结构防排水

结构防排水（精选八篇）

结构防排水 篇1

公路隧道渗水是长期以来困扰隧道施工的一大难题, 它不仅影响隧道的美观, 而且还会影响隧道的使用年限及车辆行驶安全。目前建设者们对隧道防排水问题虽然给予了足够重视, 但并没有找到解决问题的可靠办法。如国内有座公路隧道设计了以堵为主的方法, 即在围岩内注浆堵水, 二次衬砌加厚抗水压, 每米隧道只是堵水的造价就达上万元。但隧道建成后发生了严重的漏水现象, 造成行车困难, 只好返修。

现在国内隧道采用的防排水方法基本相同, 不但造价高, 施工麻烦, 其结果仍然是人们所说的“十隧九漏”。

2 隧道防排水现状及问题

目前, 公路隧道结构防排水普遍采用“三道防线”。1) 排水, 即在初期支护喷射混凝土完成后, 在其表面每隔3 m~5 m设环向弹簧排水半管, 以使喷混凝土表面的渗水排走;2) 防水, 即铺设土工布和防水板, 将喷混凝土层表面的渗水通过防水板进行封闭隔绝;3) 止水, 即在二衬施工缝及变形缝处设环向止水带, 一般每板二衬结合处设置一条, 目的是将防水板渗漏下来的水, 再通过最后一道防线进行隔离。此外, 还在二衬混凝土中加入抗渗剂、防水剂, 提高抗渗级别等, 以此达到“防、排、截、堵相结合, 多道防线, 综合治理”的目的。以上这种多层防水的做法看似很完善, 但实践证明, 隧道的渗漏水问题并未得到根本解决。甚至隧道建成后出现了大面积的渗漏水, 不得不将二衬混凝土凿槽, 采用引排或注浆堵漏的方法处理, 费工费时, 且效果不佳。作者认为, 上述排水方法中, 弹簧透水管的设置带有盲目性, 本身排水作用有限, 造成衬砌背后的积水, 对衬砌结构产生水压力, 防水板块与块之间的粘结质量也很难达到绝对不渗漏水的要求, 止水带定位效果不好, 在施工中发生翻滚、扭结, 也成为了漏水通道。目前, 隧道采用的防排水方法实际还是以堵为主的方法, 这种方法必然造成隧道衬砌结构背后存在不同程度的水压力, 在长期的水压力作用下, 现有防排水方法很难达到不渗漏水。上述防排水方法暂且称为“有压防排水法”。

3 无压防排水法的提出与实施

3.1 方法的提出

既然问题的关键是衬砌背后有水压力, 那么能否提出一种解决办法, 使衬砌背后的水压力消除, 事实上, 早有人提出“无压防排水法”, 即在初期支护施工中, 完全把隧道围岩内的渗水截除、引排出去, 使隧道衬砌外围成为无水压力的环境, 即初期支护完成后, 达到无渗漏水的现象, 这样, 才真正实现了无压防排水, 最终解决隧道渗漏水的问题。

3.2 实施方法与措施

“无压防排水法”的实现可采用特制的排水半管, 该种排水半管须结实柔软、可任意弯曲、能适应不平整的表面和各种裂缝形状, 当隧道开挖完成后, 及时喷射第一层封闭混凝土, 在第一层喷射混凝土表面漏水处从上至下敷设“排水半管”, 直至墙角纵向排水花管, 并用1 cm厚1∶1水泥砂浆将排水半管表面封固。然后喷射第二层混凝土, 混凝土每层的喷射厚度不少于5 cm。按此办法分层设置排水半管, 直至完成喷射混凝土总厚度, 使喷射混凝土内部形成多层排水系统, 初支完成后其表面不再出现渗漏水现象为止。实际施工时, 为了操作方便, 节省工时, 将在喷射混凝土施工过程中分层设置排水半管的方法, 改为在全部初期支护 (喷射混凝土层) 完成后, 在初期支护表面沿隧道环向两侧从拱腰以上到墙角上下各打3个~4个引水孔, 然后设排水半管, 并在其表面抹1 cm厚水泥砂浆封固, 注意务必使其与初支喷射混凝土结合良好。根据地下水的情况, 每环沿隧道纵向间距3 m~5 m设置, 无水地段也照常设置, 保证隧道渗漏水及时从埋设的排水半管排出洞外。由于排水半管暗埋在初期支护内部, 具有适应围岩变形的特点, 能有效避免排水半管变形、堵塞, 能够保证排水畅通, 这样就消除了隧道衬砌外围水压力作用, 避免了衬砌结构发生渗漏水的现象。并且由于其深埋在隧道初期支护内部, 在寒冷地区还能有效防止排水半管内冰冻对结构物的冻胀损坏。

3.3 隧道内纵向排水及隧底排水

隧道内纵向排水及隧底排水保持永久畅通是“无压防排水法”能够实现的重要保证。隧道内纵向排水主要由两侧墙脚外设置半边打孔的PE波纹管、路面下两侧排水边沟和中央排水管组成, 并通过横向PE排水管连通。对于长隧道, 为保证纵向排水管畅通, 在隧道两侧墙脚下每隔50 m间距设置检查井。当检查井内有积水时, 说明纵横向排水管堵塞, 应及时采用高压水泵等疏通设备将纵横向排水管疏通, 保证排水永久通畅。

4 无压防排水法的实践

“无压防排水法”在陕西省高速公路隧道中首次提出, 并研制出相应的“Yas排水半管”, 其后在国内多条隧道中实现了应用, 隧道建成后至今无渗漏水现象。平榆高速公路狮子凹山隧道位于山西省祁县境内, 为一座分离式四车道高速公路特长隧道, 隧道左线全长4 418 m, 右线全长4 511 m。隧道洞身除少量Ⅲ级围岩外, 其余全为Ⅳ级~Ⅵ级围岩, 断层、褶皱及岩体节理裂隙发育, 局部断层及破碎带地下水较丰富, 主要为裂隙水及承压水, 局部受雨季地表水影响。我们在隧道防排水施工中, 采用“无压防排水法”做了一处试验段, 其余仍然采用原设计的施工方法。隧道尚未建成通车, 我们发现, 采用原设计方法施工的段落出现了几处渗水, 无奈只好在二衬表面开槽埋管, 进行引排, 费工费时且影响隧道外观, 而采用无压防排水法施工的段落无一处出现渗水。实践证明, 无压防排水法确实可以有效避免隧道渗漏水现象。

不仅如此, 采用“无压防排水法”后, 由于初支表面几乎不渗水, 即可大幅减少目前常用的弹簧透水管、止水带及各种防水剂, 甚至可以将原设计的防水板厚度减薄, 大大节省了防排水材料的购置费用。所以“无压防排水法”造价低廉、施工简单、效果理想, 是一种理想的防排水施工方法。

5 结语

高速公路隧道防排水 篇2

高速公路隧道防排水

以某高速公路隧道为研究对象,对隧道防排水设计原则作了总结,同时对隧道防排水施工中排水管施工、防水板铺设,止水带施工等进行了论述,从而确保隧道施工质量,保证公路隧道的正常通行.

