国内外隧道工程防排水设计施工现状与改进展望

国内外隧道工程防排水设计施工现状与改进展望

王才高

（中铁五局集团公司，长沙，410117）

摘 要：简要介绍国内隧道工程设计和施工所用的防排水措施和存在的不足，以及德国、日本等国所采取的防水理念，提出相关改进建议和期望。

关键词： 隧道工程 防排水 现状 改进前景

Present situation and improvement prospect of waterproof and drainage design and construction of tunnel project at home and abroad

Wang cai gao

（China Railway five Bureau Group Company，Changsha，410117）

Abstract：This paper briefly introduces the waterproof and drainage measures and the existing problems in the design and construction of the tunnel project in China， and expounds the waterproof idea of Germany, Japan and other countries。 At the same time puts forward some relevant suggestions and expectations。

key word：Tunnel engineering，Waterproof and drainage，Present situation，Improvement prospect

1、前言

目前，我国拥有铁路、公路隧道数量和总长度世界排名第一。随着经济建设的发展，还将建设更多更长的隧道工程，我国隧道建设水平已达到世界先进，部分甚至是世界领先水平。但是隧道防排水体系仍然还存在一些薄弱环节，绝大多数工程竣工验收前后至运营初期都能保证不渗、不漏、不裂，但时间一长也会出现各种变化，渗漏水危害慢慢显露出来，近二十年来建成的一些隧道工程都相继出现了或多或少的渗漏水情况，后期治理代价高昂。采取完善的防排水设计和施工措施，防止渗水漏水对消防、照明、通讯、通风、轨道设施和混凝土主体结构产生腐蚀、钢筋锈蚀等不利的影响，防止对隧道的运行产生严重危害，提高行车安全，延长使用寿命，任重而道远。

2、国内隧道工程防排水施工现状

2.1、隧道防排水的原则：“防、排、堵、截，因地制宜、综合治理”。

为了确保隧道不渗、不漏、不裂，对处于中等富水带的隧道采取的设计原则是“以堵为主、限量排放”，而对处于弱富水及贫水地段的隧道采取的设计原则是“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”。一般从如下七道防线预防和根治隧道衬砌的渗漏水。第一道防线，洞身开挖前注浆堵水；第二道防线，初期支护湿喷掺硅粉防水砼防水；第三道防线，衬砌前对洞身地下水渗漏较严重部位补充注浆堵水；第四道防线，软式透水管排水；第五道防线，初期支护与二次衬砌间敷设防水板加土工布防水；第六道防线，二次衬砌防水混凝土；第七道防线，施工缝、变形缝防水。

2.2、防水设计情况

2.2.1、铁路隧道从四个方面考虑：一是围岩加固，在富水区段，采用帷幕注浆，一般地段采用超前预注浆、支护前围岩注浆、衬砌后回填压浆等；二是铺设高分子防水层，在初支与模筑混凝土之间采用无钉铺设防水板（EVA复合防水卷材）防水，配合环向、纵向、横向中埋式止水带、排水盲管（盲沟）排水。对施工缝、变形缝采用遇水膨胀止水带、中埋式橡胶止水带、钢边止水带、外贴式止水带、沥青木丝板塞缝、聚硫密封胶以及刷涂混凝土界面剂等；三是采用耐久性防水混凝土自防水（抗渗等级不低于P8），包括掺入粉煤灰及具有补偿收缩功能的抗裂高效防水剂等外加剂；四是设置洞身两侧及中央排水管、排水沟排水，个别富水隧道还在洞身轮廓外设置泄水廊道、排水导坑等加强引排水源。

2.2.2、公路隧道：①、在初期支护与二次衬砌之间敷设一层PVC复合土工布防水板，作为第一道防水措施，防水板敷设范围为自拱部至边墙下部引水管。②、拱部及边墙二次衬砌采用不低于S6等级的防水混凝土，作为第二道防水措施；混凝土在硬化过程中产生细缝可通过掺外加剂（FS-P防裂型防水粉剂）提高抗渗性能。③、衬砌施工缝、沉降缝等防水薄弱环节，选用遇水膨胀止水带、中埋式橡胶止水带等进行防水。

