雪峰山隧道防排水技术与施工.doc

雪峰山隧道防排水技术与施工摘要：雪峰山隧道的防排水通过引入“动态防排水”和“分区防水”的工程理念，精心进行隧道防水系统、排水系统的施工，取得了较好的效果。关键词：雪峰山隧道；防排水邵怀高速公路是湖南省地形复杂、工程量大、隧道较长的一条山区高速公路。共有隧道14座，单洞长度30119m，其中雪峰山隧道长度6950m，是目前国内在建的高速公路第二长隧道。渗漏水是隧道的常见病害，渗漏水会使路面湿滑，威胁行车安全；渗漏水还会增加洞内湿度，降低风机和灯具的工作效率，降低服务水平。邵怀高速公路雪峰山隧道建设者防排水 遵循“以排为主，防、排、截、堵相结合”的原则1，采取一系列新技术与施工措施，对隧道渗漏水进行预防。1 洞身开挖后的渗水处理洞身开挖后，遵循“动态防排水理念”，根据隧道围岩地下水渗漏的不同情况，采取不同的防排水措施。（图1）1.1 抗渗喷射混凝土一般的喷射混凝土密实度较差，强度低，在围岩变形过程中易产生裂缝，抗渗性较差，雪峰山隧道在建设中，对围岩表面有少量渗水的部位，尝试在喷射混凝土中添加抗渗剂，以提高喷射混凝土的抗渗能力。具体做法是：在喷射混凝土的过程中，在喷射混凝土中掺入BR2型防水剂，掺量为水泥质量的34%。在渗水量较大的部位，先找准出水点，钻1020cm深集水孔，孔内插入导水管排水，然后在该渗水区域，围绕导水管，由远到近喷射混凝土，最终将水集中于导水管。待喷射混凝土达到其强度的70%左右时，用BR1型防水剂堵水。在喷射混凝土时采取上述措施，施工难度不大，造价也不高，对减少地下水的无谓流失和隧道渗漏的机会很有意义。1.2注浆堵水注浆是将注浆材料按一定配比制成的浆液，通过一定的方式压入隧道围岩或衬砌壁后的空隙中，经凝结、硬化后起到堵水和加固围岩作用的一种施工方法，它是深入地层内部直接阻止地下水流向隧道的一种防水措施。采用围岩注浆堵水的好处在于：一是围岩注浆充填围岩裂隙，封堵渗水通道，在隧道周围形成隔水保护圈，防止地下水外泄并减轻隧道结构防水压力；二是注浆是较锚喷更为积极主动的加固围岩措施2。在我国，由于指导思想和经济上的原因，常常放弃围岩注浆堵水方案，但如地下水大量外泄有可能造成以下三点不良后果时必须采用围岩注浆堵水：（1）地下水外泄会破坏地下水的原有平衡，造成地下水资源流失。（2）地下水外泄可能冲蚀围岩裂隙和软弱夹层，造成围岩失稳。（3）地下水携带大量泥沙，将不利于隧道排水通畅。1.3 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24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12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2）。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”，消除了隧道外围压力水。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3）。这种布置方式是半管的一大优势，它机动灵活，连接方便。 图2 半管及其分层埋设 图3 半管的树枝状布置2 防水板施工2.1铺挂基面检查铺挂防水层前应对铺挂基面的进行检查，对不满足要求的应进行处理：（1）喷射混凝土平整度要求：用L表示喷射混凝土相邻两凸面的间距；以D表示喷射混凝土相邻两凸面间凹进去的深度，要求边墙D/L1/6，拱顶D/L1/8，否则用喷射混凝土补平。（2）基面不得有钢筋、凸出的管件等尖锐突出物。否则要进行割除，并在割除部位用砂浆抹成圆曲面，以免防水层被扎破。（3）隧道断面变化或转弯时的阴角应抹成R5cm的圆弧。2.2防水板铺挂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。邵怀高速公路雪峰山隧道禁止采用有钉冷粘铺设法。铺挂的关键要求是防水板与基面的良好追踪和适当的松铺系数。2.3防水板拼接防水卷材接茬有冷粘法和热合法两种。热合法主要用于EVA、ECB和LDPE等防水卷材的搭接，施工时将两幅卷材平行放好，压茬宽度为10cm，然后用专门的热合焊缝机将两幅卷材边缘压合于一起。邵怀高速公路雪峰山隧道防水板的拼幅采用热合法。拼幅接缝为双焊缝，中间留出空腔以便充气检查，见图4。图4 双焊缝焊接检查方法：用5号注射针与压力表相接，用打气筒充气，当压力达0.10.15MPa时，停止充气，保持该压力时间不少于1min。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。2.4防水板破损的检查与修补检查出防水层上有破坏之处后，应立即做出明显标记，以便毫不遗漏地把破损处修补好。补后用真空检查法检验修补质量。修补的具体要求为：（1）补钉不得过小，离破坏孔边沿不得小于7cm。（2）补钉要剪成圆角。