作 者：王少波 作者单位：山西省建筑(集团)总公司,山西,太原,030006刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：36(19)分类号：U453.6关键词：隧道 防排水 设计原则 施工

喷锚衬砌结构防排水系统设计 篇3

对于像青岛、广州、重庆这样以岩石地质为主的城市, 如果依然按照传统的防水模式进行结构设计 (结构全外包防水, 需考虑全水头压力) , 此时结构衬砌厚度将大大增加, 其经济性及结构可靠性均会受到影响。在地质情况良好、大埋深、岩 (土) 层低渗透性的情况下, 全包防水显然是不合适的。例如:青岛地铁3号线工程车站及区间隧道40%~50%位于中至微风化岩层中, 围岩整体性好, 裂隙不发育, 且地下水量为“贫”至“极贫”, 隧道及地下工程涌水量较小, 具备采取排水型隧道、防排水结合型隧道以及喷锚永久衬砌的可能性。

本文主要针对挪威法结构讨论喷锚永久衬砌的防水设计, 对于模筑型单层衬砌结构也有很大的借鉴意义。

1 挪威法防排水设计适用条件

1.1 地质情况良好, 地震影响较小

NTM是挪威隧道施工方法 (Norway Tunnelling Method) 的英文缩写, 简称挪威法。所谓挪威法, 简单地说就是由正确的围岩评价、合理的支护参数和高性能的支护材料组成的一种经济而安全的隧道施工方法, 适用于公路隧道、铁路隧道、水工隧洞及大型地下工程。正确的围岩评价体系主要采用Q系统, 即用巴顿法 (N.Barton) 进行围岩分级。而合理的隧道支护结构参数, 是通过隧道施工中的观测和量测记录所求出的Q值来选择的, 其中包括各种支护结构体系的数值解析验算。图1为Q系统围岩支护设计图。

国内对于围岩的等级划分是根据围岩的坚硬程度和完整性来进行的, 与国际围岩划分标准基本对应。对于Ⅰ—Ⅲ级围岩, 基本上为微风化岩层, 其节理 (裂隙) 密度一般为1~2条/m, 节理 (裂隙) 张开度<1 mm, 经过局部注浆及封堵后, 可较好地实现限量排放的要求。Ⅰ—Ⅲ级围岩相对应图1中的Q值为10~1 000, 相应采用喷锚衬砌进行设计, 有一定的经济合理性, 采用喷射混凝土+局部 (系统) 锚杆同时进行局部围岩注浆即可。Ⅳ—Ⅵ级围岩情况下, 形成围岩注浆圈的费用较高, 不宜采用此种办法。

单层喷锚衬砌隧道广泛存在于北欧各国, 当地充分利用其良好的地质条件修建各种暗挖隧道。国内在山岭隧道中也有一定的采用, 但是其中涉及到合理防排水的内容仅限于简单的堵漏或者排水, 至于注浆堵漏措施或者排水量如何控制等, 作深入探讨的文献很少见到。目前国内地铁还未有单层喷锚衬砌防排水的做法。青岛地铁3号线工程区间隧道40%~50%位于微风化岩层中, 围岩整体性好, 裂隙不发育, 具备设置防排水结合型隧道、喷锚永久衬砌的可能性。

2008年汶川地震, 宝成铁路109隧道中部山体坍塌12万多m3, 砸垮中部棚洞, 后该线全部采用了钢筋混凝土结构。因此对于多地震地段, 不宜采用喷锚支护的单衬砌形式。

1.2 埋深超过50~70 m, 排水不影响地质、地貌

根据国外经验, 通常情况下, 当地下水水头<60m时, 宜采用全封堵方式;当地下水水头≥60 m时, 宜采用排导方式, 并采用注浆圈进行堵水, 以达到“堵水限排”的目的。“堵”是为了控制地下水的排放量, “排”是为了降低作用在隧道衬砌上的水头压力。

埋深<50 m时, 如采用排水方案, 由于排水对水头压力有一定折减, 混凝土衬砌只能有限减薄。但是由于限量排水的缘故, 不但要考虑围岩封堵, 限制排水量, 同时还需要考虑不断排水产生的运营费用, 而有限减薄混凝土衬砌相比排水对运营成本的增加而言, 可能存在不经济的情况。因此, 隧道埋深在60 m以内时, 一般采用全封堵形式的防水方案。

埋深>70 m时, 当隧道进行全包防水时, 需考虑全水头的影响, 此时衬砌的厚度将大大增加, 同时会增加施工难度和施工费用。例如:重庆市轨道交通1号线工程中, 中梁山隧道最大埋深约270 m, 隧道按新奥法原理设计, 采用复合式衬砌结构, 钻爆法施工;其K24+880至K27+300区段折减后, 设计承受1MPa水压力, 在此情况下还需要采用1 000 mm厚衬砌;后来由于采用排水型隧道设计, 才进一步降低二衬厚度。由此可以看出, 埋深较大的隧道采用排水设计是必然的。日本的青函海底隧道, 海水深140 m, 埋深100 m, 水头总高度240 m, 也采用了限量排放的排导方案。

若选择排导方案, 需要结合当地地质情况考虑排水对地面的影响;当排水可能引起地质情况发生变化时, 排水方案需要慎重考虑。如:重庆歌乐山隧道修建过程中, 地面发生地陷, 附近的余家湾水库自地陷首次发生后, 水位就以每天约2 cm的速度下降, 周边民房也有不同程度的开裂。

1.3 需有合理的排水量控制值及排水管网清理系统

经过围岩注浆及围岩表面喷射混凝土封闭后, 需要设计确定一个合理的控制排水量的值。当然也有例外:重庆地铁工程大量采用半包或全包排水系统, 无明确的排水量控制要求, 主要原因是其排水能通过高架段以自由落水的方式沿线排出, 不需要增加太多的排水费用。除此之外, 如排水量太大, 隧道内部需要设置泵站进行抽水, 其运营期间的排水费用较多, 相比全包防水经济性较差。另外, 由排水可能引起的地表沉降等, 也将增加维护费用。

青岛胶州湾隧道防排水设计有关数据显示:隧道注浆堵漏及施作初支后, 主隧道排水量不大于0.4m3/ (d·m) , 服务隧道排水量不大于0.2 m3/ (d·m) ;而现场调研正在施工的主隧道近700 m施工段, 目前排水量约150 m3/d, 折算实际排水量约0.21 m3/ (d·m) 。综合以上数据, 考虑到地铁隧道断面周长一般约为目前青岛主隧道尺寸的1/2, 据此认为在Ⅱ、Ⅲ级围岩中, 标准单线单洞区间隧道的洞径较小, 排水量控制在0.1~0.2 m3/ (d·m) 是合理的。

对于排水型隧道, 除控制排水量外还需要对排水系统进行维护, 万一排水管网堵塞, 则会引起一系列结构安全问题。广州地铁1号线公园前车站底板设置抗浮“排水网络”, 由于排水网络堵塞, 部分结构产生了开裂现象。因此, 设置排水管网的同时, 需充分考虑排水管网的可维护问题。

2 喷锚衬砌结构防排水体系

单层衬砌结构一般情况下分为两类。一类是在围岩稳定并经找平处理后, 设置防排水系统, 然后模筑混凝土, 成型后从外观上看与复合衬砌系统相同。此种情况如锚杆系统设置在围岩中, 可以设置防排水板, 该体系与复合衬砌基本一致, 由于围岩情况好, 省去了初衬这一部分。另一类是喷锚永久衬砌 (挪威法) 方式, 直接在处理完后的围岩表面喷射混凝土闭合结构, 此种情况一般由于基面条件及锚杆的缘故, 无法全面设置防排水板。相比第一类, 喷锚永久衬砌具有工艺简单、施工进度快等优点。现着重介绍喷锚永久衬砌结构的防排水系统构成。

喷锚永久衬砌结构防水体系主要由注浆圈、衬砌背后的防排水系统和喷锚衬砌防水组成。注浆圈起封堵地下水、控制隧道涌水量和保证施工期间洞室稳定的作用;防排水系统则进一步封堵地下水, 同时尽量将通过注浆圈渗透到衬砌背后的地下水排出, 从而将作用在衬砌结构上的外水压力降低到可接受的水平;喷锚衬砌防水主要是防止喷锚衬砌开裂后外部来水对隧道结构的影响。图2所示为标准挪威法隧道防水断面构造。

1—局部注浆锚杆;2—30~50围岩加固圈;3—注浆处理后围岩;4—20厚初喷层;5—100喷射混凝土;6—系统排水半管, 直径50, 间距10 m;7—横向导水管;8—道床水沟;9—钢轨顶面;10—纵向排水盲管 (可省)

在早期斯德哥尔摩地铁隧道中 (20世纪40—70年代) , 挪威法隧道采用内贴防水层, 对于防水确有困难部位采用设置排水管的处理办法, 将地下水流引入地铁排水系统, 如图3所示。

从图3可看出, 挪威法隧道也设置了柔性“带纤维背衬的防水层”。该防水层由于带纤维背衬, 可以与基面密贴, 同时又有一定的排水作用, 属于非密封类的防水层, 以排水为主。因增设此柔性防水层, 基面处理需有一定的平整度。

