七道梁隧道结构防排水设计与施工浅谈
[12-11 16:59:19] 来源：http://www.tmgc8.com 隧道工程 阅读：3776次
摘 要：隧道防排水的成败是隧道综合评定的一项重要指标，也是影响隧道使用寿命及运营安全的重要因素之一。兰临高速公路七道梁隧道位于中高海拔寒冷地区，气候条件恶劣；而且穿越较多不良水文地质与工程地质条件地段。隧道所在区内普遍有地下水，地表径流、潜水、承压水，尤其是5条断层破碎带更是地下水富集带，且隧道路面位于地下水位以下。因此，该隧道的防排水十分重要。针对七道梁隧道的特点，本文阐述了隧道结构防排水设计原则和施工工艺，重点对柔性防水层及疏排管道和施工工艺与质量控制进行了深入探讨。
关键词：七道梁隧道 结构防排水 设计与施工
1. 工程概况
兰临高速公路七道梁隧道为双线特长公路隧道，是国道212线兰州至临洮高速公路的控制性工程，是我国西部地区埋深最大（最大埋深大于500m）、洞身最长（单洞长4000m以上）和断面最大（隧道净宽10.8m、净高7.1m，断面为单圆曲拱形）的公路隧道之一。隧道起点位于兰州市七里河区袁家湾松树沟，穿越七道梁，终点位于临洮县中铺乡张家沟，双洞全长8073.19m，其中，上行线4003.19m，下行线4070m。隧道设计为双洞单向行车，两洞结构中线间距为45m。
该隧址出露的地层主要有震旦系下统兴隆山群、白垩系下统河口群、第四系中更新统、上更新统及全新统。隧道围岩有紫红色砾岩、硅化结晶灰岩夹千枚岩、紫红色及灰白色砂岩夹泥岩、含砾砂岩、砾岩夹砂岩等。洞身围岩岩性种类多且变换频繁。隧道所在位置位于陇西系马卸山,兴隆山旋回褶皱带，大体以北西,南东向展布。七道梁地区构造褶皱不甚发育，基本上为单斜构造，倾向140o~220o之间。隧址区断裂发育，为高角度的逆断层与正断层，多为燕山运动的产物。隧道穿越5条断层，其中，F4为一条区域性大断裂，F3为正断层，F1、F2、F5为逆断层，断层破碎带物质成分为断层泥、角砾岩、片理化破碎石块、片岩等。隧址区属中低山区，分水岭以北地势陡峻，基岩裸露，风化裂隙比较发育，有利于降水入渗而形成基岩裂隙水。分水岭以南地势较缓，上覆风积黄土3~15m，黄土一般透水不含水，在底部有泥岩存在的地段，在泥岩的风化带与黄土层中形成少量裂隙水。基岩裂隙水主要接受大气降水补给，径流途径短，水交替速度缓慢，常以裂隙泉或坡积物潜水的形式沿山坡排泄。因此，区内地下水类型为基岩裂隙水，地下水分布不均，隧道围岩富水性变化大。区内一般最大单泉流量接近1L/S（位于隧道设计标高以上），推断地下水径流模数可达2~4L/s·km2。在F3断层至F4断层之间为366m的II类围岩，埋深只有90m左右，地表为常年流水的水地河。
该地区为温带半干旱气候，干燥少雨，温差大，冬季较长，年平均气温在5.5~10.1℃之间，年平均降水量为324.9~598mm，而蒸发量高达1500mm左右，雨季多集中在夏末秋初。该地区在公路自然区划中属干湿过渡区。
2. 防排水系统设计
建设单位针对七道梁隧道的具体特点，邀请国内防排水专家召开技术咨询研讨会，确定了七道梁隧道防排水应贯彻了"以排为主，防、排、堵相结合"的综合治理原则。一般地段以排为主、防排结合；在断层破碎带（F2、F3~F4段）以堵为主，防、排、堵相结合；特殊地段（如断层破碎带及其它富水区段）采用防水混凝土二次衬砌。
2.1 柔性防水层
明洞在衬砌背后设泥胶防水层及EVA复合防水板。暗洞在二次衬砌与初期支护之间铺设EVA复合式防水板，二次衬砌施工缝在一般地段设外贴式BW-96型遇水膨胀止水条（2×3cm），在富水地段设E型橡胶止水带。
2.2 疏排管道
