用的重要条件。

针对隧道的防排水要求和目前隧道普遍出现的渗漏水情况，隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和运营设备的正常使用和行车安全。

关键词： 隧道；防排水；施工技术

Abstract: along with the rapid development of the highway construction, built more and more, and more and more long highway tunnel, from the current domestic already operation of the tunnel to see, ubiquitous tunnel lining leakage problem, especially in the tunnel embedded hole room, construction joints, tunnel and GuanJie at the joint of the weak link between such as the permeability, water more serious, become a big tunnel engineering diseases. So does well the tunnel waterproof and drainage design and crack waterproof technology, careful construction and effective maintenance, make the tunnel lining don't leak permeability, is ensure running safety and tunnel of the important conditions can use for a long time.

According to the requirements of waterproof and drainage tunnel and the current situation of the tunnel appear generally leakage, waterproof and drainage should follow the "prevent, platoon, cut, plugging union, adjust measures to local conditions, the comprehensive management" principle, guarantee the tunnel structure and operation of the equipment that the normal use of and driving safety.

Keywords: tunnel; Waterproof and drainage; Construction technology

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

舟山北向疏港公路（岑港大桥至大沙段）共设隧道（何家弄隧道）1座，采用小净距隧道形式，长585米，设计速度：80km/h。

隧道净高5m，行车道宽3.75×2＝7.5m，隧道左侧向宽度0.5m，右侧向宽度0.75m。检修道宽度2×0.75m，净高2.5m。

隧道平面线形以路线走向、工程地质综合考虑，隧道平面线形以直线为主，受接线和地形的限制，隧道采用分离式小净距隧道方案，隧道左、右线行车道中线线间距为18.5m，暗洞范围隧道最小净距为6.16m。

1、隧道渗漏水危害及防排水处理方案

我国《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）规定公路隧道应达到下列防水要求：高速公路、一级公路、二级公路隧道防排水应做到拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水，有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结，车行横洞、人行横洞等服务通道拱部不滴水，边墙不淌水。但从目前国内已营运的隧道来看，普遍存在隧道衬砌渗漏水问题，成为隧道工程一大病害。

1.1、隧道渗漏水的危害

渗、漏水问题对隧道工程的安全质量问题主要体现在以下几个方面：

1.1.1、地质条件变异引发的涌水和塌方。隧道开挖过程中，由于地质条件与地质勘查报告所述发生变化，出现掌子面涌水和塌方，严重威胁隧道施工作业人员的人身安全，影响隧道的施工进度。

1.1.2、初喷和钢拱架背后的渗水问题。隧道初期支护一般由喷射混凝土、钢筋网和钢拱架组成，地下水大都从工字钢的周围以浸润状渗水和滴状漏水的形式流出，随着时间的推移，工字钢将产生严重锈蚀，最终可能导致初期钢拱架支护失效，由此可见工字钢背后的隧道渗水问题不容忽视。

1.1.3、路面积水，行车环境恶化，减少车轮与路面之间的附着力，行驶在上面的车辆容易因为轮胎与路面之间的摩擦力减小而发生滑移现象。

1.1.4、在渗漏水的隧道内，路面腐蚀严重，如处于电气化区域，拱顶部位的漏水接触馈线、导线等电路及电器设备，就会破坏绝缘效果。

1.2、防排水控制处理方案

隧道防排水工程是一个复杂的有机联系的系统工程，无论是设计、施工还是运营过程中的任何细小的疏忽或缺陷，都可能造成隧道防排水失败。因此，隧道防排水工程应当合理设计、精心施工和有效养护，使隧道不漏不渗，是保证行车安全和隧道能否长期使用的重要条件。

为此，结合本工程隧道，本人认为主要应从进洞前防排水处理、开挖过程中引排水处理、初期支护与二次衬砌中防排水措施等方面来加强隧道防排水控制。

2、进洞前防排水处理

洞外防排水是指合理的布置隧道洞外地表水防排水措施，防止地表水下渗或向隧道洞口汇集。

2.1、洞顶地表处理

首先，在何家弄隧道进洞前对隧道轴线范围内的地表水进行了解，分析地表水的补给方式、来源情况，并适时采取相应的处理措施，做好地表防排水工作。要求重视防止地表水的下渗，其处理措施为填充、铺砌、勾补、抹面等。对洞、坑、穴、钻孔等均应采用防水材料充填密实封闭，隧道进出口段一定范围地表采用注浆加固措施。