20世纪80年代修建的瑞士弗卡 (Furka) 铁路隧道全线长15.4 m, 最大埋深为1 520 m, 采用喷锚混凝土作为永久衬砌。按围岩条件主要设置了6种支护形式和1种带有钢拱的特别形式。图4为S2型支护和S4型支护, 图5为钢拱支护结构形式。

1—清洗过的岩石;2—混凝土初衬;3—表层混凝土;4—第2层喷混凝土;5—钢筋网;6—管式锚杆;7—第1层喷混凝土找平;8—排水管;9—Sika-Shot密封止水;10—衬板

S2型支护:在非常好的围岩条件下, 直接挂网锚喷, 未另设置排水系统;S4型支护:在有局部裂隙水的围岩条件下, 另设置了排水 (管) 沟。

围岩条件非常差的情况下, 设置钢拱, 多次喷射混凝土封闭基面, 防排水采用的技术是先封闭岩面、把塑料排水管等距 (50~60 cm) 分开固定, 然后在这些塑料排水管和岩石表面间用1.5~2.5 cm的SikaShot浆液施工。该涂层虽然只有1.5~2.5 cm厚, 但强度增长非常快, 同时能够获得很好的止水效果。这样施工后, 迫使地下水通过节理和爆破产生的裂缝流入塑料排水管。该隧道在施工中第1次大规模使用了Sika-Shot浆液, 防水工程费用很高。

青岛地铁3号线工程中, 所选择的围岩条件较好, 所以结合图4中的S2/S4型支护进行排水系统研究, 是经济合理的。

喷锚永久砌防排水体系一般包括以下几个子系统:围岩注浆系统、防排水系统、喷锚系统等。

2.1 围岩注浆系统

该系统是限制涌水量的关键, 通过采用超前注浆、径向注浆、局部注浆等措施加固围岩形成堵水圈, 使围岩表面渗漏水量满足设计要求。只有在渗漏水量达到限量排放要求的基础上, 才能既满足结构受力要求, 又能确保运营成本。

青岛地铁3号线注浆原则为:当裂缝渗漏水水压使喷射混凝土无法与基面粘结时, 需进行注浆处理。超前注浆一般在地质情况较特殊时才会应用, 地质情况较好时一般采用后注浆, 后注浆操作要求是:明显存在水压线流位置需进行注浆处理, 在初喷混凝土无法粘结部位或空洞部位也需进行注浆处理。注浆一般可采用中空耐腐蚀注浆锚杆进行。由于针对的目标主要是Ⅱ、Ⅲ级围岩0.2 mm以上的裂隙, 因此一般情况下采用普通水泥浆液即可;普通浆液治理后达不到预期效果的, 可采用超细水泥浆液或水泥-水玻璃双液浆, 前者可封堵0.2 mm以下的细微裂隙, 后者可控性更好。

2.2 防排水系统

该系统主要由防水层、环向排水半管及排水管沟组成 (环向排水半管在后期工程实践过程中较难固定, 改用可降解草绳替代) , 也可在底板与侧墙连接部位增设纵向排水盲管。由于喷锚衬砌的特殊性, 喷锚衬砌需与围岩表面密贴, 同时由于锚杆的存在, 设置外包柔性防水层比较困难。在严格要求防水等级为一级的情况下, 可考虑设置柔性防水层, 此时喷锚衬砌与围岩的受力机理需认真考虑。一般情况下间隔一定距离设置排水环管, 起到储备泄水路径的作用。图6为排水管网系统图。

2.3 喷锚系统

由于围岩本身能够自稳, 该系统主要用于封闭围岩表面裂隙, 使围岩形堵水圈进一步完成, 表面成为一个整体, 同时形成相应的刚性防水层。局部渗漏水可采用后注浆的方式进行封堵, 满足结构防水要求。青岛地铁3号线某区间采用挪威法施作, 水头高40~50 m, 喷射混凝土与围岩粘结强度≥0.5 MPa, 能够封闭围岩裂缝。而对于埋深更深的结构, 需采用高粘结强度的混凝土 (或其他材料) 或增加排水管网, 适当排水减少水压, 才能实现围岩与喷射混凝土粘结的稳定。图7所示为喷锚衬砌结构防排水系统路径。

3 喷锚衬砌防排水与复合衬砌防排水的区别

由于地质条件不同, 导致喷锚衬砌与复合衬砌结构形式不同, 进而决定了喷锚衬砌防排水与复合衬砌防排水的区别。

3.1“防水层”概念的不同

普通复合衬砌结构, 其防水层仅仅指初支与二衬之间的柔性防水层。围岩视为透水体, 不具有防水作用。而喷锚衬砌尤其是Ⅰ—Ⅲ级围岩, 其防水效果显著, 可视为带有大量裂缝的刚性防水层。由于围岩基本完整, 在对大的裂隙进行注浆封堵后, 基本可满足限排的要求, 剩余细小裂隙在经过喷射混凝土封闭及有组织引排后, 其防水性能可基本满足使用要求。

3.2 渗漏水途径不同

复合衬砌的柔性防水层极为关键。在设置排水管的情况下, 由于外涌水量非常大, 其限排的目标较难达到, 除非进行大量注浆加固, 但注浆代价很高, 因为此种情况下到处都是出水点。故而一般情况下埋深不超过70 m的, 均采用全包防水。由于施工工艺的限制, 暗挖复合衬砌一般采用塑料防水板进行防水, 一旦出现渗漏, 将产生窜水, 并通过二衬混凝土渗漏。渗漏点和柔性防水层破损点不对应, 难以根治。

喷锚衬砌一般埋深较深。由于围岩条件好, 注浆量也较少, 一旦出现渗漏水, 除排水管部位的裂隙水可以有组织引排外, 其他部位将逐步渗透到喷射混凝土的薄弱部位 (混凝土裂缝) 而形成渗漏。其特点是渗漏点多、渗漏水少, 但是渗漏点一般就是薄弱部位, 修补起来较为简单。在地质发生变动的情况下, 渗漏点将大量增加。因此, 围岩的注浆在整个防排水系统中起着非常关键的作用。

3.3 细部构造处理不同

复合衬砌结构除设置有柔性防水层外, 其施工缝、后浇带、穿墙管、变形缝等部位均为易渗漏点, 需设置多道防线进行防水。一旦渗漏, 治理起来非常麻烦。

喷锚衬砌结构由于其结构一般仅为100 mm厚, 且由于喷射工艺的原因, 在施工缝等部位无法进行特别的防水处理, 一般情况下也不设置变形缝, 因此其细部构造非常简单。

3.4 渗漏水治理

由于喷锚衬砌一般情况下不设置柔性防水层 (或排水板) , 因此相对于复合衬砌而言, 必然会导致更多渗漏水情况出现。渗漏水治理是非常必要的一环, 为保证渗漏水治理的针对性和便于日后检查, 施工时需对初喷混凝土表面的渗漏点进行分类统计并开始治理。

以青岛地铁3号线工程挪威法施作的区间为例, 在喷射混凝土达到设计强度后即开始渗漏水治理。渗漏水治理采取如下措施:

1) 滴水、少量湿渍部位, 可采用水泥基渗透结晶防水涂料进行封堵, 用量可控制在2 kg/m2, 涂刷要求超出湿渍10 cm的范围。经治理后, 要求表面基本干燥。

2) 裂缝渗漏水部位, 应沿缝凿出U形槽, 槽深不小于20 mm、槽宽不小于20 mm, 然后用水泥基渗透结晶型防水涂料 (拌成料团) 进行嵌缝处理。经治理后, 要求表面基本干燥。

3) 存在有压水或经以上治理后不理想的部位, 可采用打孔注浆的方式进行渗漏水封堵, 注浆液可采用水泥浆液, 效果不理想时也可采用化学浆液进行堵漏处理。

4) 多次封堵仍无法完全封闭渗漏水的部位, 可设置排水管进行引排水处理, 要求沿结构内表面凿槽埋管, 引排至道床排水沟内。

5) 对于经常存在湿渍的基面, 也可考虑采用内涂膜防水的方式进行封堵。如经过以上治理后取得效果后再采用喷涂或涂刷单组分聚氨酯防水涂料等进行防水处理, 可更好地防止顶面滴水。

