关于隧道防排水技术的探讨

摘要 我国有8600多座铁路、公路隧道，总长度约为4370km，居世界第一，已经成为世界上隧道和地下工程最多、最复杂、发展最快的国家。但是据统计，在我国既有隧道中，大多隧道都存在不同程度的病害。隧道病害的类型主要有水害、冻害、衬砌裂损和衬砌侵蚀，其中最常见的病害形式是隧道渗漏水。本文通过探讨国内外防排水技术的现状和发展方向，结合工程实例，对国内现阶段采用的防排水技术进行探讨。

关键字 隧道防排水 多道设防

一．前言

我国是一个多山的国家，75%左右的国土是山地或重丘，在公路建设中过去的普遍做法是盘山绕行或切坡深挖。据统计资料[1, 2]，汽车翻越山岭平均时速不足30 km，不到经济时速的一半，汽车的机械损坏和轮胎磨损极为严重，低等级道路的汽油耗量比高等级公路多20% ~ 50%；而且劈山筑路会造成许多高边坡，在南方雨量充沛地区，它严重破坏自然景观，并造成塌方滑坡和水土流失，所以在山岭重丘地区修建高等级公路时，为缩短公路里程，改善线形及保护环境，昔日那种“逢山尽量绕着走”做法，将被开凿公路隧道所代替。隧道作为道路结构的组成部分，既能保证最佳道路线形，便利行车，又可有效防止山地陡坡的滚石、泥石流等自然灾害，提高行车的安全性和可靠性，同时又能和当地环境相协调，保全自然景观。

但是据统计，在我国既有隧道中，大多隧道都存在不同程度的病害。隧道病害的类型主要有水害、冻害、衬砌裂损和衬砌侵蚀，其中最常见的病害形式是隧道渗漏水。现有资料表明，国内有近1/3的隧道存在着衬砌结构的渗漏水问题。渗漏水病害的表现形式主要有拱顶渗水、滴水，拱脚处渗水、淌水，施工缝部位渗水、淌水、局部涌水、涌泥等（如图1-2所示，），在冬天则表现为顶部形成冰挂，侧墙形成冰柱，在道路路面形成冰堆、冰坡等。

1 拱顶滴水 2 拱顶渗水

隧道渗漏水与其他病害是密切相关的。由于水的可流动性和水压的传递性，隧道衬砌结构往往都是承受较高的水头压力，在这样的条件下，衬砌中的任何缺陷和病害都可能成为渗漏水的通道。反之，渗漏水又加速各种病害的发生和发展，影响隧道的使用性能和使用寿命。因此，隧道渗漏水实际上是隧道各种病害的综合反映[1, 3]。

隧道渗漏水危害极大，主要危害表现在以下几点：

（1）由于衬砌渗漏水，造成隧道侵蚀破坏，特别是在渗漏水具有侵蚀性的情况下，对衬砌和隧道设备的腐蚀性更严重，影响隧道结构的耐久性。

（2）路面积水，环境恶化，降低了路面与轮胎的摩擦力，威胁行车安全。

（3）寒冷地区反复的冻融循环，造成衬砌混凝土冻胀开裂破坏；在衬砌与围岩之间，由于冻胀引起拱圈变形破坏。

（4）渗漏水增加洞内湿度，降低隧道各种附属结构及设备（如风机和灯具等）的工作效率和使用寿命。

（5）隧道渗漏造成地表水和含水层水大量流失，破坏周围水环境，造成环境灾害。

鉴于以上渗漏水对隧道运营所产生的种种严重后果，因此对隧道防排水结构进行深入的研究，采取一些合理有效的防治措施，以确保隧道的防排水结构的耐久性，进而保障隧道的长期、安全、稳定运营。

二、国内外研究现状

公路隧道作为一类地下建筑，它的防水技术经过几十年的发展，已有了许多成功的经验。目前国内外关于隧道的施工方法有：矿山法、盾构法（TAM）和沉管法三种。国内山岭公路隧道，主要采用矿山法中的新奥法进行设计和施工；盾构法常用于城市地下工程；沉管法主要应用于海底隧道、过江隧道的施工。隧道防水技术主要有三种类型[1 ,4, 5]：一是从围岩、结构和附加防水层入手以防为主的水密型防水；二是从疏水、泄水入手以排为主的泄水型或引流自排型防水；三是防排结合的混合型防水。国内外隧道基本上本着“多道设防”的原则，它的防排水技术主要表现在以下几个方面：

1、复合衬砌由一次支护、二次模注混凝土以及防水层组成，防水层常采用PVC、ECB（乙烯―醋酸乙烯与沥青共聚物）、EVA（乙烯―醋酸乙烯共聚物）、LDPE（低密度聚乙烯膜）及HDPE等材料。复合衬砌防水是隧道新奥法施工的基本形式，被广泛应用于国内外大量隧道工程中。如日本的北陆新干线―间濑隧道、东京湾渡海公路海底隧道，北京西单折返线地铁以及京九铁路五指山隧道等，均采取了复合衬砌防水。复合衬砌的防水层设于一次支护与二次模注之间，表面光滑，除了防水，它还能减少喷射混凝土与二次衬砌模注混凝土之间约束应力，防止二次模注混凝土产生裂缝。