2.2、洞顶截水天沟

洞顶截水天沟是修筑在距洞门边仰坡一定距离外，环抱隧道洞门的截水沟。洞顶截水天沟的主要目的是截断洞口边仰坡地表水来源，防止地表水冲刷边仰坡和洞门区域。何家弄隧道洞顶天沟采用浆砌片石铺砌，厚度30厘米。天沟坡度根据地形设置，但不应小于0.5%，以免淤积。天沟长度应使边仰坡坡面不受冲刷为宜。隧道进洞口路线两侧及出洞口右侧流水量不大，直接将水引入路基排水边沟排泄；隧道出洞口路线左侧为山脊地带，流量较大，根据山体纵坡及地形情况，设置跌水连接，将水引至附近盖板涵排泄。

2.3、明洞防排水

相对于隧道暗洞，明洞防排水条件要优越得多。一方面，明洞属于明挖回填结构，可以在渗水迎水面（衬砌结构外侧）设置防水层，其施作条件和防水效果要好得多；另一方面，明洞回填材料和方式可以人为控制，从而也能控制回填后明洞洞周的地下水流量和路径。

2.3.1何家弄隧道明洞外缘防水采用TBS防水+全断面铺设土工布、防水板，接缝采用双焊缝热融粘结技术。

2.3.2在明洞与暗洞搭接处，采取可靠的变形缝防水措施，采用中埋式止水带防水，并在明暗交接处设直排水板。

2.3.3明洞回填前和回填过程中，在回填土石底层或层间埋设排水盲管（盲沟），引流渗水，防止地表水下渗后在回填土石中滞留积蓄，增大水压和明洞荷载。

2.3.4何家弄隧道洞门采用削竹式洞门，表面采用植草防护，植草护坡是用植物或植物与土木工程材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和破侵蚀性，可防雨水冲刷。

2.4、洞门截排水

洞门截排水的主要目的是截流洞口边仰坡漫流下来的地表水，防止水流在洞门处下渗或冲刷洞门结构，影响洞门结构安全、行车安全和美观，何家弄隧道采用削竹式洞门，主要措施为：沿洞脸环向设置高度30厘米厚的钢筋混凝土帽石，沿洞门环框内侧隧道壁面设置滴水线，以防雨水漫流影响美观。

3、开挖过程中引排水处理

在隧道施工过程中，应对开挖面出现的涌水进行调查分析，找准原因，采取“以排为主，防、排、截、堵相结合”的综合治理原则，因地制宜地制定治理方案，达到排水通畅、防水可靠、经济合理和不留后患的目的。

造成隧道涌水现象一般是由于地下水发育，洞壁局部有水流涌出；碰到断层地带，岩石破碎，裂隙发育，出现涌水现象；洞顶覆盖层较薄，岩石裂隙发育，开挖地表水下渗等原因。施工中应对洞内的出水部位、水量大小、涌水情况、变化规律、补给来源及水质成分等做好观测和记录，并不断改善防排水措施。当洞内有大面积渗漏水时，宜采用钻孔将水汇流引入排水沟，并详细记录钻孔的位置、数量、孔径、深度、方向和渗水量等，以便在衬砌时确定拱墙背后排水设施的位置及衬砌背后环向排水管的数量。

对于洞内涌水或地下水位较高的地段，可采用超前钻孔排水、辅助坑道排水、超前小导管预注浆堵水、超前围岩预注浆堵水、井点降水及深井降水等辅助施工方法。当涌水较集中时，喷锚前可用打孔或开缝的摩擦锚杆进行排水；当涌水面积较大时，喷锚前可在围堰表面设置树枝状软式透水管，对涌水进行引排，然后再喷射混凝土；当涌水严重时，可在围岩表面设置汇水孔，边排水边喷射。在喷射混凝土完成后，用引水管连接汇水孔等排水装置将涌水引入排水沟内。

4、初期支护及二次衬砌中防排水措施

4.1初期支护防水

喷射混凝土紧贴围岩壁面，封堵一部分围岩壁面裂隙（即渗水通道）。有些为了节约工期，通常采用一次性喷射混凝土，这样做是很不规范的。应每次按3～5cm喷射厚度进行多步施工，在进行下一步施工前对前一步喷射混凝土表面渗水处布置半管透水管，将水引排至纵向排水管。最大限度控制地下水透过初期支护。