4 喷锚衬砌结构理论计算模型

对于深埋高水位隧道, 可简化为轴对称问题进行处理, 简化计算模型见图8。

假定围岩为各向同性均匀连续介质, 隧道为圆形, 地下水头很高 (设为H) , 水流为稳定流, 其运动规律服从Darcy定律。同时假定隧道的排水是通过衬砌均匀渗水实现的。由于衬砌厚度相对于地下水头较小, 衬砌渗透力可简化为作用在衬砌外缘的表面力, 该表面力取该处的孔隙水压力。根据地下水水力学理论, 可推导出隧道中无内水压时隧道排水量Q和衬砌外水压力P1以及注浆圈外壁水压力Pg的计算公式:

式中:r0为衬砌内径;rl为衬砌外径;rg为注浆圈外径;r2为远场距离;kl为衬砌渗透系数;kr为围岩渗透系数;kg为注浆圈渗透系数;h1、hg分别为衬砌和注浆圈外的水头。

上述推导是假定隧道均匀渗水的情况下进行的, 当隧道加设排水孔时, 可将排水孔流量均匀分布到隧道衬砌中去, 因此上述推导对隧道防排水系统具有广泛的适用性, 由于篇幅的关系不再进一步展开阐述。

根据青岛地区地质情况和上述推导公式进行计算, 确定了青岛地铁区间隧道注浆圈厚度为3 m、渗透系数为注浆加固前的1/50、注浆后隧道涌水量控制标准≤0.3 m3/ (m·d) 。

5 结语

喷锚衬砌防排水设计在国内还存在很多不足, 青岛地铁3号线采用该工法施作, 在国内地铁工程中尚属首次, 其中有很多内容值得总结和进一步论证。

1) 科学地、有针对性地进行渗流模型分析, 才能得出合理的围岩注浆圈的理论参数。这一点由于笔者对有限元分析较为陌生, 仅从Darcy定律宽泛地进行推导, 还需要进一步改进。

2) 普通水泥材料密闭围岩裂隙按多种规范说明, 其与围岩粘结力不超过100 m水头;采用具有更好粘结力的特殊涂层材料密闭裂隙, 在未来工程应用中将会越来越多, 值得开展研究。

3) 排水管网的可维护性是排水型隧道的一个难点, 以往工程中鲜有具体要求, 可进行深入研究。

参考文献

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谈隧道防排水 篇4

进入21世纪以来, 我国隧道及地下工程迅猛发展, 各大主要交通运输线路上, 隧道相继开通。隧道具有高效、快捷、环保、速度快、安全性好、占用道路面积少、防空好等优点, 对节约道路交通建设成本, 改变交通网络布局, 实现快速快捷交通运营起到了很大的作用。由于我国自然条件和地质条件的复杂性, 隧道工程在建设过程中受到地质结构、水文条件、设计、施工和运营等方面的约束, 会出现渗漏水、冻害等问题, 影响了其安全使用。因此, 隧道防排水工程必须得到重视, 这是对隧道安全的重要保障, 但这同时也是隧道建设工程中的难点, 具有很高的技术难度和较强的综合性。本文希望从采用先进设备及材料、改进施工技术等方面来改善我国隧道及地下工程防排水现状。

1 隧道施工渗漏水事例及危害

隧道的防排水在施工时尤为重要, 稍有不慎如发生突泥突水的事故, 将造成巨大的不可挽回的损失。2006年1月21日宜万铁路马鹿箐隧道出口平导开挖到3 174 m处, 注浆加固后开挖出渣时, 突然发生突泥突水, 瞬间突泥突水8万m3, 最大涌水量72万m3/h, 造成多名作业人员遇难, 经济损失巨大, 影响施工一年之久。

公路隧道渗漏水的危害性比较大, 一旦隧道出现渗漏或者路面溢水, 就会造成路面湿滑, 对行车安全有非常不利的影响。严寒地区的公路隧道由于反复冻融, 会造成衬砌开裂、变形等等损坏。

2 我国隧道防排水发展历史以及施工方法现状

我国隧道建设的历史可以追朔到20世纪70年代, 当时隧道的施工方法主要是传统的矿山法, 使用整体式的衬砌。由于当时技术条件有限, 防水措施不够完善, 致使大多数隧道建成以后都出现了严重的漏水现象。20世纪末, 我国引进了新奥法对隧道进行施工, 很大程度上改善了隧道渗漏问题。随着时代的发展, 我国需建设更多的大型隧道, 也就对隧道的整体防排水功能提出了更高的要求。

目前, 我国的防排水施工通常采取中标承包商内部组织施工的形式, 运用简易铺挂台架及机具手等进行作业, 机械化程度较低;施工人员的综合素质较低也直接导致防排水作业的施工质量较差;质检人员在进行质检时往往凭借经验及肉眼观察的形式对防排水设施进行检验, 可靠性较低。

3 国外隧道防排水的规范与标准

英国隧道防水等级划分为七个等级。O级:最大容许漏量为无漏水或明显漏水;A级:最大容许漏量为1 L/ (d·m2) ;B级:最大容许漏量为3 L/ (d·m2) ;C级:最大容许漏量为10 L/ (d·m2) ;D级:最大容许漏量为30 L/ (d·m2) ;E级:最大容许漏量为100 L/ (d·m2) ;U级:最大容许漏量为不限量。新加坡地铁系统规定:隧道结构内表面每小时每平方米的渗水量控制在55 m L的容许值。任意10 mm区间不得大于10 m L, 如换算成每天允许的渗水量则为:0.12 L/ (d·m2) 。匈牙利布达佩斯地下铁道设计规定:每天隧道渗漏量小于0.12 L/m2, 并且无集中渗漏水, 即满足防水要求。

我国客运专线要求隧道不渗不漏, 需达到一级防水标准。混凝土耐久性为100年。结合我国客运专线隧道要求, 我国的隧道及地下工程防排水面对形势极其不乐观, 在施工技术工艺, 材料等方面必须加强改进。

4 改善隧道渗漏水的措施

4.1 严格把握材料质量关

隧道防排水材料的质量是决定防排水工程成败的关键。因此, 应严格要求隧道防排水材料特别是一些关键材料如:土工布、防水卷材、防水混凝土、防水带 (条) 等的选用, 要采购质量合格的产品。同时要加强质量检验, 抽样检验每一批进场的材料, 严把材料质量关, 使所购材料的每一个指标数据都满足设计和规范要求。

4.2 严把重点施工工艺和质量关

1) 隧道初期支护防排水的工艺和质量控制。

控制好光面爆破, 使开挖轮廓线符合设计要求。在喷护前, 如围岩涌水, 应进行引排, 尽可能减少进入喷护混凝土的渗透水。可采用湿喷工艺, 既能减少混凝土内空隙率, 又能增大混凝土的抗渗能力。初期支护混凝土的喷护应密实, 不能出现漏喷及空洞等现象。初期支护混凝土的厚度与表面平整度应符合设计和规范的要求。

2) 止水带安装。

止水带埋设位置应准确, 使其中间空心圆环与变形缝或施工缝重合;应将止水带固定在挡头模板上, 先安装一端, 浇筑混凝土时用箱型模板保护另一端。固定止水带时, 不允许在止水带上穿孔打洞, 不得损坏止水带本体部分;应防止止水带偏移, 以免单侧缩短而影响止水效果。若止水带有损伤, 应立即修复或更换;定位止水带时, 应使其在界面部位保持平展, 不应使止水带翻滚、扭结, 如有扭结或不展等现象应及时调正;止水带的长度应根据施工要求事先向生产厂家定制, 尽量避免接头。如确需接头, 应采取搭接、复合连接、对接形式, 搭接长度应大于10 cm。

5 新材料及新设备

5.1 无机双液型速凝注浆材料

无机双液型注浆材料为A, B双组分无机粉剂, 在加水拌和后形成了两组流动度大, 可操作时间长的单组分浆液, 使用双液注浆泵或两台单液注浆泵注浆, 在混合器进行混合, 适合封堵大股涌水。

特点:两组分混合后形成速凝抗分散的胶状浆体, 并很快硬化形成速凝、早强、高强、耐久性好。在一定程度上, 可以取代水泥—水玻璃浆液。

5.2 比利时De Neef Conchem Infiltra-Stop (IT注浆管)

