黄土公路隧道防渗漏水技术研究

第１７卷第４期　山东交通学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＨＡＮＤＯＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖｏ１．１７　ＮＯ．４　Ｄｅｃ．２ｏｏ９　２００９年ｌ２月　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—００３２．２００９．０４．０１０　黄土公路隧道防渗漏水技术研究　刘丽萍　（西安工业大学建筑工程系，陕西西安７１００３２）　摘要：针对目前黄土公路隧道渗漏水防治存在的问题，在分析原因及工程实践的基础上，提出在排水半圆管设　置处的围岩中打孔、提高喷射混凝土表面平整度、采用材质较好的防水层以及加厚保护垫层等措施达到防治隧　道渗漏的目的。工程实例表明，这些措施能有效阻止渗漏水的发生。　关键词：黄土公路隧道；渗漏水；排水半管；防水层　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－－００３２（２００９）０４－－．００３９－－０３　中图分类号：Ｕ４５９．２　渗漏水防治是黄土隧道总体质量控制的重要环节。隧道内渗漏一方面会引起路面湿滑、软化黄土围　岩，引起围岩变形，威胁行车安全；另一方面会增加洞内湿度，促使混凝土衬砌风化、剥蚀，造成衬砌结构破　坏，降低风机和灯具的工作效率。冬季渗漏水还会引发各种冻害，进一步恶化隧道的运营环境。传统治理　隧道渗漏病害的方法采用“以排为主，排堵结合”的原则　Ｊ，一般在混凝土衬砌内凿槽嵌补，将衬砌后的水　引入侧沟后排出。然而，由于黄土隧道的特殊性，大量排水会破坏地下水的原有平衡，造成地下水资源流　失；另外，黄土隧道的渗漏水会携带大量细粒土和可溶性盐，导致黄土内填充物流失，一是造成黄土围岩内　土体结构逐渐疏松，自稳能力变差　，使围岩对衬砌的压力增加，威胁衬砌的安全；二是细粒土和可溶性盐　随水流易在管道的低凹处淤积和结晶，造成排水管路堵塞，使衬砌后水压增大，导致隧道渗漏水病害加剧。　因此，对于黄土隧道渗漏水的治理，应按照新建隧道以“防”为主，既有隧道以“堵”为主的原则。可归纳为　“三道防线”，即首先采用排水半管，将围岩中的水引入纵向排水管排除；其次，采用防水层，将围岩的水堵在　隧道二次衬砌之外。再次，对围岩中产生的裂缝，采用注浆或堵漏材料堵水，这与一般的裂缝注浆处理技术　一样。前２道防线常因技术、管理等原因导致失效，失去“防”的意义。为此，本文就如何加强前２道防线的　作用、如何预防其常见的质量通病、提高隧道防排水能力所采取的措施进行研究。　１排水半管打孔　在隧道防排水系统中采用排水半圆管（以下简称“排水半管”）是我国引进国外的先进技术，排水半　管主要加设在初期支护喷射混凝土表面或内部，相同间距环向一周布设。在施工中发现，由于围岩中水　的发育通常没有规律，而排水半管按固定位置布设，因此很难将围岩中的水全部排出。　与井点降水相似，在土体中打一孔井，井周水会向井中集中，同时，在抽水过程中，井周围地下水位会　不断降落。因此，在设置排水半管位置的基岩中打－－：ｆＬ，就形成一个零势能面，由于水的毛细作用，孔周　围的水会集中到孔中，从而达到排水的目的。按照此办法，在排水半管位置环向设置６～８个等间距孔，　孔深入基岩５０　ｃｍ，以此加强排水半管的排水作用。　