浅析路桥隧道工程设计中防水设计的优化

王联帮

（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055）

为满足人们的出行需要，当前我国路桥隧道工程数量不断上升，相较于其他工程，路桥隧道工程施工难度、建设成本相对较高，为进一步延长工程的使用寿命，在进行工程设计阶段，就应当明确防水设计工作的重要性，并对设计中的防水设计进行优化，以便降低工程施工时出现渗漏问题的可能性。

1 路桥隧道工程中防水设计的意义

隧道工程是一种修建于地下或水下的建筑物，在实际应用过程中可以通过维持地下或水下空间孔道稳定与周围环境产生一定隔离的方式，使人们能够更好地实现地下或水下空间的有效利用。由于我国是一个多山的国家，山地在我国国土中所占的面积比例高达75%，并且我国河流、海域空间广阔，现阶段，为实现国土空间资源的有效利用，隧道工程在基础设施建设中有着极为重要的位置。隧道主要包括交通隧道、水工隧道以及矿山隧道等部分内容，在我国较为常用的路桥隧道工程设计方法为新奥法，这种方法在应用时，首先，需要将防水板铺设在初期支护与二次初砌层之间，然后将无纺土工布铺设在防水板与支护面间充当缓冲层，在当前的工程施工过程中，为降低工程的施工难度，大部分无纺土工布与防水板在出厂时就已经完成了两者间的胶合工作。其次，在进行第二次砌筑工作时，为提升结构的防水性，需要在混凝土中添加适量的防水剂，并且控制添加了防水剂的混凝土抗渗性能够达到S6。最后，利用纵向、横向的弹簧软管或塑料管构成的排水管系，将二衬背后的积水导入排水沟内，一般情况下，这种设计方法可以满足路桥隧道工程的积水导出需要，但需要注意的是，这一技术方法对隧道内的两板混凝土搭接处、隧道接口处等位置发生的内衬渗水问题无法进行有效的解决，而上述部分的渗水将会对隧道的正常使用造成极为不利的影响。在路桥隧道工程的施工过程中，加强设计施工的防水管理，不仅能够实现隧道工程质量的有效提升，还能从根本上降低隧道各类病害出现的可能性，从而达到延长隧道工程使用寿命，保证人们生命财产安全的目的。

2 路桥隧道工程防水设计中存在的问题

尽管防水设计在隧道工程施工运营过程中发挥着极为重要的作用，但受人们设计理念、工程建材、防水设备运用、技术方式应用等方面存在一定问题的影响，路桥隧道工程的防水设计仍存在一定的问题，这一情况的出现，在缩短了工程使用寿命的同时，增大了工程运维管理的成本。

2.1 设计理念

在当前的路桥隧道工程设计过程中，提升工程的防水能力，是一项极为必要的工作，但受“以排为主” 设计理念的应用，使得当前工程设计过程中隧道结构与围岩间的密实作用效果被削弱，进而增大了工程出现渗漏问题的可能性。具体来说，从路桥隧道工程的结构设计角度来说，隧道主要由内、外两层复合而成，其中衬砌内层大多为二次衬砌，这样结构大多是由现浇的素混凝土或钢筋混凝土所构成的； 衬砌外层在初期设计时主要为柔性支护，构成这一结构的材料主要包括锚杆、钢筋网、喷混凝土等。在路桥隧道工程设计施工过程中，在内、外层铺设防水层时，由于外层表面不够平滑，导致防水层在铺设时可能会出现空洞，这些空洞的存在将会降低内、外层衬砌结合的紧密度下降，进而降低整体结构对压力的承受能力。在路桥隧道工程投入使用时，隧道结构的受力方式为： 外层先受力，然后内层再受力，内、外衬砌间结合紧密度不足将会导致内、外层受力不均，在降低复合初砌结构总体承重能力的同时，会导致隧道结构出现裂痕，进而导致隧道漏水问题的出现。从设计施工人员的实践经验角度来说，在进行路桥隧道工程I、Ⅱ类围岩初期支护时，大部分设计施工人员直接选用工字型钢拱架或钢格栅拱架，受围岩种类不同的影响，相同的支护拱架并不能完全满足隧道稳定性的需要，进而对工程质量的提升产生了一定的影响。

