高速公路黄土隧道防水排水系统研究及工程实践

张明轩，刘泾堂

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，兰州 730030）

1 高速公路黄土隧道防水排水系统的基本原理

1.1 防水排水系统的功能

高速公路黄土隧道防水排水系统的基本原理是： 在黄土隧道的设计、施工和运营中，充分考虑黄土隧道特有的水文地质条件和结构特点， 通过多重防水措施有效地防止水的渗透和积聚，保证隧道的安全和稳定运行。 防水排水系统的主要功能包括防止地下水渗透、有效排水、防止渗漏、防止冻害等。 其中，基础排水系统用于处理隧道底部的渗水问题；挡水墙能够有效隔离隧道内外的水分；防渗板用于隧道内侧表面的防渗；防水涂层在整个防水排水系统中有重要作用[1]。 此外，对防水排水系统应进行维护和管理，及时发现并处理问题，确保防水排水系统的长期稳定运行。 高速公路黄土隧道防水排水系统则是综合运用多种防水技术和材料， 结合实际情况进行工程设计和施工，以达到有效防水排水的目的，保障隧道的安全和稳定运行。

1.2 防水排水材料的选用

高速公路黄土隧道防水排水系统应综合运用多种防水技术和材料，实现有效的防水排水。 在黄土隧道的防水排水系统中，常用的防水排水材料包括防水涂料、防渗板、挡水墙、排水管等。 其中，防水涂料是常用的表面防水材料，可分为水性和油性两种，适用于隧道内侧结构的防渗；防渗板是一种高分子材料，具有良好的抗渗性能和机械强度，适用于隧道内侧的大面积防渗；挡水墙是通过挡水板、地下墙和人工回填体等组成的隔离带，防止隧道内外的水分交换；排水管是用于隧道底部的排水系统，可以快速排出隧道底部的积水。 选用合适的防水排水材料能够提高防水排水系统的效率和可靠性， 保证隧道的安全和稳定运行。 在实际工程中，应根据隧道的水文地质条件和结构特点，结合防水排水材料的特点和优缺点，科学合理选用适合的防水排水材料。

2 高速公路黄土隧道防水排水系统设计原则

1）防水排水系统的设计应当以保障隧道安全为核心，因此，设计方案必须符合防水排水的基本原理，既要考虑防水效果，又要兼顾经济效益和施工难度等因素。 在设计方案中，还应该根据隧道所处的地质和水文条件，综合考虑各种因素，如地下水的水位和流量、地质构造、隧道断面形状和长度、施工条件等，确定合理的防水排水方案和设计参数。

2）防水排水系统的设计还需要考虑系统的可行性和实用性。 一般情况下，防水排水系统应当采用简单可靠、易于维护的设计，避免采用过于复杂的设计，以减少系统的故障率和维修成本。 在选择防水排水材料和技术时，应根据实际情况和经济条件，综合考虑其可行性和可靠性。

3）防水排水系统的设计还应当考虑环境保护和可持续发展的原则。 在设计防水排水系统时，应充分考虑环境保护和资源利用，避免对自然环境和人类健康造成不利影响。 例如，可以采用回收利用雨水的方式，减少隧道的排水量，同时实现资源的可持续利用[2]。

3 高速公路黄土隧道防水排水系统设计方法

3.1 水文地质勘察

水文地质勘察是防水排水系统设计的前提条件， 也是决定防水排水系统类型、方案和设计参数的关键环节。 水文地质勘察的主要内容包括：地质构造、岩性、地下水位、地下水流量、地下水化学成分和含量、土层厚度、土层渗透系数和压缩性等。 通过对这些水文地质信息的获取和分析，可以建立合理的水文地质模型，为防水排水系统的设计提供科学依据。

3.2 防水排水方案的选择

在水文地质勘察的基础上， 应根据隧道的具体情况选择合理的防水排水方案。 常见的防水排水方案包括：内排外防、内排内防、内外排水、内排外防加插层、内外排水加插层等。 在选择方案时，需要综合考虑地质条件、地下水位和流量、隧道长度和形状、施工条件和经济效益等因素，并对各种方案进行综合比较和分析，确定最佳方案。

3.3 防水排水材料的选择

防水排水材料的选用对于防水排水系统的设计至关重要。 常见的防水排水材料包括：水泥砂浆、聚氨酯、环氧树脂、水泥加氯化钙等。 在选材时，应根据隧道所处的地质条件和设计方案，综合考虑各种因素，如耐水性、耐候性、抗压强度、延展性、施工便利性、环保性等，选择合适的材料。

3.4 防水排水系统的施工

防水排水系统的施工是保证系统稳定可靠的关键环节。在施工过程中，需要注意以下几点：

1）严格按照设计要求和施工规范进行施工；

2）对防水排水材料进行检测和质量控制，保证施工材料的质量；

3）保证施工现场的环境卫生，防止环境污染影响到防水排水系统的效果；

4）及时处理施工过程中的问题和不良情况，保证防水排水系统的施工质量。

3.5 防水排水系统的监测

隧道防水排水系统的监测是防止系统出现问题和及时发现问题的有效手段。 监测内容包括：地下水位、地下水流量、水质、排水管道流量和水质等。 通过对监测数据的分析和比较，可以了解防水排水系统的运行状态和效果， 并及时进行调整和维护，保证防水排水系统的稳定运行。