该注浆管外径为13 mm, 内径为7 mm, 注浆管上的微裂缝允许注浆材料通过它传递到地层中。当注浆压力使注浆管上的微裂缝打开, 注入的浆液便流出注浆管, 填充到地层中, 在注浆结束后, 注浆管上的裂缝由于塑料自身复位力的作用而关闭。可以用0.1 MPa以上的压力将管子裂缝打开, 优点是可以重复注浆。

5.3 塑料防水板自动铺设和焊接机

塑料防水板自动铺设和焊接机施工速度快, 焊缝牢固使塑料防水板的铺设焊接实现了自动化, 操作简单, 节省了人工操作, 提高了工作效率与安全性能。

例如德国厄恩茨堡隧道在铺设防水板时所采用的就是塑料防水板自动铺设和焊接机, 隧道全长3 160 m, 为双线隧道, 外径12.36 m, 双层衬砌, 采用2 m宽聚烯烃塑料薄膜。

5.4 带注浆管止水条

带注浆管止水条, 它结合了缓膨型遇水膨胀止水条止水机理和方便安装的优点。在正常条件下依靠止水条自身的遇水膨胀来进行止水, 当缝隙出现渗漏水时, 可不必破坏结构面进行堵漏, 直接利用预备注浆管并直接注入化学浆液, 均匀填充到渗漏水的部位, 从而方便快捷地将渗漏水堵住。注浆管型遇水膨胀止水条适合高等级地下防水工程的施工缝、沉降缝及其他建筑接缝。带注浆管型止水条可增加止水条的强度, 更便于安装, 并且易控制其膨胀方向。

主要性能指标:最大吸水膨胀率150%~300%;高温150℃不流淌;低温-25℃不硬脆;耐水压 (20×30) mm可达1.5 MPa。

6 对未来隧道及地下工程防排水的展望

1) 开发新技术与新材料, 降低施工成本, 提高施工安全等级。

21世纪以来, 我国对交通隧道的建设投资每年已逾千亿元, 这是一个巨大的市政投资建设。随着新技术以及新工艺的不断开发, 只有贯彻“引进、消化、吸收、创新”的方针, 才能使我国的交通隧道施工迈上一个新台阶, 并且跻身于世界交通隧道建设的先进行列。

2) 实现分流管理, 合理安排建设。

对于公路铁路的运行可采取分流运行, 将来往车辆进行分类。把轻小型客车与重型货车区别开来采取分洞而过, 这将延长保护那些将要老化和设计要求过低的隧道的使用寿命, 通过交通分流可以使隧道设计要求更加的明确, 更加针对化。

3) 保护沿线植被生态资源。

保护沿线植被将可以有效地减少水土流失, 将直接的使隧道的渗漏水最大限度的减少, 从而有效地从生物方面来减少隧道渗漏水量。

4) 未来防排水施工方向。

随着地下水资源的日益紧张及环保意识的增强, 未来防排水的原则是:防、排、截、堵相结合、因地制宜、综合治理。随着我国国民经济的发展, 隧道防排水未来的发展方向将是以堵水为主、堵排结合。

摘要：列举了一些近年来隧道施工渗漏水的案例, 总结了国外渗漏水的规范与标准和目前我国的防排水工程方法的现状, 着重阐述了隧道防排水工程施工的工艺要求和质量控制方法, 以及新技术、新材料在防排水工程中的应用技术, 为减少工程中渗漏水情况的发生, 应该引进新材料、新设备、严格把关施工材料质量, 确保施工工艺质量等。

隧道防排水施工 篇5

隧道防排水是隧道工程施工中的一个重要组成部分, 是施工中操作工艺繁杂、难度大的环节之一。隧道渗漏现象不同程度的存在, 不仅影响整个隧道的观瞻, 也是隧道工程质量上的一大缺陷, 它降低了混凝土衬砌的耐久性和各种辅助设施的使用性能, 而且影响到行车安全及隧道的使用寿命。

2 工程概况

羚山隧道是佛山至肇庆城际轨道交通中的隧道DK105+279-DK106+403, 全长:2272米;为双线隧道。隧道洞身最大埋深约10m, 隧道围岩有Ⅲ级和Ⅳ级。隧道位于广东省肇庆市端州区境内, 属于浅埋大跨隧道, 上覆土体为粉质黏土, 水理性差;下伏灰岩, 受附近断层的影响, 岩性较破碎;石碳系灰岩岩溶较为发育, 隧道位于垂直入渗带;隧道范围集汇水面积有限, 附近无江河水, 总体地下水不发育, 为贫水-弱富水段, 主要受大气降水补给, 水位季节性波动大。

3 隧道防排水施工要点

铁路隧道结构防排水施工作业系指在隧道初期支护完成, 且隧道净空检查满足设计要求后进行的有关结构防排水施工作业。隧道衬砌防排水按照“防、排、堵、截相结合、因地制宜、综合治理“的原则进行, 隧道址区水环境要求较高时, 可按照“以堵为主、限量排放”的原则进行;可溶岩隧道地下水排水通道位于隧道断面内进行, 依照“以输为主、以堵为辅”的原则进行。采取切实可靠的施工措施, 达到防水可靠, 排水通畅, 经济合理的目的。客运专线高速铁路隧道正洞和设备洞二次衬砌防水等级应达到国家标准《地下工程防水技术规范》 (GB50108) 规定的一级防水标准, 二次衬砌结构不允许渗水, 二次衬砌结构表面无湿迹。见“图1综合防排水断面示意图”。

3.1 基面处理施工作业

(1) 处理基面渗漏水, 采用回填注浆进行堵水, 保证基面无明显漏水;

(2) 对初期支护混凝土表面外露的锚杆头、钢筋尖头等硬物处理。对钢筋网等突出部分, 先割断后锤铆平抹砂浆素灰;对突出的管道先割断再用砂浆抹平;对锚杆有突出部分时, 螺头预留5mm后用硬塑料帽处理;

(3) 对初期支护表面凸凹不平处进行处理, 使混凝土表面平顺, 凸凹面满足D/L=1/6~1/10 (D为两凸凹面间凹进深度, L为两凸面间距离) 。见“图2初期支护面处理图”。

3.2 排水盲管施工作业

排水盲管包括环向、纵向、横向排水盲管, 三者采用变径三通连为一体, 形成完整的排水体系。其中的纵向排水盲管在整个隧道排水系统中是一个中间环节, 起到承上启下的作用, 是关键环节。

横向排水盲管是连接纵向排水管与侧沟或中央排水管 (沟) 的水利通道, 通常采用硬质塑料管, 其设置要符合设计要求, 如狮公岩1#隧道采用PHDEΦ160波纹管作为横向排水管。施工中先在纵向盲管上预留拼接, 然后在仰拱及填充混凝土施工前接长至中心排水管 (沟) 。

3.3 防水板的施工作业

在基面处理、排水盲管设置安装完成后, 进行防水板施工作业, 一般包括铺设准备、缓冲层铺设、防水板固定、防水板焊接、质量检查等环节。

洞外检查、检验土工布及防水板质量, 防水板宜选用高分子材料, 本高速客运专线铁路采用厚度1.5mm, 幅宽为4m的防水板。

铺设400g/m2土工布首先用简易作业台车将单幅无纺布固定到预定位置, 然后用热熔衬垫及射钉将无纺布固定在喷射混凝土上, 专用热熔衬垫及射钉呈梅花形排列, 并上下左右成固定行, 一般在拱部0.5~0.8m, 边墙0.8~1.0m, 底部1.0~1.5m。无纺布松紧适度, 留足基面凸凹部位的富有量。铺面要平顺, 无隆起, 无褶皱。其搭接宽度不小于10cm。

3.4 施工缝及变形缝防水施工

高速铁路隧道工程施工防水以施工缝、变形缝防水为重点, 施工缝防水应同时采用背贴式止水带与中埋式止水带或遇水膨胀止水条的防水措施;变形缝防水应同时采用中埋式止水带及其他两种可靠的防水措施。

⑴沿衬砌设计轴线间隔0.5m, 在挡头板上钻φ12钢筋孔;

