隧道防排水技术探析

摘要：隧道防水工程的质量直接影响隧道主体结构的使用功能和寿命，关系到人民的正常通行，关系到是否能为人们提供一个舒适和安全的交通环境。然而，当前许多隧道防水施工不到位，造成渗漏水现象，影响了隧道的使用性、耐久性、安全性。因此，必须加强隧道防排水施工技术的研究和施工质量控制。本文分析了隧道防排水及其技术缺陷，并对当前较好的隧道防排水新技术进行介绍。

关键词：隧道；防排水；技术

中图分类号： U45 文献标识码： A

一、隧道防排水及其技术缺陷

我们知道，所谓隧道防排水，其中防水是防止地下水从隧道的拱部或边墙渗漏出来，而排水则是把衬砌背后的地下水汇积到边墙脚通过泄水孔进入侧沟或中心水沟排出。近年来，随着对土工合成材料研究的不断深入，聚氯乙烯防水板、橡胶防水板等隧道防水材料的开发和引用，提高了隧道的防水效果，为我国大力加强隧道，特别是高速隧道建设创造了条件。但是，隧道多在山岭地区，一般以石质隧道为主，由于岩石风化、地史及地质构造的影响，不仅岩性多变，而且结构构造复杂，会衍生许多不良地质现象。由于地下水的贮存条件不尽相同，地面水也必然不时渗入隧道，因此对洞内范围内的地下水除了采取有效的防水措施外，还要进行排水疏导，给地下水留出排水通路，减少隧道周围集水对衬砌混凝土的渗透压力，从而达到更加有效地防水，确保洞内不渗不漏。隧道防排水技术存在以下缺陷：

1、附加防水层

隧道工程多在迎水面设置防水水泥砂浆防水层、卷材防水层或涂料防水层等，其目的是补偿增强结构自防水，作为一道重要的防水线。由于此方法应用到的塑料和橡胶防水板都存在大量的接缝，无论是焊接或是粘接都难以做到密不露水，特别是现场作业的困难更大。在有水侵湿地段，全封闭仰拱被水泥浆、泥浆污染时，甚至无法焊接或粘接。这道工序人为因素比较大，接缝焊（粘）接好后又无法进行检验，仅凭肉眼和手感是检验不出接缝是否漏水。另外塑料防水板还存在大量的钉眼，这些都是防水的薄弱环节。

2、混凝土结构自防水

混凝土结构自防水的关键是施工时必须确保混凝土密实及控制混凝土不产生裂缝。普通防水混凝土存在收缩开裂，而补偿收缩混凝土很好的解决了这个问题，它是在水泥中掺入膨胀剂或采用膨胀水泥拌制而成。常用的外加剂有防裂型FS防水剂、U型膨胀剂等。实践证明，掺入外加剂可以达到比较理想的抗裂、防渗效果。隧道衬砌漏水大都发生在施工缝、混凝土捣固部密实的薄弱环节。由于用人工浇注的混凝受人为影响、作业条件影响很大，出现蜂窝麻面的可能性大得多，因此混凝土仍然渗水严重。

3、注浆止水

这种方法对于开挖过程中的超前止水和围岩暴露后的围岩止水都很适用，也可用于衬砌漏水地段的处理。它对集中出水点止水效果较好，而对大面积渗水效果较差。但这种方法费时多，对施工干扰大，需要预埋特制的孔口管、连接注浆管和控制阀，孔口管达到一定的抗拔力后才能使用。水泥和水玻璃浆液还需要进一步的考证，水玻璃对环境产生一定的污染。

二、隧道防排水新技术

（一）动态引排地下水

对局部的渗水点或渗水裂隙，采取半管引排方法进行处治。所谓半管，即断面呈Ω状的弹簧排水管，弹簧断面弦侧开口，弧侧粘贴有塑料膜。要求其强度能承受喷射混凝土的冲击力而不损坏，不变形，且纵向具有柔软可弯折的特点，以适应围岩变形及喷射混凝土表面不平整的要求。具体做法是：根据地下水大小及围岩量测变形速度，将设计的喷射混凝土总厚度分2—4层喷射（每层厚不小于5厘米）。当围岩开挖断面符合要求后，围岩中的地下水会沿裂隙渗出，可沿裂隙敷设半管排水，然后喷射第一层混凝土（渗水面和渗水量大时，先喷射第一层混凝土厚5厘米封闭围岩）；然后，检查第一层喷射混凝土表面有无渗水现象，在有渗水的部位打眼引水，并敷设半管，同样在其表面喷厚约1～2厘米混凝土包裹，再依据围岩变形量测情况，完成第二层喷射混凝土；待围岩继续变形裂缝漏水，按上述方法在第二层喷射混凝土表面渗漏水处再敷设半管，直到围岩变形稳定，最后一层喷射混凝土完成以后不再出现渗漏水现象为止（图1）。如此，可将隧道围岩渗出的地下水通过大量暗埋式半管引入纵向排水沟排出洞外。分层分批埋设的暗埋式排水管具有能适应围岩逐渐变形的特点，由于达到“排水通畅、不渗不漏”，消除了隧道压力水。此外，在同一层排水管内，排水管可以沿裂缝呈树枝状布置，即排水管顺裂缝分岔，干管上面分支管（图2）。这种布置方式是半管的一大优势，它机动灵活，连接方便。