喷射时，先打开送风装载，送风后调整风压，使之控制在0.45—0.7MPa之间，若风压太大，粗骨料则冲不进砂浆层而脱落，将导致回弹量增大。因此，应按砼回弹量小，表面湿润易粘着为度来掌握。喷射压力，喷射机司机与喷射手要配合好，根据喷射手反馈的信息及时调整。

喷嘴与岩面之间的距离应控制好，太近太远都会增加回弹量；喷射方向尽量与受喷面垂直，拱部尽可能以直径方向喷射。

喷射的时间间隔为15~20min。

为提高工效和保证质量，喷射作业应分片进行，可按照先边墙后拱脚，最后喷射拱顶的顺序施喷。喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm，力求喷出的砼层面平顺光滑。

湿喷砼施工工艺流程见图（湿喷砼施工工艺流程示意图）。

4.2防水板防水

对于排水型隧道，防水板靠近初期支护一侧布置土工布形成复合式防水板。考虑到防水板较薄（通常为1mm），土工布一方面起到防止初期支护表面坚硬部分刺破防水板的作用，另一方面起到反滤作用，过滤渗透水中微小土粒，防止堵塞排水管。对于防水型隧道，防水板外可不设置土工布。

防水板施工：

4.2.1、喷射混凝土基面处理

由于喷射混凝土基面粗糙、凹凸不平，以及锚杆头外露等对铺设防水层质量有很大影响，因此，防水层铺设前必须对喷射混凝土基面进行处理。

4.2.1.1有突出钢筋、铁丝时，则应按如图所示施工顺序进行处理。

1）切断2）铆平 3）砂浆抹平

4.2.1.2当有钢管突出时，则按如图所示施工顺序进行处理。

1）切断 2）表面处理 3）砂浆抹平

4.2.1.3当金属锚杆端部外露较长时，则应从螺帽开始留5mm切断后，再用砂浆进行覆盖处理，按如图所示要求施工。

4.2.2、防水卷材施工

在初期支护施工完毕并达到要求的平整度后，就可以进行防水卷材的铺设。目前防水卷材的铺设工艺有三种：一是无钉热合铺设法，二是有钉冷粘铺设法，三是多点复合免钉穿铺设法。

为了施工方便，何家弄隧道使用的防水卷材为防水板与土工布复合在一起的专用防水卷材，在这种卷材的纵向边缘留有10cm的粘接带，在此区内无土布层。施工中，先将初期衬砌基面整平，割除锚杆头等金属突出物。接着根据防水卷材的铺设方向（纵向或环向）截取相应的卷材段，擦干净粘接带内的灰尘与水滴，将防水卷材从一侧墙角往另一侧墙角铺设。防水卷材内等距离设置有连接扣，固定时在连接扣位置，在喷射砼上打设连接设备，然后连接设备与连接扣粘合固定。

防水膜间用热合机进行焊接，接缝为双焊缝，中间留出空腔以便充气检查，如图。

检查方法：用5号注射针与压力表相接，用打气筒充气（脚踏式或手动式皆可），充气时检查孔会鼓起来，当压力达0.1～0.15MPa时，停止充气。保持该压力时间不少于1min，说明焊接良好；如压力下降，证明有未焊好之处，用肥皂水涂在焊接缝上，产生气泡地方为焊接欠佳之处。重新焊接可用热风焊枪或电烙铁等补焊，直到不漏气为止。

防水层施工必须精心，防水层质量检查必须认真。但破损有时是难免的， 检查出防水层上有破坏之处，必须立即做出明显标记，用同型号的防水板进行施补，补焊范围是损坏处的2倍以上。

5、二次衬砌自防水

二次衬砌是隧道防水的最后一道防线。二次衬砌采用的防水混凝土通常分为普通防水混凝土、外加剂防水混凝土和膨胀水泥防水混凝土3种。何家弄隧道采用C30外加剂防水混凝土。

5.1另外，衬砌混凝土的变形缝和沉降缝，采用止水带防水时，施工中必须符合下列要求：

5.1.1止水带不得被钉子、钢筋和石子刺破。如发现有割伤、破裂现象，应及时修补；

5.1.2在固定止水带和灌筑混凝土过程中，应防止止水带偏移；

5.1.3加强混凝土振捣，排除止水带底部气泡和空隙，使止水带和混凝土紧密结合；

5.1.4根据止水带材质和止水部位，可采用不同的接头方法。对于橡胶止水带，其接头形式应用搭接或复合接；对于塑料止水带 接头形式应采用搭接或对接。止水带的搭接宽度可取10cm。冷粘或焊接的缝宽不小于5cm。