3分区防水3.1隧道分区防水的概念隧道分区防水技术主要应用于城市地铁隧道全外包防水结构中，目前在公路隧道中也开始推广应用。分区防水技术沿隧道纵向将隧道衬砌外的防水层分为相互独立的区段。对隧道防水层进行纵向分区的好处在于：1）一处防水层破损后，衬砌渗漏仅局限于该区段，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，便于处治；3）对某一区段进行渗漏治理后，地下水不会从相邻区段衬砌薄弱环节渗出。3.2隧道分区防水的实现依据分区防水的理念，工程上有不同的实施方法，目前，在山岭公路隧道中常用防窜流肋条法和背贴止水带法。邵怀高速公路雪峰山隧道防水工程中选用了防窜流肋条法。防窜流肋条是实现分区防水的专用材料。该材料几何上呈线状的塑料条带，横断面呈“凸楞”状。施工时，用热合法将其固定在防水板上，并保证在止水条与防水板之间的结合缝密不透水。在浇筑衬砌混凝土后，“凸楞”状肋条的躯干置于混凝土中，两个止水带间为一个防水分区（图5）。图5 分区防水示意图3.3分区防水的进一步完善分区防水可较好地预防渗水在防水板与衬砌混凝土之间的纵向窜流，减少隧道的渗漏水机会。但笔者认为从设计理念上与施工操作上仍有完善的必要：（1）分区内设渗水下排通道目前山岭隧道的防水分区是以衬砌段为单位进行的。如果在一个分区内渗水已经穿过防水板，按照目前的设计，这部分渗水无下排的通道，渗水便一直在防水板与衬砌之间积聚并可能将其压力升高。长期在高压水的作用下，该衬砌段可能会发生渗漏。因此，有必要在防水分区内，即一个衬砌段内，至少设置一根向下的排水管。这样，只要该分区内的水压达到一定程度，排水管势必导通，从而减少渗水压力并进而防止隧道渗漏。（2）完善隔水肋条安装工艺 目前，分区隔水肋条安装均在已铺设的防水板上进行。由于隧道内的施工条件较差，不论是用热合法还是冷粘法，施工效果都不甚理想。理论上希望的防水板与隔水肋条之间的密不透水在工程上往往难以做到。因此，有必要考虑隔水肋条的工厂化安装。4排水体系施工图6 隧道排水系统简图隧道排水系统是一套专门用以隧道排水的结构，由环向排水盲管、纵向排水管、横向排水管、防水板及其垫层、隧道内排水沟或中央排水管组成（图6）。重点在于保证“环向排水管纵向排水管横向排水管中央排水管”这一排水体系的畅通2。4.1环向排水盲管环向排水盲管的作用是在岩面与初期支护喷射混凝土之间、初期支护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。当围岩渗水严重时，环向排水盲管的纵向间距小，渗水量小时，纵向间距加大。环向排水管过去通常为弹簧排水管，直径为58cm，现在推荐采用MF7塑料盲沟，它施工简单，安装时能紧贴渗水岩壁，减小了地下水由围岩到排水管的阻力，排水性能优良，不易被堵塞。安装后应检查弹簧排水管与下部纵向排水盲管的连接，确保弹簧排水管下部排水畅通。4.2纵向排水管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，纵向排水管的作用是将环向排水管和防水板垫层排下的水汇集并通过横向排水管排除。现在推荐采用MY10或MY12塑料盲沟。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。施工中应注意检查上部环向排水管与纵向排水管的连接，应采用专门的三通接头。4.3横向排水管横向排水管位于衬砌基础和路面的下部，布设方向与隧道轴线垂直，是连接纵向排水盲管与中央排水管的水力通道，对横向盲管的检查，主要是接头应牢靠、密实，保证纵向盲管与中央排水管间水路畅通，严防接头处断裂，由纵向盲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；其次是在横向盲管上部应有一定的缓冲层，以免路面荷载直接对横向盲管施压，造成横向官管破裂或变形，影响其正常的排水能力。4.4中央排水管中央排水管将衬砌背后的渗水汇集排出隧道，进入路基排水边沟。中央排水管采用带孔预制混凝土管段拼接而成，纵向间隔一定距离设置沉砂井和检查孔。其作用主要有：一是集中排放由上游管路流来的地下水；二是通过其上部的众多小孔（12mm左右）疏排路基中的各种积水。施工时先挖基槽，整平基础，然后再铺设管段，最后回填压实。其中最重要的一个环节是处理管段基础。在软岩或断层破碎带区段施工中，应将不良岩（土）体用强度较高的碎石替换，并用素混凝土找平基面，使基础既平整又密实，为管段顺利铺设创造条件。施工中应特别注意检查基础的坡度，不仅总体坡度应符合要求，而且局部的几个管段间也应符合要求，尽量避免高低起伏。管段铺设时，首先要保证将具有透水孔的一面朝上。管段逐个放稳后，再用水泥砂浆将段间接缝密封填实。待砂浆凝固后，应逐段进行通水试验，发现漏水，及时处理。之后用土工布覆盖管段透水孔，在横向盲管出口处注意与中央排水管的连接方式。回填时注意保护管段的稳定及其上部透水