⑵将加工成型的φ10钢筋卡由待模筑砼一侧向另一侧穿入, 内侧卡紧止水带一半, 另一半止水带伸出挡头板。为防止止水带在施工时损坏, 将外露部分止水带用防护罩保护好。

4 结束语

隧道内防排水是一项复杂的工程, 往往一时疏忽导致防排水前功尽弃, 必须高度重视, 贯穿整个工程始终。要做好隧道防排水, 必须从隧道施工过程的每一道工序做起, 超前小导管预注浆、初期支护、防水板铺设、二次防水衬砌、排水设施等每道工序的施工质量都对隧道防排水效果产生很大的影响, 施工中的一点疏忽可能造成渗漏水隐患。因此, 每道工序的施工质量都要达到设计预期的效果, 才能使隧道防排水工程质量有保证。

隧道开挖进洞前, 需对隧道工程地质、水文地质条件调查清楚, 然后根据使用要求、施工方法、出水部位及水量大小等情况, 制定切实可行的排水方案, 做到“防”有措施, “排”有出路。

放样要认真, 严格控制超欠挖, 重视喷射混凝土的施工质量, 使初期支护表面平顺;提高二次衬砌混凝土的施工工艺, 保证混凝土浇筑质量及与初期支护间紧贴, 不留空隙, 以提高二次衬砌混凝土自身的密实度和抗渗性。

重视施工防排水设施与结构物防排水工程相结合。这样能改善施工中的劳动条件, 保证施工安全和质量, 加快施工进度, 节省工程投资, 还能防止运营中发生混凝土侵蚀、衬砌渗漏水、道路翻浆、电器锈蚀以及交通事故等后患。

摘要：隧道建成使用后, 隧道内各部分不渗漏, 是确保行车安全及洞内设备正常使用的前提条件, 因此隧道结构防排水显得尤为重要, 本文结合佛肇城际轨道GZZH-9标羚山隧道的施工, 就隧道防排水进行简述。

隧道防排水问题探究 篇6

关键词：隧道,防排水,措施,安全

防排水的技术一直以来都是我国公路隧道的施工技术中需要攻克的难题之一。在我国拥有辽阔的山地地形以及公路事业的大力发展的优势之下, 开挖隧道是公路建设之中不可避免的过程之一。有效的在隧道的施工中进行防排水的技术应用成了隧道建设中的重中之重。

1 设计理念

公路隧道的防排水类型有着自己各自的特点, 因此关注其各自特色有助于在施工中起到事倍功半的效果。首先需要注意衬砌压力影响, 排水型的隧道无水压, 而防水型的隧道是全水压。第二, 对水环境的影响也有不同, 排水型的隧道对于水的环境有着较大影响, 有可能造成地下水的流失, 而防水型的隧道基本上不会造成水流失, 它对地下水的环境影响作用不大。第三, 关于抗侵蚀能力也大为不同, 排水型隧道的二衬混凝土的抗侵蚀能力并不理想, 而防水型隧道的能力却比较乐观。还有像防水层的投资以及维护费用也值得关注, 排水型的隧道投资较小, 但维护的费用却与使用的时间成正比;而防水型的隧道投资较大, 但维护的费用偏低。

2 防排水的施工控制方法

超前固结注浆的施工方法是目前普遍被认可的施工方法。在开始挖掘前对断层、含水层以及破碎带等等因素的施作超前措施, 并且使用单液或者双液固结注浆, 既增加了围岩的稳定性, 也对防水及堵水起到了积极作用。

我国的公路隧道和铁路隧道基本上采用的都是爆破开挖的方法, 这样一来, 就需要对爆破的质量有着较高要求。爆破质量的高低与围岩稳定性的强弱关系密切, 并且对隧道中的防排水效果更有着极为重大的影响。因此, 正是由于爆破质量的高低决定了对隧道防排水效果的影响, 那么采用预爆破或光面爆破的方式便显得较为理想。

为了达到二次衬砌和防水层间无水压的目的, 我们还可以采用对不同层裂隙漏水位置设置暗埋式排水管并多层喷混凝土的方式。我国将此种方法开放应用的前景非常广阔, 因此在具体的应用过程中, 我们应当注意欧洲一些国家采用这种方式方法的最新动态, 学习成功经验, 弥补我国采用此种方法的不成熟。

在二次衬砌前公路隧道的防排水的施工控制方法中, 我们首先需要注意防止防水板的破坏。毋庸置疑, 防水板的破坏极大地影响了防水效果。根据相关研究显示, 由于二次衬砌间与喷射混凝土的压力不协调, 从而导致剪力的发生, 这是造成防止防水板破坏的主要原因。其次, 喷射混凝土表面的不平和粗糙也是致使防止防水板破坏的主要原因之一。经过整理, 目前我国可以用来防止防水板破坏的主要措施大致可以分为三种。

首先, 检测喷射混凝土的表面。为了使防水板的表面平整并且光滑, 那么倘若发现钢筋、锚杆露头或者喷混凝土尖, 就应当立刻将它们去除, 继而采用砂浆罩面。

其次, 喷射混凝土表层应当避免使用碎石。我们可以采用卵石来作为粗集料, 在初凝前, 可以用机械或者人工压抹。

再次, 可以适当增加防水板的垫层, 也就是土工布的厚度。与此同时, 防水板的厚度也可以适当增加, 1.2至1.5毫米为理想标准。

土工布的铺设也是二次衬砌前公路隧道的防排水的施工控制方法中的重要一环。我国目前隧道在铺设防水板前, 通常采用的是300-400g/m2土工布来作为防水板的垫层。这样既能够保护好防水板, 尽量避免防水板与出奇的支护或者围岩接触, 从而造成损伤, 也起到了滤水作用, 即通过土工布过滤, 把其中一部分的地下水泄到墙角的排水管道, 从而减少水压力, 这样对组织排水管道的阻塞也起到了积极作用。另外, 在铺设时需要由拱顶向两侧对称来铺设, 需要采用专用的塑料垫圈作为固定点, 并使用铁锤或者射钉枪将水泥钉打入喷射混凝土中, 用来固定住土工布。在二次衬砌前公路隧道的防排水的施工控制方法中, 橡胶防水带的安装也成为关键的一步。在隧道施工过程中通常采用的安装方式是预埋式橡胶防水带。由于橡胶防水带极具施工的简便性, 构造的简易型和质量的可靠性等优势, 因此在隧道的防排水的施工中被广泛使用。

我国目前普遍采用先钻钢筋孔, 再将钢筋卡卡紧止水带的一部分, 另一部分的止水带紧贴于挡头板上的安装方式。在现场中, 止水带的接头通常采用搭接, 并利用胶黏剂进行粘合。还用使用钢钉将遇水膨胀止水带固定在预留槽内的安装方法, 相比而言, 这种方法既简单快捷, 施工效果又较为乐观。

我们还应该注意到其施工的措施。抗渗或者防水混凝土是当前我国公路隧道的二次衬砌中广泛采用的方式。在施工中有些问题渐渐凸显, 比如说背后混凝土振捣不密实, 二次衬砌出现的蜂窝麻面现象, 这些都给防排水留下了隐患。当然, 这有着施工和材料自身的双重原因, 但是通过施工人员素质的提高, 相应使用更为合适的材料以及采用压浆等方法, 的确会受到较为良好的效果。

3 防排水常用措施

3.1 横向排水管的安装

横向排水管的位置在衬砌基础及路面的下方, 布设的方向是与隧道的轴线垂直, 它是连接着纵向排水盲管与中央排水管重要的水力通道。横向排水管一般使用硬质塑料管, 值得注意的是, 在施工的具体过程中, 要注意提前留好接头, 一遍在地面施工时能够将其方便的连接到中央排水管。

另外还要注意横向盲管的检查, 比如查看接头的密实和牢靠性, 查看接头的位置是否存在断裂的现象, 还要尽可能地在最大程度上确保中央排水管及纵向盲管间的水路通畅。为了减缓路面负荷对横向盲管的压力, 还应该在横向盲管上方建立缓冲区, 以便防止横向盲管的变形和破裂。