2.3、存在的不足

2.3.1、防排水规范、标准多，指导性不强。我国地域广阔，隧道所处工程地质、水文地质环境千差万别，边界条件各异（围岩是土质或是岩体，是高寒地区或是山区或平原地区、富水或是贫水，洞外或是洞内？），防水等级的划分和设计措施针对性不强，难以全面考虑权衡，难以因地制宜。

2.3. 2、设计观念有保守、内容要求不细。部分设计人员怕担责任而不敢创新，加上工期紧工作量偏大，地质详勘有时满足不了设计需要，也无法有充足时间进行设计配合，因此理论和实际存在脱节和疏漏。防水设计在内容上应细化，要求应明确、具体（选用合格或是优质材料，一

般或是特殊材料、D/L值、防水混凝土或是普通混凝土、施工缝是采用一道防线还是多道防线等？），还应注意防水设计与施工技术、工序和施工质量相匹配，确保设计与实施效果相符合。

2.3.3、投资控制与工程质量的要求不够协调。一方面过于控制投资成本，工程单价不高，而防水材料品种繁多，冒牌和劣质产品时有出现，某些防排水材料等级偏低，材质易老化、耐久性差，满足不了防水设计要求。同时在合格产品中，同一厂家生产的同一品牌的防水材料，因等级不同，性能差距也较大；另一方面隧道洞身轮廓开挖设计喷浆层厚偏小，而超挖及回弹量远远大于设计值，施工单位为降低成本往往不一定能将坑凹喷平，以及不理性的赶工期等造成作业不够精细，留下了一些渗漏水隐患。

2.3.4、施工水准难以保证。隧道防水施工质量的优劣是防水效果好坏的关键，防水材料挂设、焊接质量和基面状态是影响施工质量的重要因素。隧道开挖多为钻爆施工，基面凹凸不平是不可避免的，但基面凹凸差距较大时，防水卷材铺上，浇注混凝土时会出现防水卷材与基面不密贴，形成空隙或者防水卷材被顶破或撕裂现象。近几年工程项目多，专业班组少，工艺水平和个体素质的局限以及长期养成的粗放式施工管理习惯，造成作业效果达不到设计要求，后期的维修保养又较为困难，图纸转换成产品打了折扣，防排水效果也只得打折扣。

3、国外一些国家隧道防排水设计理念

3.1、德国及欧洲一些国家

3.1.1、德国铁路规定了不同的防水系统应用范围，尤其是根据隧道顶部水体厚度、水压大小选取不同的防水衬砌形式:水柱在30m以内采用防水混凝土衬砌；水柱在30～60m用单层防水卷材+防水混凝土复合衬砌；水柱在60m以上用双层防水卷材+防水混凝土衬砌。对于有强腐蚀性的围岩水，防水系统提高一级。

3.1.2、承受水压的防水系统的施工，在施工时提前制定防水系统承受水压后的配套的整治计划。整治方法按病害情况和漏水情况分别进行，常用在病害分格体内注丙烯酸类的胶体，混凝土缺陷处或严重漏水处则灌注水泥为基料的混合物以封闭。

3.1.3、考虑防水卷材防水系统的大部分病害是内衬的钢筋和钢筋网造成的，尽量采用无钢筋或钢纤维混凝土内衬，可大大降低防水缺陷。

3.1.4、所有承受水压的防水系统在水位回升后，需要整治的病害都明显增加。刚开始承受水压出现的病害只是一部分，随着水压的增加，防水卷材会出现其他病害，即因内衬顶部厚度不足而需充填混凝土引起的防水卷材穿孔和过度延伸，现已有避免和控制施工缺陷的工艺流程和质量保证措旋可供采用，今后的工程可避免这种缺陷。

3.1.5、在接缝处采用锁闭型系统，避免水压对防水卷材的纵向作用和整治时浆液的不可控制的扩散。

3.2、日本国

和我国大多数隧道施工相似，采用防水卷材作防水层，但其选用的是特殊性能的3.2 mm厚聚酯胎改性沥青防水卷材或反应自粘型丁基橡胶防水卷材，施工缝采用丁基橡胶钢板止水带防水。