2.2 工程建材

对当前部分路桥隧道工程渗水问题出现原因进行分析后可以了解到，受工程设计时对材料要素的要求相对较低，并未明确指出施工要求，一些防水材料老化速度相对较快等因素的影响，路桥隧道工程在一段时间的使用后就可能会出现渗漏现象，在威胁工程整体质量安全的同时，增加了工程整体的维护管理难度与成本。以当前路桥隧道工程施工过程中必须使用的防水板为例，在建材选择过程中，若防水板的抗渗性、拉伸、韧性等性能中的任意一项指标存在问题，都会破坏路桥隧道工程防水系统的可靠性，进而导致路桥隧道工程在后续使用过程中出现渗漏问题。同时，即便防水板在出厂时并不存在问题，若在运输储存过程中因磕碰、锐器刺破等情况出现破损现象，并且在使用过程中未曾发现这些问题，及时采取合适的补救措施，那么路桥隧道工程的防水系统同样会出现一些问题，对工程整体效果产生不利影响。

3 优化路桥隧道工程防水设计的具体方式

对我国现已建成的通车隧道进行调查分析后可以发现，约有30%的已建成铁路、公路隧道存在严重的渗漏问题，这种情况不仅会降低隧道结构的使用寿命，还会危害行车安全、腐蚀隧道设备，为降低上述问题出现的可能性，优化隧道工程防水设计成为了一项极为必要的工作。

3.1 树立新型的防水设计理念

在当前的路桥隧道工程设计过程中，为进一步提升设计工作的质量，为后续工程施工活动的顺利开展打下良好的基础，首先，设计人员应明确路桥隧道工程所在区域隧道岩体各方面性能参数进行书面与实地的调查分析测算，并且在设计过程中，对于围岩体稳定性较差的区域，可以通过超前支护或超前加固，并且在正式施工前，先进性护顶操作，然后再进行施工开挖处理的方式，保证施工活动能够顺利进行，同时，若在检查过程中发现围岩区域存在渗水流，需要设置橡胶带盲沟，对渗水流进行引流处理。其次，为进一步提升工程施工的整体质量，设计人员应明确当前与路桥隧道工程施工相关的新技术与新方法，然后在考虑到工程所在区域盾构隧道受力特征的基础上，对隧道设计方法进行分析，然后选择合适的施工技术方法，降低工程因施工技术应用不合理所导致的缝隙出现的可能性。最后，为进一步提升工程施工管理活动的规范性，应当依据工程设计方案制定合理的施工技术应用管理方案，在为后续工程施工活动提供参照的同时，实现隧道工程防水系统的有效配置，为隧道运营管理工作的顺利开展打下坚实的基础。

3.2 选择合适的工程建材

对于路桥隧道工程来说，为保证工程整体质量能够符合预期设计目标的要求，在工程设计阶段依据设计要求选择合适的工程建材，不仅可以提升工程的防水效果，还能为工程造价核算、建材选购等工作的顺利开展提供有效的参照。仍以防水板的选择使用为例，首先，在选择防水板时，应依据工程施工设计对防水板的参数要求，在满足工程施工要求的基础上，尽可能选择具有较高性价比的防水板，并且在材料运输过程中，通过在防水板周围包裹棉被、泡沫填充物等方式，避免防水板因磕碰、尖锐物品撞击而出现质量问题； 其次，在防水板使用前，需要对其质量进行检查，在保证防水板并不存在裂缝、孔洞等问题后，依据设计方案，将其安装到相应位置。再次，在防水板安装过程中，应在防水板内侧或隧道边墙处增加机械保护装置，在避免防水板安装过程中出现问题可能性的同时，降低工作人员检修防水板所产生的负担。最后，为进一步提升隧道工程整体结构的防水效果，施工人员在施工过程中可以在二衬内壁铺设防水板，在降低后续防水板维护管理难度的同时，尽量使防水板与衬砌混凝土两者的老化时间相贴近。