在明洞墙脚外侧设置砂砾盲沟，盲沟底部设置纵向排水管。在暗洞衬砌拱背，防水层与喷射混凝土之间设环向盲沟，一般地段采用Φ50软式透水管，每20m设一道，在渗水地段采用Ω型环向排水管，每5~10m设一道。隧道边墙底部设纵向排水管，采用Φ160双壁波纹管（带孔），纵向排水管采用砂砾盲沟包裹。隧道底部设横向排水管，采用Φ100双壁波纹管（不带孔），隧道纵向每10m设一道。环向排水管及纵向、横向排水管采用PVC三通连接牢固（接头处采用无纺布包裹牢固），将水导入隧道仰拱下中心水沟（考虑到该隧道地处寒冷地区，为防止中心水沟受冻，将中心水沟设置于仰拱下深埋，利于隧道排水）。洞内侧沟设于洞内电缆槽外侧（行车路面两边），主要排放消防及清洗水，消防及清洗水流经铸铁蓖进入侧沟。
2.3 刚性防水
隧道一般地段采用C25混凝土进行衬砌，隧道富水地段采用C25防水混凝土进行衬砌，防水混凝土中加AEA抗裂防水膨胀剂，掺量占水泥用量的10%左右，以提高衬砌结构的自身防水能力。
3. 防排水施工工艺
3.1 柔性防排水施工工艺
1）防水层施工工艺
防水材料的选择应考虑以下几个因素。
（1）有较好的物理力学性能，即抗拉强度、断裂伸长率等。
（2）具有较高的耐久性。
（3）具有较高的抗渗性能。
（4）具有良好的可焊性。
经过理论分析、试验研究和现场对比试验，决定采用具有低温性能好、质地柔软、适于机械焊接并能保证焊缝密实的EVA复合防水板，厚度1.0mm。它是目前国内外隧道建筑工程中使用率最高的防水材料。EVA防水板材具有强度高、弹性好、防渗透性好、耐热、耐酸、耐腐蚀、耐磨、使用寿命长、焊接质优等特点，是比较理想的防水材料。
初期支护（喷射混凝土）表面不是十分平整，施工过程中产生的外来压力会对防水板造成损坏，从而影响防水效果。为解决这一问题，需在防水板与初期支护之间加设一缓冲层（无纺布）。无纺布重量为350g/m2，无纺布直接由厂家粘贴在防水板上，以此简化施工环节。无纺布起缓冲作用，并且具有良好的滤水性及弹性、抗老化性。同时在无纺布上可设置一定间距的吊带，为无钉铺设创造条件。
2）铺设防水层前的准备工作
每批材料进场后，首先检查其出厂合格证及材料质保书，然后通知监理工程师现场旁站取样送到有资质的检测单位进行检测。检测合格后填报材料报检单，经监理工程师同意后方可使用。
在洞外应认真检查防水板的质量，彻底清除其表面的污染物。检查防水板有无断裂、变形、穿孔等缺陷，保证材料符合设计质量要求。在防水层施工前，除做好监控量测外（隧道变形达到衬砌要求后施作防水层），还要作好断面检查。切除外露钢筋头并用砂浆抹平，凿除侵限部分，并对初期支护表面局部的凹凸部分进行处理，矢高与弦长之比不得大于1/6。对断面变化及转弯处的阴角应用1:2的水泥砂浆抹成R>15cm的圆弧，阳角抹成R>5cm的圆弧，以防止顶破防水板。同时对初期支护中的漏水部位进行堵、排（若水量大时采用双液注浆进行堵水，水量不大时采用!环向排水管引排）。
3）复合式防水板的铺设、焊接
因隧道衬砌采用全液压模板台车泵送混凝土一次浇筑成型，先施作矮边墙基础，矮边墙基础防水板沿隧道纵向铺设，拱部采用环向长幅铺设。根据施工需要，矮边墙部位分段长度一般为30~60m左右，拱墙部位分段长度根据衬砌台车长度确定，一般为20m。根据防水板幅面的大小及纵环向松弛系数，将无纺布上的吊带对应初期支护位置做上标记，然后在做好标记的位置用电钻打眼，深度10cm左右；将预先系有细铁丝的小木桩打入，并将高于初期支护表面的部分切除；同一高度的一排桩全部钉完后，再把防水板向上翻起，并贴近初期支护表面，将吊带与铁丝系牢固，向下以同样的方法进行环向下一段铺挂。复合防水板吊带间距一般为：拱部0.5~0.8m，边墙1.0m，梅花型布设。注意在凹凸不平处增加小木桩。防水板应由拱顶隧道中线开始，由人工在台架上依次向两边环向进行铺设，最后与边墙预留的防水板焊接。