反应自粘型丁基橡胶防水卷材是一种用纯丁基橡胶添加特殊成分制成的非硫化型卷材，常用厚度2mm、宽1.07mm，每卷长10m。卷材拉伸强度达8.O MPa，断裂延伸率为470％。其与混凝土有良好的粘结性，工程应用中防止了卷材与混凝士间发生窜水现象，能抵抗混凝土的裂缝。外露状态下的卷材，会在自然条件下渐渐发生硫化，强度会逐渐增加，而延伸率下降，预计20年延伸率下降到初期值的65％，而剪切粘接强度随使用年限增加基本保持不变。非硫化卷材

具有弹塑性延伸，因此在拉伸状态下，卷材以塑性延伸方式释放卷材的内应力，克服了橡胶卷材应力状态下加速老化问题。由于卷材与混凝土之间粘结是反应粘结形式，所以卷材表面不受灰尘、水、潮湿影响，保证了卷材与混凝土的有效粘结。

4、对我国隧道防排水设计施工的改进建议和展望

4.1、进一步制定严格的防水质量保证措施，推进以质量为核心的精细化管理。加强隐蔽工程检查，严控影响防排水效果的工序施作质量。

4.2、蒙（西）华（中）铁路隧道防排水施工的改进尝试。

根据实际地质和施作效果的需要，取消二衬边墙下部纵向施工缝止水带和止水条，强化双层水泥基涂料的施作质量。根据地下水发育情况在隧道衬砌防水板背后按纵向4～5m间距设置环向排水板（50cm 宽）。在仰拱及底板两道止水带之间预埋可维护注浆管，注浆充填可能存在的缝隙，提高仰拱密实性，防止线路运营后发生翻浆冒泥危害。

4.3、建议顺应时代发展潮流和新时期需要，采取安全可靠的设计和施工措施，实现防水可行，排水通畅，施工便捷，经济合理。尤其是选用等级高、耐久性好和可靠性良好的优质防水材料。

4.4、施工时应根据开挖后的围岩情况、施工方法、基面状态选择合适型号、等级的材料，以确保材料的可靠性，保证防水效果。除材料品种、等级外，对防水卷材的厚度和无纺布厚度也应特别选择、明确。防水卷材厚度大，抗顶破、撕裂性能好，但韧性、与基面贴密性差，施工不方便，成本也较高；太薄的防水板又易于被顶破或被撕裂，失去防水作用。具体选用时应根据基面状态而定：基面平整，可选厚板；平整度差，应选取薄板。无防布的厚度一般宜大于

3mm(300g/m2)，可满足滤水，导水及起保护层作用。

4.5、研究延缓材料老化性能，使防水材料与衬砌混凝土的寿命接近同步。一些隧道使用的防水材料多为高分子聚合物，如PE板，PVC板，CW系列等，它们在阳光辐射，化学腐蚀及水等因素作用下都存在老化问题。随着老化程度加深，材料的强度，延伸性等物理力学性能都将逐渐衰退，直至失效。因此研究新型材料迫在眉睫。

4.6、引入新技术、新理念，进行信息化施工

坚持动态设计、动态施工、动态管理，尊重一手施工信息。进洞开挖后需对隧道地质、水文等条件进行调查，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。重视施工防排水设施与结构物防排水工程相结合，重视岩溶隧道综合超前地质预报，软弱地层采用潮喷混凝土代替湿喷混凝土等，从而改善施工中的劳动条件，保证施工安全和质量，节省投资，防止运营中发生混凝土浸蚀、衬砌渗漏水、道路翻浆、电器锈蚀以及交通事故等后患。

4.7、实事求是，合理确定工期和造价。摒弃那些为搞政绩或献礼工程而随意压缩工期、为多建线路而恣意降低造价的言行理念。科学发展，与时俱进是最佳出路。

参考文献：

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[2]王梦恕，《中国是世界上隧道最多、发展最快、地质条件和结构形式最复杂的国家》，

2006，中国高速铁路隧道国际技术交流会论文集。

[3]胡骏，日本横滨环线某地下隧道段防水设计，中国建筑防水，2006.8。 [4]B.Schockembllle EHeimbecher，stand der Erfahrung mitdruekwasser haltenden tunnelabdichtungen in Deutschland，Baumgenieur,1999.2。