连拱隧道防排水方案优化

张涛 王树海

摘要：连拱隧道防排水是当前连拱隧道设计和施工的重点和难点之一，也是造成连拱隧道突出的质量通病根源所在，一直是当前比较复杂且悬而未决的难题。目前，许多从事连拱隧道设计、研究和施工的人员在专门研究连拱隧道的防排水技术和中墙渗漏水的治理技术。

关键词：连拱隧道方案优化 防排水技术

U453.6

连拱隧道的防排水，涉及有地面和洞内纵、环和垂直方向三维空间的防水、排水，有洞内隐蔽管道、暗沟和洞外明沟的防水排水，因而是立体空间的防排水系统工程。连拱隧道防排水与分离式隧道不同之处，在于它的重点和难点集中在中墙的防排水问题上。

一、公路隧道的防排水原则

交通部颁布的《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）、铁道部颁布的《铁道隧道设计规范》（TBJ-85）规定，隧道防水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则。

二、当前公路连拱隧道的防排水设计

1. 连拱隧道中墙防排水设计

连拱隧道与分离式隧道防排水设计相比较，中墙的防排水是连拱隧道特点，也是目前连拱隧道建设的重点，难点，中墙防排水的好坏，直接影响隧道质量评价。

早期修建的连拱隧道，多数在中隔墙顶中央设置一根纵向排水管，间隔一定纵向距离（如25m）设置竖向排水管将水排至边沟或中央排水沟。

采用这种防排水方法修建的隧道，绝大部分出现了严重的渗漏水问题，其主要原因如下：

（1）设计方面：a) 纵向排水管高于中墙顶部纵向施工缝，必然导致渗水往低处的施工缝渗透，即使采取止水带、止水条进行施工缝防水，也不可能保证在长期运营中不渗漏；b)纵向排水管是有孔PVC管，如果管身上半部打孔，水只有积集到一定高度后才能进入排水系统，此时极易从施工缝渗出；如果管身下半部打孔，则排水管完全失效，因为渗水能从一处进入排水管，就必然能从较低的另一处流出排水管，渗水总能在中隔墙顶部漫流，只要防水板稍有失效，就必然从施工缝薄弱位置渗出；c)正洞初期支护支撑在中隔墙顶，锚固螺栓必然穿过防水板，看似封闭完整的防水板因多处穿孔无法严格密封而失去防水作用。

（2）施工方面，由于中隔墙浇筑后，墙顶回填和防排水施工空间狭小，施工质量难以保证，从而引发以下问题：a)防水板预留接茬在中墙顶部回填和正洞开挖时破损严重，不能良好搭接；b)纵向排水管的排水坡度不能保证，排水效果不佳；c)中墙顶部回填不密实，地下水极易汇集；d) 中墙顶部纵向排水设施在施做中墙顶部回填时极容易被破坏，从而造成中墙排水系统瘫痪，起不到排水效果；e)施工缝止水条（带）安装质量不佳。

2. 衬砌混凝土防水

混凝土衬砌是隧道防水的最后一道防线。根据结构受力的不同，混凝土衬砌的厚度一般在30～60cm之间。目前一般在衬砌混凝土设计中都要求其抗渗标号达到S6。如果混凝土的配比得当，施工中振捣充分，不出现漏浆和走模等意外情况，完工后的衬砌不出现裂缝，在壁后水压不是特别大的情况下，渗水是不易从衬砌的外侧渗至衬砌的内侧的。然而，事实上目前的许多隧道在建成后，衬砌的一些部位仍出现了渗漏水现象，特别是在衬砌的施工缝处更是容易发生渗漏。这表明目前隧道的混凝土衬砌在设计、施工等方面仍有待改进，通过合理设计、精心施工，使混凝土密实不裂，使施工缝的防排水构造合理，保证整个混凝土衬砌防水可靠。

3.隧道排水系统

隧道的排水与隧道的防水具有同样的重要地位。对于已从围岩渗出的地下水，如果只堵不排，造成水压升高，渗水会以两层防水构造的细微缺陷为通道渗至衬砌表面。现代的隧道排水都有一个完整的体系，一般由疏导排水和管沟排水两大部分组成。疏导排水是指将围岩渗（流）至初期支护表面的水引排到隧道纵向排水盲管或其它排水通道的工程措施；管沟排水则是指将疏导至纵向盲管的地下水通过管道（沟）引排到隧道之外的整个排水管网。

三、高速公路连拱隧道防排水施工缺陷现场调查

1 . 初期支护施作Ω型弹簧排水半管后依然渗漏严重。

2. 侧墙纵向排水管施工存在不合理

主要存在的问题：1）PVC排水半花管的上半断面的孔眼布设不合理；2）纵向排水管未施作基座或基座施作未按设计图纸施作；3）排水管上部的滤水碎石施作不规范；4）纵向排水管施作工序不对；5）施作纵向排水管基座时对纵向排水管污染严重，严重损坏了排水管的排水性能；6）排水管施作没有紧靠侧墙，二次衬砌侧墙基础被纵向排水管侵占过多，二次衬砌混凝土结构受力存在问题；7）纵向排水管安设坡度未按设计图纸施作，造成纵向排水管排水不良。

通过对防水板施工质量进行调查，发现在隧道施工中，防水板的施作存在很多质量通病，防水板在铺设过程中，常见质量缺陷有以下几种缺陷：1）防水板热熔粘结过程中防水板熔化、破坏；2）铺设防水板时未按照热熔法进行施作；3）防水板局部出现破损时，未修补或修补质量差；4）防水板铺设前应对初期支护进行一系列的处理措施以确保防水板铺设质量，但是在施工中没有进行处理；5）防水板的的接缝施工质量不高，造成接缝开裂，防水板整体防水效果失效。