止水带在端头模板上的固定是止水带安装的关键。止水带固定的好坏直接关系到止水带在衬砌中能否垂直于工作缝，是否能使排水通道与工作缝相通。

5.2具体安装工艺如下：

5.2.1用Φ8钢筋卡间隔一米固定在止水带上。

5.2.2用穿板铁丝固定钢筋卡与板外钢筋段；

5.2.3将Φ10背托钢筋穿与止水带和钢筋卡之间，并用扎丝绑扎在钢筋卡上；

5.2.4先浇衬砌段拆模后，先将钢筋卡外露段扳直，并用其将自然伸直的止水带外露部分卡紧。

5.3安装注意事项：

5.3.1止水带的中央排水通道应与工作缝对齐，这样才能保证工作缝中的渗漏水被止水带堵住并通过排水孔流入隧道排水系统。

5.3.2止水带的下部必须与排水管的下部连接牢靠、畅通，只有这样才能保证渗漏水顺畅进入纵向排水管并排出洞外。

5.3.3避免在施工时截断止水带，尽量做到一条工作缝一条止水带，避免搭接，这样可避免接头位置的安装缺陷。

6、施工缝、变形缝、沉降缝防排水

以往的工程中，在施工缝处采用中埋式遇水膨胀止水条，沉降缝、变形缝采用中埋式橡胶止水带，并在缝中填沥青木丝板等防水材料，但防水效果并不理想。

6.1原因有三：

6.1.1渗水下排不通畅，积水引起的高水头引发渗漏水。

6.1.2遇水膨胀止水条或者遇水膨胀橡胶条周围不密实。一方面混凝土干缩及端头模板漏浆等施工中不易控制等多方面原因，另一方面止水条或止水带因反复收缩膨胀疲劳后形成地下水通道。

6.1.3遇水膨胀止水条在实际施工过程中很难固定在预定位置处。

6.2针对以上原因，目前主要有以下几种处治方法：

6.2.1、针对缝后排水不畅而导致的高水头状况，以疏通地下水通道，减小水头。部分隧道施工缝采用可排水止水带，对地下水采用先排后堵的新型止水带。由绕道和翼缘构成止水带主体，止浆滤水带粘贴在翼缘上与绕道形成排水通道；在施工缝外侧设置盲沟，使地下水通畅排向拱脚。

6.2.2、针对缝后间隙较大的问题，采用注浆，以封堵地下水通道。目前新开发带注浆管的膨润土遇水膨胀止水条具有以下特点：有遇水膨胀止水功能，注浆管相当于加筋，控制止水条在长度方向的膨胀；腻子型弹性材料具有弹性压缩密封止水功能，弹性材料止水失效时，可通过注浆管注浆封堵。

6.2.3、采取分区防水，达到“分而治之”。沿隧道纵向将防水层分为相对独立的区段，采用防窜流肋条法和背贴止水带法。这样做的好处是：（1）当一处防水层破损后，衬砌渗漏仅仅局限于该区段，而不会沿隧道纵向窜流，避免大范围扩散。（2）当衬砌出现渗漏后，容易确定防水板破损位置，便于进行处治。（3）通过对某一区段进行渗漏治理，地下水不会从相邻区段衬砌薄弱环节渗出。

7、隧道内排水系统的建立

隧道内完整排水系统主要由纵向排水、环向排水、竖向排水及横向排水盲管组成。其中纵向排水盲管是排水系统“核心”。一方面，环向、竖向排水盲管将地下水排人纵向排水盲管；另一方面，纵向排水盲管中的一部分地下水通过横向排水盲管导人路侧边沟或中、排水沟而排出洞外，而另一部分地下水顺纵向排水管直接排出洞外。整个系统通过“三通”相互连接，从而形成三维空间排水系统，较好地解决了隧道内地下水排放的问题。

