浅析隧道防水支护措施与方法

摘要：隧道作为道路结构的组成部分，即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。在隧道施工中围岩越差，施工难度就越大。为了确保洞室稳定，必须采取综合支护措施，有时需要在坑道开挖之前进行超前支护。经过多年的工程实践，我国在隧道防水支护技术上取得了很大的进步。鉴于此，本文对隧道主要的防水支护组合方式进行了探讨。

关键词：支护；隧道；渗水

Abstract: the structure of road tunnel as components, namely, ensuring the best road alignment, convenient traffic, can effectively prevent the steep mountain of rolling stone, mud-rock flow and other natural disasters, improve the safety and reliability of the driving. In the surrounding rock in tunnel construction, the worse the greater difficulty in construction. In order to ensure that the cavity stability, must adopt comprehensive support measures, sometimes need in the tunnel before excavation advanced support. After years of engineering practice, our country in the tunnel waterproof on supporting technology have made a lot of progress. In view of this, this article mainly to support the tunnel waterproof combination is discussed.

Keywords: support; Tunnel; Ooze water

中图分类号：TD文献标识码： A 文章编号：

一、前言

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，道床积水等，在冬天则表现为顶部形成冰挂，侧墙形成冰柱，在道床形成冰堆、冰坡等。对隧道工程结构防排水措施与渗漏水的治理目前国内外建设部门及施工承建单位都十分重视。若结构防排水措施不当，将导致渗漏水治理工作进行得不彻底，势必给工程带来各种水害影响，产生种种不良的后果，造成巨大的经济损失，如高速公路隧道，直接影响行车安全，引起工程的结构破坏，影响工程使用。隧道防水的总原则是:以防为主、刚柔结合、多道防线、复合衬砌、综合治理。渗漏水的整治以拱部为主，边墙同时进行。拱部采用堵排结合，综合整治的方法，边墙处以排为主。下面本文对隧道防水支护措施与方法进行了探讨。

二、隧道防水支护措施

1、喷射混凝土

喷射混凝土为永久性的支护结构，它是现代隧道建造中支护结构的主要型式，是新奥法的基础，它的功能为:①稳定岩体，控制位移;②填平开挖凹凸面;③保证支护结构与岩体完好接触;④加强岩体表面强度;⑤保护钢筋不受腐蚀;⑥形成以岩体与喷射混凝土层之间相互作用的结构体系。在围岩稳定性好、地下裂隙水较少的情况下，有时只用喷混凝土就能满足支护结构的要求。在围岩稳定性差的情况下，支护结构在采用喷混凝土的。同时，需根据不同裂隙水发育情况，同时采用钢锚杆、钢拱和钢筋。喷混凝土的优点在于能够满足初次支护的构造及受力要求，几乎能适应于各种地质条件。在岩石被开挖后，用喷混凝土能快速形成的支护功能，是其它方法不可比拟的，喷混凝土可以和钢筋、锚杆很好配合。混凝土的质量容易控制，生产造价低。缺点是要求有专业人员，特别要对施工工艺的技术参数加以控制，否则效果下降。

2、钢锚杆

锚杆支护是永久性的支护结构，是新奥法的重要组成部分及基础。锚杆的主要功能有:①承担围岩的应力，防止塌落;②限制围岩位移;③改善“岩石一混凝土结构体系”的承重效果，起到固定岩石共同受力的作用:④形成沿开挖面的受力环区，将开挖面处的高应力，延伸到岩体深处;⑤部分减少开挖过程中引起的松动，从而有效控制围岩裂隙扩大，可减少隧道涌水灾害。钢锚杆可分为展开式锚杆和贴结式粘结锚杆。展开式锚杆的优点为:受力过程时间短、承力快，有后续锚固的功能，即在岩体变形后，通过重新加力，可达到重新锚固的效果。缺点是全部锚固效果局限在相对较短的锚固端头范围内，容易造成局部应力集中，而导致锚固端部处岩石破裂、锚头松动。因此，它通常只用于围岩强度较高的情况下。贴结式粘结锚杆的主要优点为:①贴结强度大、承力快、变形性好;②易于操作，施工作业快;③不受洞周岩石中地下水的影响，有防腐蚀能力。主要缺点为:①造价高;②贴结液有时分布不均匀，导致接触性差，受力不均匀;③贴结效果的长期性、化学稳定性与温度对贴结效果的影响等方面不易控制。

