隧道防排水发展现状及展望

1、隧道防排水发展现状及展望摘要：介绍了隧道中防排水技术的发展及施工过程中的注意事项，提出新型防排水技术和理念所存在的相关问题，并在此基础上提出了“动态监控限量排放”的排水原则。关键词：隧道 防排水 衬砌 水压力1.隧道防排水技术的发展 在铁路隧道设计中采用的防排水措施有：根据隧道的水文地质条件，设计由环向排水管、纵向排水管和隧道两侧的排水边沟或隧道路面之下的中央排水沟构成的完整排水系统；在复合式衬砌之间设置防水卷材加土工布构成的防水层。其中，环向排水管采用透水性好、可弯曲、耐碾压的弹簧排水管，防水卷材多为工程性能较好的高分子复合材料。这些都极大地改善了铁路隧道的渗漏状况。 地铁隧道大多位于地下水

2、位以下，由于不宜大量抽排地下水，因而要求采用全封闭的防水方式，隧道防渗漏的难度很大。90年代后期以来，软土中的地铁隧道主要用盾构法施工。盾构法施工的地铁隧道衬砌管片工厂化制作精度高，管片机械化安装误差小，管片间有形状规整、质地优良的橡胶止水材料，整个衬砌的密封效果较好，加上衬砌壁后注浆堵水，所以，从我国已建的地铁隧道总体上看，用盾构法施工的地铁隧道防水效果较好。 2.隧道防排水系统注意事项 实践证明，隧道及地下水工程的防排水是一项系统工程，它与工程地质及水文地质勘察、防排水设计、防排水材料选择、施工技术与工艺、管理水平等都密切相关。在勘测、设计、选材、施工和管理等任一方面的不足都可能引起隧道渗

3、漏问题。下面就施工技术方面做以下详细阐述： 山岭隧道的防排水体系为圈层构造，第一层为注过浆的围岩，第二层为由高分子卷材构成的防水层，第三层为衬砌混凝土。由于指导思想和经济上的原因，在富水区段用围岩注浆进行堵水的方法常被放弃。隧道修建之前，山体地下水渗流场处于一个动态平衡的状态。随着隧道开挖和临空面的形成，地下水向隧道区域汇集、渗出，形成隧道渗水。由于隧道围岩中存在大量的裂隙、节理、断层破碎带等，他们与地下水有着复杂而又密切的联系，一般来说，隧道开挖会加快地下水的渗出。如果对地下水以排为主，造成地下水位下降，地下水资源大量流失，影响植被生长和生态平衡，造成局部环境破坏，对当地工农业生产造成长期不

4、良影响；地下水向隧道区域汇集、渗出，将浸泡、侵蚀隧道围岩，使围岩强度和稳定性降低，冲淘衬砌背后围堰形成空洞，影响围岩和衬砌的长期稳定，形成巨大水压力，威胁衬砌安全；此外，渗水携带有大量泥沙，这些泥沙在排水管中淤积，堵塞排水管路，引发隧道渗漏。因此，施工期间的围岩注浆堵水作为隧道防水的第一道防线，应当摆在最重要的位置。 3.新的施工理念和方法的讨论 虽然隧道的防排水施工理念和方法较之前有很大改善，防排水技术和防排水效果有很大提高。但是，同采用盾构法施工的地铁隧道不同，以往绝大多数采用矿山法修建的山岭隧道对地下水采取“以排为主的”的方案，即采用设置在衬砌背后的盲沟及透水垫层将地下水引入隧道水沟后排

5、出。相应地，设计规范在确定衬砌荷载时，不考虑衬砌承受压力。但是，地下水的排放不仅在城市里会引起地表下沉及建筑安全，即使对山岭隧道，地下水流失对生态环境的破坏也已屡见不鲜。在21世纪，山岭隧道“以排为主”的防水设计理念的变更势在必行。 这种变更引起了隧道设计特别是衬砌水压力计算方面的诸多问题。在隧道与地下工程中，把由围岩地下水引起的作用在衬砌结构外缘的荷载称为衬砌水压力。对隧道衬砌水压力进一步的研究和讨论是由下列问题引起的： 3.1随着新奥法的成功推行，浅埋矿山法也成为地铁隧道修建的一种主要方法。与盾构法隧道的圆形衬砌不同，水压力对浅埋矿山法隧道马蹄形衬砌的受力会产生显著的不利影响。那么，衬砌要