3.2 纵向排水管的安装

沿着隧道的纵向来设置衬砌底部外侧的透水盲管就是纵向排水管。弹簧排水盲管和10厘米带孔软式的透水管是目前普遍采用的纵向盲管, 它们的主要作用是令防水板的垫层下和环形排水管排出的水一起汇集到横向排水管之中, 最后一同排出。值得注意的是在安装前, 应当保证安装基面的平整性, 并在安装的同时, 注意保持排水坡度, 中间绝不能够有扭曲和凹陷的现象, 这样便可以有效避免泥沙的再沉淀而导致的堵塞。

3.3 环向排水管的安装

环向排水盲管会为岩面和初期支护喷射砼之间以及初期支护喷射砼和防水板之间来提供过水通道, 从而使之下渗汇集到纵向排水管。在实际的地下水的施工中, 环向排水管的设置会因实际的施工渗漏情况而具有较为灵活的变通性。

我们应该将隧道渗漏水的问题作为一个系统的工程来考虑, 这不仅仅是要求设计方案的合理, 还更应该严格按照图纸施工, 并且注意运营期间的维护。为了确保其能够安全进行, 这也不单单要求施工单位的尽职尽责, 也更加需要相关部门的大力支持, 加大对防排水施工的技术投资。只有通过全社会各方力量的齐心协力, 提高对隧道防排水的正确认识, 才能在中国公路隧道技术日趋成熟的今天, 攻克掉公路隧道施工中的防排水技术这一难题。

参考文献

隧道防排水设计优化 篇7

隧道开挖后不同岩性条件的涌水量各异, 如何准确实测隧道涌水量较大的区段, 并结合大气降雨入渗法和地下水动力学法综合方法分析计算, 确定隧道后期运营排水量, 是进行防排水设计需解决的主要问题。然而, 由于施工条件的限制, 实际操作难度较大, 需要结合项目的特点进行试验研究才能准确判断, 因此, 涌水量的实测至关重要。在涌水量实测的基础上, 结合勘察设计阶段对水文地质的预测结果, 进行相应的防排水设计方案。

2 工程简介

该隧道位于福建省三明市, 全长3596m, 设计坡度为8.2‰的上坡。该地区水系发育, 主要河流为沙溪河。隧址范围地下水以基岩裂隙水和构造裂隙水为主, 补给主要来源受大气降水强度、降水持续时间、地形及基岩节理、裂隙的发育程度控制。断层破碎带、不整合接触带、褶皱带内岩体破碎、构造裂隙水发育, 形成局部集水通道, 水量较大, 属强富水区。且隧址区发育有1条平移断层, 1条褶皱带、1200m高应力区, 地质较差, 发育的不良地质有垮塌、存在突水突泥、坍塌冒顶等重大地质风险。DK98+550~DK99+545、DK99+870~DK101+350段主要为石英砂岩, 局部夹粉砂岩:全风化~弱风化, 矿物主要成分为石英、长石。DK98+014~DK98+550、DK99+545~DK99+870、DK101+350~出口主要为变质砂岩夹粉砂岩:褐黄色、灰绿色, 变余结构, 全风化~弱风化。

3 排水系统设计难点及特殊性

隧道的开挖改变了天然地下水的迳流及排泄等自然条件, 隧道成为局部地下水新的排泄基准, 有可能会出现沿断裂带、裂隙发育带发生大规模的涌水或突水问题, 特别是在雨季可能性更大。施工过程中地下水渗流补给半径相互交叉, 隧道平行施工会产生干扰排水 (见图1) , 故分析计算隧道水沟内排水量的问题将是本隧道排水系统设计的难点。

4 涌水量实测

4.1 现场实测方法

(1) 因整个隧道的涌水汇集后经中心排水沟流出, 所以采用矩形堰实测现场涌水量简易、方便, 精度满足需要。

(2) 矩形堰的使用:将矩形堰 (模型见图2) 放在中心排水沟位置, 横向挡在水沟内, 使水流全部由矩形堰内的矩形槽内流出, 待水流稳定后测量矩形槽内的水位高度H, 将此高度H及矩形槽宽B代入公式Q=0.018*B*H1.5 (L/S) 内得到流量。其中, Q—流量 (L/s) ;H—水深 (cm) ;B—堰口宽 (cm) 。

4.2 隧道涌水量计算

(1) 现场安装矩形堰B=65cm, H值为现场根据水位变化测得。将H带入公式Q=0.018*B*H1.5 (L/S) 计算隧道即时流量。现场每天测3-5次隧道即时流量, 计算得出平均流量后换算为每天的涌水量。经实测隧道正常涌水量为22179m3/d。

勘察设计阶段采用《铁路工程水文地质勘测规程》 (TB10049-2004) 中的有关公式估算隧道的涌水量, 选用的地下水动力学和大气降雨入渗法两种方法计算结果如下表。

依据实测涌水量结合大气降雨入渗法和地下水动力学法综合方法分析计算, 确定隧道后期运营排水量为19400 m3/d。

5 洞内排水系统设计

防排水设计坚持以“防、排、截、堵”相结合, 因地制宜、综合治理的原则, 使隧道运营期间隧道内不渗不漏, 基本干燥, 保证隧道的正常营运和行车安全。

5.1 洞身

洞内排水均采用双侧侧沟加中心矩形沟, 断面分别为30×80cm和60×80cm, 在衬砌两侧外沿墙角处纵向埋设φ100mm HDPE双壁单侧打孔波纹管, 安设纵坡与隧道纵坡一致, 并设置横向φ100mm HDPE无孔波纹管引至侧沟。每15m设一道φ100硬质PVC管使中心沟与侧沟连通。

每8m~10m设φ50mm弹簧软式透水管, 两端与纵向排水管相连, 沿隧道衬砌外缘紧贴岩面环向铺设。当岩层渗水量较大时, 环向排水管可2-3根并列一环。大面积淋水地段则采用大幅防水板引排。

5.2 大涌水段特殊设计

隧道开挖至DK99+539时涌水量较大。到DK99+545, 涌水量进一步加大, 水质清澈, 实测最大流量为18 000m3/d。

根据现场情况对此大涌水段进行特殊设计:

(1) 在掌子面施作5*20m超前探孔引水, 梅花形布置, 孔位位于涌水量大的一侧。

(2) 将该段洞身加强支护和排水, 支护形式由Ⅲb变更为Ⅴc, 环向排水管采用2根Φ100mm软式透水管并列凿槽埋设, 2米一环;纵向排水管为Φ150HDPE单侧打孔波纹管;横向排水管为5米一道的Φ150HDPE波纹管, 在超前探孔引水后在小股裂隙水排出点设置引排盲沟。

5.3 中心排水沟设计

(1) 排水沟的泄水能力Qc按下式计算:

式中V——排水沟的平均流速 (m/s) ;

A——过水断面面积 (m/s) 。

(2) 排水沟的平均流速按下式计算:

式中n——排水沟的粗糙系数;

R——水力半径 (m) , R=A/ρ;

ρ——过水断面湿周 (m) ;

I——水力坡度。

(3) 按照排水设计规范取值n=0.012, I=0.0035;设计该隧道现浇混凝土中心排水沟断面为0.6m (宽) *0.8m (高) , 以上各值代入计算公式可得中心排水沟泄水能力Qc=78706.629m3/d。而依据实测涌水量结合大气降雨入渗法和地下水动力学法综合方法分析计算, 确定隧道后期运营排水量为19400 m3/d。经过反算中心排水沟最大水深为0.28米, 距盖板顶富余高度充足。中心排水沟完全可以满足施工和后期运营的排水需要。