3、钢拱和钢筋网

钢拱和钢筋网为永久性的支护结构，是新奥法支护结构的重要组成部分。在围岩强度低，或松散、颗粒状的地层，且有地下裂隙水的情况下，可在隧道开挖面的拱部或沿隧道的全截面上，安装钢拱和钢筋网，它与喷射混凝土、锚杆一起，构成钢筋混凝土支护结构初次支护，亦称外壳，以提高支护结构的强度和刚度，稳定围岩，防止位移的效果。

4、模注混凝土

模注混凝土为永久性的支护结构，为支护结构的又一种构造方式。模注混凝土采用模板就地灌注，这种支护结构，不属于以喷混凝土加钢锚杆为主体的新奥法支护结构范畴。主要运用范围是围岩稳固，裂隙水少的情况下才能使用。这种结构优点为:①模注混凝上外壳作为承重结构;②内模板向时又为钢筋;③混凝土损失少，④钢板可早期承载，待混凝土硬化后、与混凝同承载。缺点为:①需围岩自承时间长，②在作业面上的地下水，必须完全排开;③很难与锚杆相配合。

5、钢支架

钢支撑为支架式的支护结构，是从木支护结构发展起来的，钢支撑的优点为:承载快、造价便宜。缺点为:盖板抗弯强度低，只在外力小的情况下才可使用。

6、注浆伞

注浆即将液状流体，通常为水泥砂浆，在压力作用下，注入岩体中去，用于增加岩体的密实性，防止地下水流入，增加岩体的强度。作为开挖支护结构的“注浆伞”，则通过注浆方式，在开挖向上形成一个伞形的保护层。注浆主要用于围岩为松散土层、破裂岩体或覆盖层很薄，地下水丰富等情况，当无法利用岩体的自承能力时，注浆伞可视为加固围岩的措施，从这个意义上讲，可作为设计的初次支护。由于注浆伞造价高，施工工艺复杂，因此，只用于不利地质情况下。但近年来，环保意识的提高，在隧道防水中，主要采用“堵”的理念，以致注浆伞已较为广泛地用于以新奥法为基础的现代隧道建造中。

7、超前锚杆、钢插板和管棚支护

超前锚杆、钢插板和管棚支护的构造与注浆伞类似，都是用钢管制成，通常用液压锤打入到围岩中。超前锚杆、钢插板和管棚支护也是在开挖前打入岩体中的，用以加固岩体，并在拱部形成一个伞形保护层。但长度较短，并且通过压力锤打入岩体中，和注浆伞相比，施工简单、造价低。超前锚杆以往多用在以钢支撑为主的支护结构中，并作为钢支撑结构的锚具。近年来，逐步扩大用于以新奥法为基础的支护结构体系中，并和普通锚杆一起，沿隧道纵向混合交错布置。其优点在于，超前锚杆可倾斜布置，用以加固围岩，而普通锚扦垂直布置，形成受力圆环，在围岩强度低时，可作为外壳的加强措施。超前锚杆可作为永久性的支护结构，但在新奥法的规范中，有将其作为初次支护的组成部分，其使用原因与注浆伞类似。

8、纵环横向排水管

（1）纵向排水管是沿隧道纵向设置在衬砌底部外侧的透水盲管。目前常用的纵向排水管是直径为 10cm的弹簧排水盲管或带孔软式透水管。纵向排水管要按照设计给定的路线纵坡安装，管道不得有凹陷、扭曲等，以防止泥沙在这些位置淤积、堵塞排水管。纵向排水管施工时应注意以下事项：安装坡度。纵向排水盲管通常位于衬砌的两下角，施工条件极为不利，施工较易出现管身高低起伏不平，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，用水准仪检查、测定纵向排水管的坡度，使地下水进入后在一定的坡度下按设计的方向流动。纵向排水管的包裹：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。其次应用防水卷材半裹纵向盲管，使从上部流下的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。因此，施工时要认真检查纵向盲管的包裹安装情况，杜绝粗放施工为隧道后期排水造成质量隐患。与上下排水管的连接。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透水盲管和下部横向排水管与纵向排水管的连接。实际施工中一般采用三通管连接，三通管留设位置应准确，接头应牢靠，防止松动脱落。