2、二次衬砌防水。二次衬砌防水是盾构隧道的一种防水技术，在盾构隧道内侧，增加二次衬砌，使隧道内的水分和氧气与一次衬砌隔绝，这样不但可以防水，而且可以对一次衬砌接头的金属构件和螺栓起防腐作用。

3、单一衬砌防水。单一衬砌防水可认为是新奥法的一种延伸，分内防水和外防水两种。

4、排水法防水。这种方法通常与其它防水方法结合使用，很少单独使用。

5、注浆防水。注浆能起到提高隧道围岩整体性、有利于改善衬砌所受压力，它属于隧道介质防水，其有效性可以通过注浆后达到的渗透性来评价。

目前，国内外对隧道防排水处理主要注重事先防御，集中在隧道防排水设计上，公路隧道防排水形式设计基本采用全封闭型，即从围岩、结构或附加层着手，拒水于工程结构之外，采取多种措施，千方百计不让地下水进入工程内部。我国《地下工程防水技术规范》（GBJ 108―87）对地下工程的防水提出了总的治理原则，即“防、排、截、堵相结合，因地制宜、综合治理”。

五、隧道防排水工程实例

贵阳市贵金线黔灵山隧道左线全长1578 m，右线全长1600 m，属于长隧道，结构形式为单洞三车道小间距隧道。本隧道防排水方案采用了“多道设防”。除了隧道自身完善的排水系统外，还综合采用了小导管注浆堵水、隧道二衬自防水、洞口及地表截水沟截水、隧道出口路面设置拦水沟截水等多道防排水措施。隧道防排水遵循“防、排、截、堵相结合，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。

隧道明洞段采用双层土工布夹防水板及粘土隔水层防水，采用碎石盲沟及φ110PE排水管排水；洞内复合式衬砌采用土工布加防水板防水，环向采用Ω弹簧排水管，墙脚纵向排水管采用φ110双壁打孔PE管，横向采用φ100mm PE排水管等排水。沉降缝、变形缝处均设10mm(厚) ×300mm（宽）橡胶止水带和10mm(厚) ×300mm（宽）背贴式止水带，施工缝处设带注浆管的橡胶止水条和10mm(厚) ×300mm（宽）背贴式止水带止水。为了使隧道内冲洗水和围岩渗水分开排放，隧道洞内全长设中心排水沟，以横向PE排水管连通纵向双壁打孔PE管和中央排水沟，引水至洞外，中心沟以及边沟在洞外均引入路线排雨水管沟；此外，中心排水沟每100m设沉沙井和检修井，为了保证行车安全，检修井井盖采用采用和路面同级混凝土满浇，浇注时用4mm木条和路面板隔开，检修时凿开混凝土盖板，检修完后再用混凝土将井口封严。纵向排水管每50m设检查井，使洞内形成便于检修的防排水体系。隧道洞门上方仰坡坡顶5m以外设置洞顶截水沟，引地表水至路基边沟或洞门外侧自然沟谷，隧道冲洗水通过道路两侧设置的排水边沟排出隧道，隧道二衬采用防水混凝土，抗渗等级为S8。

目前黔灵山隧道已经通车运营两年，隧道防排水效果良好。

六、结语

目前对隧道的防排水及渗漏水的防治的研究和工程实践己取得了丰硕的成果和经验，依据“多道设防”，遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，能有效的解决隧道的防排水问题，但是在隧道衬砌防排水结构耐久性、防排水材料耐久性对隧道防排水效果影响方面的研究较少。而大量的耐久性研究集中在对房屋建筑结构和桥梁结构的耐久性研究方面，这些研究为隧道衬砌防排水结构耐久性研究奠定了一定的基础，值得借鉴。

参考文献：

［1］ 李亮辉. 裂隙岩体隧道渗流场分析与防排水技术研究[D]. 长沙理工大学硕士学位论文

［2］ 蒋树屏. 我国公路隧道建设技术的现状及展望[J]. 交通世界, 2003, 3: 22-27.

［3］ 王家好. 公路建设对环境的影响与防护对策[J]. 交通科技与经济, 2003, 3: 33-35.

［4］ 陈吉森. 连拱隧道地下水渗流场及防排水技术研究[D]. 河海大学硕士学位论文, 2006.

［5］ 张光斗, 王光伦. 水工建筑物[M]. 北京: 水利电力出版社, 1994.

［6］ 公路隧道设计规范(JTG D70 - 2004). 北京: 人民交通出版社, 2004.

［7］ 公路隧道施工技术规范 (JTG F60-2009) . 北京: 人民交通出版社, 2009.

［8］ 公路隧道设计细则（JTG/T D70―2010）. 北京: 人民交通出版社, 2010.

［9］ 公路隧道施工技术细则（JTG/T F60―2009）北京: 人民交通出版社, 2009.

［10］ 地下工程防水技术规范（GB 50108-2008）.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。