防水板采用自动爬行热合机双焊缝焊接，一次吊挂施工，不需要PE垫圈。焊接之前把防水板铺设平整、舒展，避免叠皱，并将焊接部位的灰尘、油污、水滴擦拭干净，焊缝接头处不得有气泡、折皱及空隙。每焊接200~300cm的焊缝（连续作业），应停电清理粘合物（保证电热楔始终处于干净状态）。接头处应牢固，强度不得小于同一种材料。防水板的搭接宽度一般为10cm，双焊缝的每条缝宽2cm，两条焊缝间留不小于1.5cm宽的空腔作充气检查用（图1）。焊接温度控制在200~300℃，焊接速度控制在1.0~2m/min。焊缝必须平直、整齐、轮廓清晰、符合设计尺寸。焊缝处不允许漏焊、假焊，凡烤焦、焊穿处必须用同种材料片焊贴覆盖。防水板的搭接要求成鱼鳞状，如屋顶盖瓦，以利排水。施工时考虑到二次衬砌时的挤压作用，铺设防水板时要适当放松（一般留15%20%的余量）。在防水板外绑扎或焊接钢筋时要作好防护，以防损伤防水板。边墙脚防水板必须将砂砾盲沟包裹，并在靠墙侧反卷上至少30cm，防止边墙混凝土施工时水泥浆液渗入堵塞纵向排水管。
图1 防水板铺设图
4）防水层的质量检查
除对防水层的母材进行检查外，在铺设后重点检查防水板的焊缝质量，经热熔压焊在一起的防水板呈透明状且无气泡，则表明其焊接质量良好。必要时应作充气试验，方法是：用5号注射针与压力表相接，用自行车打气筒充气，向两条焊缝中间的空腔内压气，一般试验长度为2m，将其两端封闭，充气时检查孔会鼓起，当压力表达0.2MPa时停止充气，从停止充气开始时间过5min若压力不低于0.16MPa，说明焊接符合要求，否则证明未焊好，在未焊好之处用肥皂水涂在焊接缝上，产生气泡的地方重新进行焊接，可用热风轮和电铬铁补焊达到不漏气为止（图2）。若防水板需要修补时，补丁不得过小，补丁外缘离破损孔边沿不得小于7cm，补丁要裁成圆角，不要有正方形或长方形或三角形等的尖角。防水层属隐蔽工程，模板台车就位之前必须检查签证，并做好接头记录和质量检查记录。
5）止水条、止水带施工
为了增加整体防水效果，在一般地段施工缝处采用外贴式BW遇水膨胀止水条防水（图2）。在明洞施工缝、暗洞头5环施工缝、断层破碎带、集中渗水段施工缝以及沉降缝处采用E型止水带防水（图3）。
说明：止水条固定方法：沿施工缝中线每隔20cm采用水泥钉将止水条固定，防止水泥浆挤入止水条与已浇筑混凝土之间
图2 止水条施工示意图
图3 止水带施工示意图
3.2 疏通管路施工工艺
1）纵、环向排水管
在衬砌拱背、防水层与喷射混凝土之间设纵环向盲管（图4）。纵向盲管设于边墙脚，隧道两侧全隧道贯通。环向盲沟在隧道拱背环向布设，并向下延伸到边墙脚与纵向盲沟用三通相连。施工环向盲管时，在射钉上套铁丝打入初期支护面内，用铁丝栓牢盲管后，打入射钉固定另一端，间距1.0m。纵向盲管用砂砾袋包裹形成20cm×30cm的砂砾盲沟，防水板反卷将砂砾袋包裹在里面，以此防止混凝土水泥浆液渗入砂砾将盲管堵塞。
图4 隧道排水疏通管路布设示意图
2）横向排水管
隧道底部设横向排水管，沿隧道纵向每10m一道，在地下水集中涌出地段适当加密，横向排水管将隧道两侧的纵向排水管及隧道中心排水沟相连，横向排水管安放好后采用石块或混凝土块支垫、压撑，对明显的超挖部分应事先采用片石混凝土进行补填，确保在浇筑混凝土过程中管子不移位；衬砌背后的地下水通过环向排水盲管、无纺布汇集到纵向盲管，再通过塑料三通导入横向排水管，将水流入中心水沟排出洞外。
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