（2）环向排水管

环向排水管的作用是在岩面与喷射混凝土之间、喷射混凝土与防水板之间提供过水通道，并使之下渗汇集到纵向排水管。环向排水管施工时应注意以下事项：首先要按设计要求布设环向排水管，保证基本间距，再对局部涌水量大的段落加大密度。其次，在施工时，环向排水管要尽量紧贴渗水岩面，尽量减小地下水由围岩到环向排水盲管的阻力。第三，环向排水管布置时沿环向应尽量圆顺，尤其在拱顶部位不得起伏不平。第四，环向排水管安装时先用钢卡等固定，再用塑料薄膜覆盖并订牢，然后喷射混凝土，严禁将环向排水管埋入喷射混凝土中。第五，要做好环向排水管与下部纵向排水管的连接，确保排水畅通。最后，要注意环向沟要用无纺布包裹。

（3）横向排水管

横向排水管位于路面和仰拱的下部，布设方向与隧道轴线垂直，是连接纵向排水管与中央排水管（中心水沟）的水力通道。横向排水管通常为硬质塑料管，施工中先在纵向盲管上预留接头，然后在仰拱施工前接长至中心水沟。对横向盲管的检查，主要是接头应牢靠、密实，保证纵向排水管与中心水沟间水路畅通，严防接头处断裂。

9、防水板

防水板的作用是将地层渗水拒于二次衬砌之外，以免水与二次衬砌接触并通过二次衬砌中的薄弱环节渗入隧道。(1)当衬砌紧跟开挖时，衬砌端部预留的接头防水板要采取防护措施，防止掌子面放炮时，飞石砸破防水板。（2）二次衬砌施工要小心谨慎施工，防止破坏防水板。 衬砌加强钢筋的安装、各种预埋件的设置、挡头模板的安装、混凝土输送管道的就位以及灌筑混凝土等作业都很有可能出现撞破、刺穿或烧穿防水板，防水板一旦遭到破坏必须立即进行修补。施工时的注意事项。（1）开始挂防水板之前，先检查岩面是否有突出的尖锐棱石，如果有，应先将尖锐棱角打掉，而对于凹陷得特别大的地方，要先用喷射砼给填充起来。（2）在挂防水板时，要让防水板紧贴岩面，锚钉按照设计要求进行，并保持防水板有一定的自由运动空间，防水板要焊接牢固，防止脱落。（3）对于在挂防水板时损坏的地方，要逐一检查出来并焊补好。（4）灌注二次衬砌混凝土的过程中，要派专人在现场随时检查防水板有无被拉动、脱落、损坏，如有应及时修补。

三、隧道主要的防水支护方法组合方式

隧道常采用双层衬砌，其目的有二，一是防护上的需要，在偶然性爆炸荷载的突然袭击下，虽然围岩开裂破碎，但衬砌防水层完好，不致造成隧道内大量涌水而影响通车;二是防高水头水压力。一般采用回填注浆和固结注浆仍避免不了大量渗水，或衬砌本身采用防水混凝土解决不了问题时，采用双层衬砌是比较理想的。经多年实践，双层衬砌可根据施工技术水平、防护要求以及工程地质和水文地质酌情选用下述双层衬砌(复合衬砌)方案。(1)喷锚支护(喷锚网)+柔性防水层+整体式混凝土(或钢筋混凝土)衬砌全断面开挖:主要用H、Hl级围岩，且地下水少的情况，或抗渗要求不高的隧道。(2)喷锚支护+钢筋混凝土整体衬砌+柔性防水层(钢板防水层)+模注混凝土(喷、预制混凝土):分部开挖法或TBM法。主要应用于III、Iv级围岩，裂隙水一般不大。(3)锚杆或钢插板超前支护+喷锚支护+钢筋(钢拱)混凝土整体衬砌+柔性防水层(钢板防水层)+模注混凝土(喷、预制混凝土):分部开挖法或TBM。主要应用于IV、V级围岩。(4)超前支护+注浆(冻结法)+喷锚支护+钢筋(钢拱)混凝土整体衬砌+柔性防水层(钢板防水层)+模注混凝土(喷、预制混凝土)导洞法开挖。主要应用于II级围岩，或Iv、v级围岩裂隙水丰富的地质条件。

总之，隧道及地下工程的防水是一项系统工程，它与工程地质及水文地质勘察、防水设计、防水材料选择、施工工艺密切相关。需要设计人员在防水设计之前，对其工程地质及水文地质情况了解仔细，对衬砌周围地下水源、水量、流向及水质勘察完全，从而做出准确判断。

参考文献：

1、张光斗，王光伦.水工建筑物.北京:水利电力出版社，2010

2、张有天岩石水力学与工程北京:中国水利水电出版社，2011