何家弄隧道排水系统由纵向排水管、横向排水管和两侧排水边沟组成。

7.1排水管材施工

排水管材包括纵向排水管和横向排水管，这些管材在施工时应特别注意相互间的搭接。搭接应牢固，不漏水，排水通畅，优先选用专用搭接接头。

7.1.1.纵向排水管施工

纵向排水管应按一定的排水坡度安装，中间不得有凹陷、扭曲等，以防泥沙在这些位置淤积、堵塞排水管。在安装前，用素混凝土整平安装基面。

纵向排水管施工前应进行以下检查：

(1)排水管材质及规格检查。塑料制品若保存不当极易发生老化，可目测管材的色泽和管身的变形；轻轻敲击观察管体是否变脆；用卡尺或钢尺量管径与管壁，检查其是否与设计要求相符。

(2)管身透水孔检查。纵向排水管主要有两个作用：一是将环向排水管下流之水经其排至横向排水管；二是将防水卷材阻挡之水经纵向排水管上部透水孔向管内疏导。为了实现其第二项功能，排水管上的透水孔必须有一定的规格并保证有一定的间距。在纵向管安装前，必须用直尺检查钻孔的孔径和孔间距。

施工时应进行以下检查：

(1)安装坡度检查。纵向排水管通常位于衬砌的两下角，需要从路面水平下挖一定深度才能达到设计标高。有时施工条件极为不利，施工较易出现管身高低起伏不定，平面上忽内忽外的现象。在这种情况下，隧道建成后纵向排水管容易被淤砂封堵，或被冰冻封堵，造成纵向排水不畅。因此，施工中一定要为纵向排水管作好基础，用坡度规检查、测定纵向排水管的坡度，使地下水进入纵向排水管后在一定的坡度下按指定的方向流动。

(2)包裹安装检查。纵向排水管在布设时必须注意其细部构造。首先应用土工布将纵向排水管包裹，使泥砂不得进入纵向排水管。其次，应用防水卷材半裹纵向排水管，使从上部下流之水在纵向盲管位置尽量流入管内，而不让地下水在排水管位置纵横漫流。因此，施工时要认真检查纵向排水管的包裹安装情况，杜绝粗放施工，为隧道后期排水创造条件。

(3)与上下排水管的连接检查。纵向排水管在整个隧道排水系统中是一个中间环节，起着承上启下的作用。施工中应注意检查上部环向Ω型弹簧排水管与纵向排水管的连接。一般采用环向排水管出口与纵向管简单搭接的方式，避免两管之间被喷射混凝土隔断。其次还应回注意检查纵向排水管与横向排水管的连接。一般采用三通管连接；三通管留设位置应准确，接回头应牢靠，防止松动脱落。

7.1.2、横向排水管的施工

与纵向排水管施工工艺相同，但应注意：对横向排水管的检查，主要是接头应牢靠、密实，保证纵向排水管与中央排水管间水路畅通，严防接头处断裂，由纵向排水管排出之水在路面下漫流，造成路面翻浆冒水，影响行车安全；其次是在横向排水管上部应有一定的缓冲层，以免路面荷载直接对横向排水管施压，造成横向排水管破裂或变形，影响其正常的排水能力。

7.2两侧排水沟施工

路面两侧排水沟采用现浇方法施工。施工时应注意：(1)侧沟与侧墙应连接牢固，必要时可在墙部加设短钢筋，使墙与沟壁联为一体。(2)侧沟进水孔的孔口端应低于该处路面标高，路面铺筑时不得堵塞孔口。(3)隧道内侧沟旁设有集水井时，宜与侧沟、路面同时施工。(4)应当保证按照设计的结构尺寸、排水坡度进行施工，保证横向排水管与排水沟的顺畅连接。

8、结论

每道工序的施工质量都对隧道防排水效果产生很大的影响，施工中的每一点疏忽都可能造成渗漏水隐患。因此，应加强对每道工序的施工质量控制，确保施工达到预期效果，使隧道防排水工程质量有保证。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.《公路隧道施工技术规范》（JTJ 042-94）.北京.人民交通出版社，1995.

[2] 中华人民共和国行业标准.《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）.北京.人民交通出版社，2004.

[3] 钟方平，李地元，张伟，黄炳仁.《青山岗隧道施工渗漏水病害分析及其防治研究》.地下空间与工程学报，2008年，第1期，第4卷.

[4] 赵真，张丽娟.《公路隧道防排水设计与施工》.城市建设理论研究，2011年，第18期.

[5] 兰祥东.《公路隧道施工防排水》.赤子，2009年，第8期.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。