4 优化路桥隧道工程防水设计的实例分析

4.1 工程概况

在进行某高速公路的施工过程中，需要建立一条双向通行的车道，为进一步提升工程的施工速度，在设计时决定该工程隧道采用左右两幅施工的方式，并且隧道左幅长度为438.4m，右幅长度为440.2m。开展隧道预计施工区域实地考察过程中发现，由于该工程所在区域降水量相对较大，地下水位也比较高，周围岩富水性并不均衡，因此，在施工及后续使用过程中出现渗水问题的可能性相对较大。现阶段，为切实解决这一问题，该工程相关设计人员在明确该工程所在区域实际情况、防水需要的基础上，通过对防水设计进行优化的方式，降低了该工程后续渗漏问题出现的可能性。

4.2 设计原则

在该工程设计阶段，相关工作人员以“防排堵截” 作为防水系统设计的基本原则，并且在考虑到该工程隧道穿越断层地段实际情况的基础上，制定了综合治理、因地制宜的防水系统设计施工规划原则。首先，由于该工程施工区域地下水流量相对较大，因此，在进行防水处理系统优化时，设计人员提高了路线设计的优先级，在尽量降低工程施工对周围生态环境影响的基础上，通过采用合适的工程施工建材、保证结构整体设计完整性等方式，进一步提升该工程整体质量安全。具体来说，为避免地下水对混凝土结构侵蚀而产生的渗漏问题，在进行隧道防水体系设计时，工作人员在保证该工程施工符合隧道工程施工技术规程要求以及环保、卫生安全等法律规范的基础上，通过提升隧道系统防水等级、设计排水盲沟等方式，降低地下水对隧道系统结构所产生的侵蚀。如图1 所示，该工程隧道防水系统主要结构为衬砌机构，为降低工程结构渗水情况出现的可能性，需要保证二次衬砌防水混凝土强度等级达到C35，抗渗等级在P8级以上，同时，二次衬砌顶拱位置应设计有灌浆孔，保证混凝土的强度结构满足设计要求。同时，为实现施工、通车后该隧道内积水的顺利排出，可以在隧道内设计双边沟与中央明沟，将渗水及时排出隧道。

4.3 隧道防水系统结构形式

图1 防排水设计断面示意图

4.4 防水材料的选择

在该工程设计过程中，选择的防水材料主要包括EVA复合排水板、SPJ型遇水膨胀橡胶材质防水条、防水带。其中复合排水板主要由乙烯—醋酸乙烯酯共聚物（EVA） 所构成，该材料呈半透明的状态，在实际使用时，有着良好的耐候性与耐低温性，不仅在使用过程中有着较大的延伸率，良好的环保性，在该工程正式施工前，通过对这种排水板经过处理，使其呈现相应的凹凸排水槽的方式，可以实现隧道内渗水的有效排出。同时，在排水板的使用过程中，遇水膨胀橡胶防水条与防水带可以避免渗水的泄漏，从而达到进一步提升隧道内整体防水性能的目的。

4.5 施工注意事项

在该工程施工过程中，为提升衬砌结构的防水性，选用了高性能的防水混凝土，并且采用分层浇筑的方式，提升隧道工程整体结构防水性，由于衬砌防水不仅是隧道防水系统中的第二道防水体系，还是隧道防水系统中的最后一道防线，在进行防水衬砌处理时，不仅应当选用防水混凝土，还需要为施工过程中可能产生的施工缝、沉降缝、伸缩缝制定有效的防水处理方案，以便为后续工程施工的顺利进行提供有效的参照。举例来说，在进行施工缝防水处理方案制定时，就应当依据施工缝形式与变形的不同，选择合适的方式施工工艺，比方说，在处理纵向水平施工缝时，就可以将防水材料埋入混凝土小边墙开挖的沟槽中。同时，为避免防水板施工缝隙、空洞的存在，影响隧道整体防水系统的性能。在防水板施工过程中，一方面先用垫片固定土工布，然后将防水板与热熔垫片进行有效熔接，降低防水板脱落的可能性； 另一方面，为避免出现混凝土空鼓现象，需要将防水板接缝与衬砌施工缝隙错开1 ～2m，并且控制铺设的防水板平整，基本封闭。

5 结语

总而言之，在当前的路桥隧道工程的设计过程中，明确其防水设计存在的不足，并对问题进行针对性优化，们已经成为切实提升工程施工质量，保障人们正常出行安全的关键点之一。