6、不要全封堵？水压力应如何计算？ 3.2在采用复合衬砌的情况下，虽然有防水板隔水，但是由于防水板背后一般都设有透水层，地下水通过透水层和盲沟系统排入水沟，仍然可以认为是一种“以排为主”的方案。因此，尽管地下水通过透水层充满衬砌周边，在设计中仍然不考虑水压力的作用。 国外的实验研究资料指出，即使在排水的情况下，衬砌仍然要承受由渗流引起的一定量值的水压力。因为，在这种情况下，地下水的排放方式毕竟同“自由排放”有所区别。国内相关专家针对此意见对广州地铁1号线采用矿山法施工的一段隧道进行了计算，发现在这种压力的作用下，衬砌将会在仰拱部位开裂，同现场世纪观测到的完全一致。 因此，对于复合衬砌，规范不考虑水

7、压力的做法是否正确，到底应如何考虑水压力？值得进一步研究。 从道理上讲，在计算裂隙岩体水压力适应可以考虑一个同节理裂隙分布和连续、贯通、张开、透水特性相关的折减系数。但是在“绝对”封堵的情况下这种折减系数是不能用动水力学中的渗透阻力概念来理解的。 3.3在地铁的修建中，有人提出采用“半包”方案，即隧道底部不设置防水层，通过排水沟排导地下水。这种“半包”衬砌会在隧道底部造成一个开放的水边界，在运营期间常年排水所引起的地下水流失和地表沉降等对环境的负面效应不会亚于施工期间的井点降水。因此对于城市中用浅埋矿山法修建的地铁隧道仍然要像盾构隧道那样，将衬砌做成全封堵型的所谓“全包衬砌”，在衬砌背后不设置

8、地下水排导系统。但是，在情况下，是否也要相对盾构法隧道那样采用“不折不扣”的水压力“作为荷载呢？ 4.对于地下水控制排放的设想 早在1986年隧道施工就提出“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的防排水原则，但是怎样做到因地制宜，综合治理一直是一个尚未解决的问题。作者觉得，隧道防排水首先要做到排水精确，排放适量即控制排放。可以采用排放过程中实时监测隧道衬砌承压状况和围岩应力状况，将排水做到“动态监控适可而止”。出于环境保护方面的考虑应尽量做到“大堵小排”的方案。 对高水头山岭隧道，采用围岩注浆堵水、衬砌背后盲沟和翻绿层排水相结合的“大堵小排”方案是一个较好的设计思路。渝怀铁路圆梁山隧道就采

9、用这种方案。 在这种情况下，衬砌仍然没有排水系统。因此，不存在地下水“憋在围岩里”的问题。这就是大大地缓解了衬砌承受的水压力。而围岩注浆后形成的防水圈虽然不能完全阻止地下水向隧道内排放，但可以将排放的流量控制在允许的范围内。此外，注浆后的岩体的渗透系数降低，加大了地下水流动时的能量消耗，可使作用在衬砌上的水压力进一步降低。 5.结语： 随着国家“环境友好型社会”的发展进程，隧道的防排水工程不仅是一项关乎隧道施工安全和运营安全的重要工程，更是一项关乎隧道周围居民生活环境和生态平衡的工程，尤其在市政隧道建设方面地下水的平衡尤其重要。所以隧道防排水工程的施工理念应当想环境保护和生态方面侧重做到排水适度，保护地下水系和山体水系的平衡。然而，隧道防排水的技术还不够完善，尤其是新型防排水技术理论体系还不够健全，做到隧道防排水科学合理仍然任重道远。 参考文献： 【1】 GBJ 108-87,地下工程防水技术规范 【2】 JTG D70-2004，公路隧道设计规范.北京：人民交通出版社，2004. 【3】 JTJ042-94，公路隧道施工技术规范.北京：人民交通出版社，1994. 【4】 关宝树.