4 高速公路黄土隧道防水排水系统施工工艺

4.1 准备工作

在施工前，需要对施工现场进行检查和规划，确定施工区域和施工顺序， 并根据设计方案准备所需的材料和设备。 此外，还需要对现场进行清理和消毒，保证施工环境卫生。

4.2 施工材料和设备的配合使用

防水排水系统的施工材料主要包括防水材料、排水材料、密封材料、管道和配件等。 在施工过程中，需要根据具体要求选择合适的材料，并严格按照规定的配合比例进行配合使用。设备方面，需要准备施工机械和工具，如挖掘机、铲车、钢筋剪、钢筋打包机等，以提高施工效率。

4.3 施工步骤

1）预处理：包括地基处理、洞口处理、支护处理等。

2）防水层施工：首先进行基层处理，再进行防水层施工，一般采用喷涂法、涂刷法、卷材法等。

3）排水层施工：排水层一般由排水管道、砂石排水层和过滤层组成，其中，排水管道采用聚乙烯、聚氯乙烯、钢筋混凝土等材料制成。

4）密封层施工：密封层主要采用灌浆法、喷涂法等方式施工。

5）管道施工：管道施工主要包括管道安装、管道连接、管道预应力张拉、管道沉降调整等。

6）配件施工：包括补偿器、法兰、接头等。

5 高速公路黄土隧道防水排水施工中需要注意的问题

1）施工材料的选用：施工材料的质量和选择直接影响到防水排水系统的性能和使用寿命， 应根据实际情况选择符合规定的材料，确保质量符合标准。

2）基础处理：黄土隧道施工地质复杂，地基不平稳，因此，在防水排水系统施工前需要进行地基处理， 地基处理包括挖填平整、压实、加固等措施。

3）施工技术：防水排水系统的施工需要注意施工技术的细节，应按照施工方案要求进行施工，并对施工质量进行检测和验收。

4）施工现场管理：在施工现场应严格控制施工质量、进度和安全，对施工材料、设备和人员进行管理，避免出现失误和事故。

5）环境保护：防水排水系统施工前应制定环保方案，施工过程中应注意环境保护，避免对周围环境造成污染和破坏。

6）施工过程的监控：防水排水系统施工过程中，应配备专业技术人员进行现场监控和管理，及时发现并解决问题。

7）防水排水系统的验收：防水排水系统施工完成后需要进行验收，检测防水排水性能是否符合规定，经验收合格后，方可投入使用。

6 高速公路黄土隧道防水排水系统的监测与维护

6.1 监测方法及频率

为了保证高速公路黄土隧道防水排水系统的正常运行，延长使用寿命，对其进行定期的监测和维护非常重要。 针对不同的监测内容，可以采用不同的监测方法，如巡视法、监测井法、监测设备法和定量检测法等。 巡视法是指每年或每季度对隧道内部进行巡视，发现异常情况及时处理；监测井法是指设置监测井，观测隧道内部水位和水质情况，每年或每季度对监测井进行检测；监测设备法是指安装流量计、液位计等监测设备，实时监测水位、流量、水质等指标；定量检测法是指使用专业检测设备进行定量检测，如使用水泥浆、涂料、封堵材料等进行检测。

针对不同的检测方法，监测频率也有所不同。 隧道内部巡视应每年至少进行一次； 监测井法的频率可根据具体情况灵活确定，一般不少于每季度一次；监测设备法的频率应根据设备类型和使用情况进行调整； 定量检测法可以根据具体工程需要进行决定。 同时，在检测过程中，还应注意对检测结果进行记录和分析，发现异常情况及时采取相应的维护措施，保证防水排水系统的正常运行和性能稳定。

6.2 维护方法及周期

1）常规维护主要是对系统进行日常巡视和清理，如清除雨水口、水沟、监测井等的淤泥、垃圾等杂物，保证排水系统的畅通性。 此外，还需要注意防水材料的破损、老化情况，及时进行维修或更换。

2）定期维护是按照一定周期进行的维护，主要包括漏水测试、防水层损伤检查和维护、泄水板和防水板维护等。 具体周期可根据实际情况和使用状况灵活调整， 一般应每年至少进行一次。 同时，在维护过程中，应注意对维护记录进行保存和分析，发现问题及时采取措施解决，避免防水排水系统的失效和损坏。

7 高速公路黄土隧道防水排水工程实践案例分析

某高速公路的一处黄土隧道，隧道长约2.5 km，隧道内部为单向两车道，限速80 km/h。 该隧道经历了多次降雨后，隧道内部出现了明显的漏水现象，导致路面湿滑、能见度降低，给车辆通行带来了安全隐患。 为了解决这一问题，决定对该隧道的防水排水系统进行全面改造，具体措施为：（1）对隧道内部进行仔细勘察，了解防水排水系统的具体情况，包括水位、排水量、管道状态等；（2）针对漏水现象，工程人员采取多种措施，包括更换老化的防水层、增设抗渗排水板和防水板、更换排水管道等；（3）在工程完工后，对防水排水系统进行了全面检测和测试，保证了系统的稳定性和使用寿命。

经过改造后，该隧道的防水排水系统效果显著，漏水现象得到了根本性的解决， 车辆通行的安全性和舒适度得到了提升。 该案例表明，对于高速公路黄土隧道的防水排水系统，采取全面、科学的改造方案，可以有效地提升隧道的安全性和通行效率。

8 结语

高速公路黄土隧道防水排水系统是隧道工程建设中不可或缺的一环， 其设计、 施工和监测维护等环节都需要高度重视，设计、施工和监测维护密不可分，只有将各个环节进行协同配合，才能确保隧道工程的安全、稳定、可靠运行。