图1Ω半管及其分层埋设 图2 半管的树枝状布置

（二）洞内盲沟排水

隧道排水采取在衬砌背后环向和纵向设置软式透水管盲沟，盲沟伸入泄水孔管，将水排到隧道两侧的水沟中，隧道内设双侧沟加中心沟的方式排水。环向排水盲管沿纵向设置的间距应满足设计要求，并应根据洞内渗、漏水的实际情况，在地下水较大的地段应加密设置排水盲管。安装时环向盲管应尽量紧贴渗水岩壁，减小地下水由围岩到环向盲管的阻力，盲管布置应圆顺，不得起伏不平。环向盲管安装时应用钢卡等固定，再喷射混凝土封闭。首先应用土工布将纵向排水管包裹，使泥砂不得进入纵向盲管。其次，应用土工布半裹纵向盲管，使从上部下流之水在纵向盲管位置尽量流入管内，而不让地下水在盲管位置纵横漫流。纵向排水盲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，纵向排水盲管安装坡度符合设计要求，通向水沟的泄水管应有足够的泄水坡。施工中应注意检查与上部环向盲管的连接，应与环向排水盲管、横向排水盲管用变径四通连为一体。形成完整的排水系统。四通管留设位置应准确。接头应牢固，防止松动脱落。中心排水管沟管径符合设计要求，管身不得变形、不得有裂缝，管身上部透水孔畅通。

（三）管片接缝防水的新构造

以弹性橡胶密封垫为主，辅以聚醚型聚氨酯弹性体止水条组成接缝密封防水线。弹性橡胶密封垫由压缩永久变形量小、应力松弛变化率低，耐老化性能佳的三元乙丙橡胶与遇水膨胀橡胶复合而成，弹性橡胶密封垫需预制成框。

这类多孔弹性橡胶密封垫可以是单一的EPDM胶，也可如图示表面覆（或嵌）遇水膨胀橡胶薄片，实验表明遇水膨胀橡胶除了膨胀力可弥补应力松弛外，相对两胶面长期紧压后产生的粘附力也很强，很有利于接缝面止水。因此，实际上密封垫多在“脚”下渗水。

聚醚型聚氨酯弹性体是从国外最近引进的遇水膨胀止水材料，其显著特点为遇水膨胀后，材料性能指标之一的拉伸强度会显著提高，而其它主要性能指标基本保持不变，材料耐久性有确切保证（在半年浸水条件下，其质量变化率≤２％，此后几乎不再有析出物。）。它可进一步加强接缝防水，提高弹性橡胶密封垫的耐久性；防止管片环纵缝均有的凸面造成的回填注浆液、渗漏水漏至拼装面；并减少盾尾密封油脂的浪费。沿沟槽外侧的环纵缝空隙处（这种空隙可避免管片外沿混凝土易发生的应力集中）设置聚氨酯膨胀止水条，可在接缝较小张开时（如３mm）,由它挡水，使弹性橡胶密封垫只在较大接缝张开时发挥作用，从而延长这主要防水线的工作寿命，因此它比欧洲部分盾构管片接缝外沿设海绵挡条阻隔砂石的办法优点多。

(四)混凝土防水被覆罩

新的防水被覆罩是一种双层结构:底层(即安装后靠近隧道开凿而或喷灌混凝土层)是一层富有弹性、透水系数大、排水透水效果好的聚醋长纤维,称之为透水缓冲层,安装时用混凝土钉将它固定在一次混凝土(即喷灌混凝 土），其主要作用有两个:一是保护EVA被覆罩;二是能防止混凝土因温度变化而引起的裂缝。外层（即安装后靠近被覆混凝土的)是一层以乙烯、醋酸乙烯复合体为主要成分的轻软、拉力好的不透水层,简称为EVA被覆罩,起防水作用。因为相邻两幅EVA被覆罩是用两面粘布和焊接机焊接相联结,没有钉痕,所以为全面防水效果型,防水效果极佳。由这两层结合而成的新的被覆罩既有强大的韧性,又有很好的防水性。其结构如图3

图3

基本安装方法1.底层(即透水缓冲层)的安装;首先将喷灌混凝土面上的突出物除掉,尔后用混凝土钉和压板将聚醋纤维(不织布)固定在混凝土面上,混凝土钉间距:拱侧 为400、500m m.拱顶为150~200m m。2.外层(即EVA被覆罩)的安装:安装的主要内容为各幅之间的横向连接问题,连接的基本方法是用两面粘布及焊接机焊接,连接形式有搭接及对接。3.末端处理:在新的防水被覆翠的末端设有P VC有孔集水管(或排水材料)和排水管,将渗水排出隧道外。

参考文献

[1]张宇.隧道防排水技术探析[J].城市建设理论研究（电子版），2013（12）.

[2]张二恒.铁路施工中隧道防排水技术探析[J].大陆桥视野,2012(04).