6 结论

在基岩裂隙潜水比较发育的隧道防排水设计中, 以实测涌水量为基础, 结合勘察设计阶段对水文地质的预测结果, 进行相应的隧道防排水设计, 是切实可行的。

参考文献

[1]谢和平, 陈忠辉.岩石力学[M].科学出版社, 2004, 5:267-268

铁路隧道防排水施工初探 篇8

防、排相结合是隧道内治水的原则, 关角隧道8号斜井、9号斜井和隧道出口施工中都遇到了不同程度的涌水现象, 施工中从两个方面来处理, 第一步将涌出的水排出洞外, 不至于影响正常施工环境, 对于顺坡洞排水主要是挖临时排水沟自然排水, 反坡采用挖积水、排水泵站机械排水管路排水, 围岩的涌、渗水处的治理非常关键, 如:关角隧道9号斜井Ⅰ线正洞格尔木方向开挖约在DYK304+758处左拱腰出现的涌水, 水量较大喷射混凝土无法凝固在受喷围岩面上, 经过现场勘察涌水原因时, 发现涌水点是地下河流涌出, 而且通过涌水的洗刷已经形成漩涡状, 如果不及时处理, 有可能会导致掌子面坍塌, 通过施工单位与监理单位研究决定立即采用先堵后排的方案, 即将涌水口用土工布填塞, 并加设这了一榀刚拱架支撑, 防止掌子面左侧被洗空, 导致严重后果和损失, 然后把PVC管将土工布过滤后的涌水集中排至积水坑, 喷射加大速凝剂用量的喷射混凝土, 考虑水量比较大, 面积范围较小, 通过调查水的主要来源是多条地下河流汇聚而成的, 那么不能让其成为涌水通道, 采用周边注浆的方案将其封住, 并在其内浇筑防水混凝土。通过初期支护表面外观和打孔检测及雷达检测来看效果良好。

2 详细排水施工工艺比较

2.1 大管棚、小管棚超前支护施工

隧道出口进洞采用Φ89壁厚:5mm长:30m间距:40cm的大管棚进行注压浆对洞口浅埋的超前加强支护, 角度为1~3度;洞内采用Φ50壁厚:4mm长5m间距40cm的小导管进行压注浆超前支护。角度为6°。大管棚施作的主要内容:施作导向墙预埋导向管, 设置钻机平台, 测定孔位, 钻孔, 钻机退出, 注压浆, 封孔。管棚采用无缝钢管加工成花管, 以便注浆加固岩体, 前端加工成锥形, 以便送入或打入, 并防止浆液前冲, 梅花布设溢浆孔孔径8mm, 间距为15cm, 其中大管棚尾部5m, 小导管尾部1m范围不钻孔, 防止漏浆, 末端最好焊接直径为6mm的环形箍筋, 防止打入是管身开裂, 影响注浆管每小段的连接。每节间丝扣连接, 钻孔采用电煤钻钻孔, 在钻进过程中采用光耙测斜仪量测钻孔的偏斜度, 小导管人工直接送入[1]。

超前管棚安设后, 用速凝砂浆封口, 并用喷射混凝土封闭工作面, 采用KBY-50/70型注浆泵注浆, 注浆参数为:

水泥浆水灰比:1;1

注浆压力:0.5~1.0mpa

注浆前进行注浆试验, 并根据试验的情况调整注浆参数。

注浆顺序两侧对称向中间, 自下而上逐孔注浆, 强度达到设计后方能开挖。

2.2 施工系统锚杆工程

系统锚杆采用的中空注浆锚杆, 锚杆长4m (径向) 或5m (内侧水平) , 环向间距为1m, 采用风钻钻孔, 钻孔直径为Φ40mm。成孔后用高压风清孔, 人工送入, 用速凝砂浆封口, 注浆压力保证在0.5~1.0mpa, 扩散半径最大, 对围岩加固的效果最佳, 对裂隙较发育的不良地质V级围岩有很好的改善效果, 抗拔力符合设计要求, 锚杆的末端与拱架焊接。

2.3 刚拱架支撑施工

在加工场地放出大样, 采用弯曲机分节加工制作, 主要在安设控制 (中线、高程、垂直度) 质量, 施工中主要采用支距、悬距法来控制。

2.4 钢筋网施工

主要注意控制加工尺寸和把每块网片连成整体。

2.5 临时支护的施工 (临时侧壁支护、临时仰拱)

临时侧壁支护采用I16型钢拱架纵向间距与主动一致, 网片尺寸15*15, 采用Φ22mm砂浆锚杆, Φ50小导管超前支护的一个临时支护体系。临时仰拱由于地质情况差经过数据分析边墙收敛值超限, 根据实际情况分析、研究和试验为了确保安全在上断面导坑开挖支护时在主临支每榀拱架间安设I22mm的水平支撑支护, 很好的解决了开挖安全及后续接腿、上部接拱在应力重新分配过程出现的变形量过大应力释放失控而造成掉拱、掉块、开裂和坍塌情况。

2.6 二次衬砌混凝土施工

二次衬砌是隧道工程永久性承力结构的一部分, 对提高隧道使用寿命和外观质量具有重要的作用, 衬砌分为两个部分一个是拱部的二次衬砌, 一个是下部隧底的仰拱衬砌。混凝土二次衬砌施工时间根据现场监控量测结果来确定, 在初期支护基本稳定, 整体收敛值在规范内, 围岩及初期支护变形率趋于减缓或稳定时再进行隧道二次衬砌, 并将衬砌工作面与开挖工作面拉开50~100m的距离, 以减少两工作间的互相干扰, 也是避免爆破震动效应对二次衬砌的影响, 二次衬砌混凝土灌注采用洞外集中拌和、混凝土输送罐车运输、轨道自动行走液压起臂整体模板衬砌台车、混凝土输送泵车灌注的方法进行。

首先通过轨道将模板台车行走至衬砌部位, 测量定位, 调好标高, 按隧道衬砌内轮廓线尺寸调整好模板台车。安设固定好预埋孔、洞、室位置, 堵头模板, 排气孔等。

开始浇注, 泵送混凝土灌注应对称、分层、连续施工, 每层厚度控制在50cm以下, 保证不浮模和偏位及跑模。插入式振捣棒配合附着式振捣器振捣密实。不得出现水平和倾斜接缝, 如果应故中断浇注, 则在继续浇注混凝土前, 必须凿除已硬化的前层混凝土表层的虚面、浮浆, 并将表面凿毛, 高压水枪冲洗干净, 拱顶混凝土通常不密实、灌注不满、不易振捣、易收缩等现象, 根据经验教训, 这就需要对拱顶灌注工艺作特殊要求, 采用加强封堵板泵送压注挤压施工, 另外还要预留注浆孔在后期对月牙型收缩缝进行注浆处理[3], 保证混凝土的整体性和密实性, 浇注完成后达到规定强度方能拆模, 养护时间不得少于14天。

3 排水半管的施作质量控制

Ω100排水半管是无压排水理论的重要组成, 首先在以通过中间验收的初支表面径向打入1m~1.5m的泄水孔, 主要目的在于把围岩内部的毛细水系引出, 不至于让围岩、初支组成的支护体系长期受到地下水压力的影响, 再则为了有效的将水排出, 然后将半管安设在泄水孔上使围岩内部的水能顺畅的流出至边墙纵向排水管流出洞外, 以至于漫流导致受潮渗水, 使防水层处于良好的环境。

4 边墙纵向及横向排水管

Φ110PVC边墙纵向排水管主要是将Ω100排水半管引出的围岩内部的水排出洞外, 如果水量过大Φ110边墙纵向排水管不能满足流量的要求在边墙检查井内积至一定的高度横向排水管的位置时就通过横向Φ100PVC波纹管排至排水边沟或中央排水主管道内排出洞外。

5 中央排水管

中央排水管是洞内排水系统的主管道, 由于在主行车道范围内采用内直径为400mm、510mm的预制钢筋砼承插式接头管, 设置混凝土基座保证稳定和防止隧底的施工缝反水作用, 管身上部设置级配碎石反滤层, 为了防止横向管和路面排水基层的水系杂物堵塞管身的泄水孔和免受路面车载作用集中, 破坏管身的作用。

6 结束语

以上是作者对隧道防排水放置措施中一些方法和工艺的介绍, 随着我们隧道道路的飞速发展, 科技的迅猛进步, 新建筑材料的不断更新, 对以往的问题已不在是困难了, 棚超前支护施工、排水半管的施作的应用会有效解决大部分地区的排水问题, 随着我们建筑业的不断发展今后会有更新, 更有效的技术。

参考文献

[1]杨龙堂.道南隧道防排水施工技术[M].科技情报开发与经济, 2004, 05 (28) :37.

[2]冯丽盛丽娟.尼尔基水利枢纽工程隧道的防排水技术分析[M].森林工程, 2005, 21 (2) :40.