四、 高速公路连拱隧道防排水缺陷原因分析

1. 客观原因

客观原因主要由三方面组成，其一是材料自身的缺陷造成防排水的质量缺陷；其二是设计方面的缺陷造成防排水的质量缺陷；其三施工环境的局限性造成防排水的质量缺陷。

2.主观原因

隧道防排水质量缺陷很大一部分原因是由于人为因素造成的，这些质量缺陷在施工中如果得到足够的重视是完全可以避免的。主观原因主要由三方面组成，其一是技术人员防排水意识淡薄，没有充分认识到隧道防排水的重要性；其二是施工方案存在不合理，没有及时改善施工中因施工方案不合理造成的防排水缺陷；其三是技术人员质量意识淡薄，在自检环节中没有对存在问题及时进行总结处理。

五、 高速公路连拱隧道防排水系统施工方案优化

通过连拱隧道防排水施工中存在的质量缺陷的研究可知，造成防排水系统施工质量缺陷主要由客观和主观两方面的因素组成，主观因素主要是人为因素，然而人为因素在施工中通过对施工人员的培训、管理，加强上下工序的交接检查，发现问题及时处理，严格按照图纸设计、施工规范和合理的施工方案进行施工，同时加强施工薄弱部位和关键部位的抽查，人为因素造成的防排水施工质量缺陷可以杜绝；然而客观因素造成的防排水缺陷是施工中无法避免。针对客官因素造成的防排水施工中的质量缺陷，提出下面施工优化方案解决这些质量缺陷。

1.材料缺陷造成的防水板布设质量缺陷的解决方案

解决防水板热熔粘结出现的质量缺陷有两种解决方案：1）不采用热熔粘结的防水板铺设工艺，从目前国内外的防水板铺设工艺来看，防水板主要有无钉热合铺设法、有钉冷粘铺设法和多点复合免定穿铺设法，各种防水板的铺设工艺在我国隧道施工中都用过，每种防水板铺设工艺都存在不同程度的缺陷，有钉冷粘铺设法和多点复合免定穿铺设法目前在我国隧道施工中已基本不再采用，热熔粘结的防水板铺设工艺是当前隧道防水板铺设工艺中采用最多的，在过去施工的隧道中采用该工艺的隧道均取得了较好得效果，所以热熔粘结的防水板铺设是经过实践的较好的工艺，因此没有必要采用其它的铺设工艺取代该工艺；2）改善防水板和橡胶垫块的物理性能，使两者的物理性能相近，改善材料的物理性能，可以選择改善防水板的物理性能也可以选择改善橡胶垫块的物理性能，由于防水板造价高，加工工艺复杂，很难对其材料性能进行改善，而橡胶垫块造价低，加工简单，将橡胶垫块的熔点由350～400℃降低到200℃左右，这样在进行防水板热熔粘结时，由于橡胶垫块熔点低，橡胶垫块熔化后和防水板进行粘结，此时防水板没有达到熔点，因而不会对防水板造成损伤。因而，建议和防水板生产厂家进行联系，加工新的符合要求的橡胶垫块，使用新的橡胶垫块解决防水板铺设时因材料自身的原因造成防水板铺设的质量缺陷。

2.初期支护施作完成后局部出现严重渗漏的处理

对隧道施工现场调查，隧道正洞初期支护完成后，尽管在富水区段施作初期支护时，均按设计要求布设了Ω型弹簧排水半管对围岩的渗漏水进行引排，但是在初期支护完成后，由于洞室开挖的爆破影响和初期支护在承受围岩压力时开裂，围岩富水区段的水自初期支护开裂部位渗漏出来，此时由于渗漏点过多，很难在初期支护表面布设Ω型弹簧排水半管对渗漏水进行完全的引排，对于初期支护施作完成后的局部渗漏严重的地段，采用下面的方案进行处理：

首先针对渗漏严重的部位打引水孔，将围岩内的裂隙地下水汇集于引水孔引排，引水孔施作完成后，在初期支护开裂和渗漏水发育的部位布设直径5cm，长度100cm，间隔100cm的注浆孔，然后通过注浆孔对富水区段围岩进行注浆，通过浆液扩散到局部裂隙来进行堵水，同时加固围岩，促使围岩地下水和裂隙水从引水孔中流出，最后在引水孔部位布设Ω型弹簧排水半管，将围岩内的地下水同过Ω型弹簧排水半管引排到隧道纵向排水管内，然后排出洞外。

3.中墙“Y”部施工方案的优化

连拱隧道渗漏水比较严重的一个部位就是中墙“Y”部的新旧混凝土施工缝，因此在施工“Y”部的时候应该特别注意。为了尽可能避免“Y”部施工时出现的一些问题，在进行“Y”部施工时应做到以下几点：1）为了使新旧混凝土能够较好的结合，在浇筑“Y”部混凝土时必须要对“Y”部的混凝土表面进行凿毛、凿平处理；2）为了使“Y”部有良好的受力性能，要求新旧混凝土表面与衬砌轴线垂直。

六、 小结

连拱隧道防排水设计和施工一直以来是工程界的难点和重点，本文对连拱隧道目前建设中有关防排水的设计和施工存在的问题进行分析和研究，提出目前连拱隧道防排水设计和施工中存在的问题和解决方案。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。