通过比较发现，在相同围岩的情况下，打孔后的排水半管中明显有水流出，说明打孔后加强了排水半　管的排水作用。　收稿日期：２００９—０３—３１　基金项目：陕西省教育厅自然科学专项研究项目（０９ＪＫ４８８）　作者简介：刘丽萍（１９７４一），女，山西晋中人，西安工业大学副教授，工学博士，主要研究方向为公路及岩土工程　山东交通学院学报　２００９年１２月第ｌ７卷　２防水层防水　防水层的作用是将围岩渗水拒于二次衬砌之外，以免水通过二次衬砌的薄弱环节渗入隧道，垫层的　主要作用是保护防水层，使防水层免遭尖锐物的刺伤。但设置防水层后，不少隧道仍然出现了不同程度　的渗漏，这表明防水层在服务期间已受到一定的损伤，使防水层的防水效果受到影响，从而使围岩中的地　下水经防水层的损伤处渗漏。　２．１　防水层损伤的原因　按照防水层损伤时间的不同，可分为施工期损伤和运营期损伤。施工期防水层的损伤，主要来自２　个方面，一是防水卷材联结质量欠佳，造成接缝不严；二是二次衬砌混凝土施工时，因绑扎钢筋或振动混　凝土造成防水层损伤。施工期的损伤可以通过加强质量控制避免，而运营期防水层的损伤目前尚未引起　重视。实际上，运营期防水层的损伤是引起渗漏的主要原因。　在服务期间，防水层一侧是喷射混凝土，另一侧是后施工的二次衬砌混凝土。两侧虽然同是混凝土，但　由于施工方法不同，粗糙程度大不相同。喷射混凝土表面十分粗糙，局部还会呈“葡萄状”或“泼粥状”。相　反，二次衬砌混凝土与防水层的接触面则相当光滑，这是因为浇筑时混凝土混合料呈流动态。隧道建成后，　由于隧道围岩的流变性质而使围岩内的应力与位移逐渐调整。二次衬砌为人工结构，其整体性较好并且相　对来说变形很小，初期支护喷射混凝土直接受围岩作用，变形较大。由于喷射混凝土与二次衬砌间的变形　不协调，在局部，喷射混凝土会对二次衬砌施加极大的压力，当然，介于二者之间的防水层也要承受极大的　压力。在围岩应力重分布过程中，喷射混凝土与二次衬砌之间还会出现相对错动。另外，二次衬砌还会因　季节变化，出现纵向伸缩，也会引发二次衬砌与喷射混凝土之问的相对错动，这些错动使防水层承受较大的　剪力。不论是２承载结构之间的压力还是剪力，当应力达到一定程度时，因喷射混凝土表面粗糙不平，导致　防水层损伤。文献［４］采用２种防水层进行复合式衬砌防水层力学性态的模拟试验，一种防水层是０．８　ｍｌｎ　厚ＥＶＡ防水板和４００　ｇ／ｍ　土工布，另一种是１．０　ｍｍ厚ＰＶＣ与土工布的复合防水卷材。试验结果表明，当　压应力达到４　ＭＰａ左右时，或压应力为２　ＭＰａ、剪应力为ｌ　ＭＰａ左右时，ＥＶＡ防水板和ＰＶＣ防水层均出现了　严重损伤。试验还表明，当喷射混凝土试块的表面不甚粗糙时，在试验过程中防水层不易损伤，所以，防水　层喷射混凝土基面过于粗糙是造成防水层在服务期间损伤的主要原因。　２．２防水层损伤的预防措施　１）提高喷射混凝土表面平整度　喷射混凝土表面是防水层的基面，文献［５］规定：防水层铺设前，喷射混凝土表面不得有锚杆头和外　露钢筋断头，对凸凹不平部位应修凿、喷补，使喷射混凝土表面平顺。该项规定只有质的要求，没有量的　要求。结合黄土地区实际条件，在隧道喷射混凝土施工中，可以对喷射混凝土平整度提出量的要求，即“２　ｍ直尺不平整度不能超过５　ｃｍ”。黄延高速公路隧道按此进行平整度控制，在工后运营期，防水层未因　损伤发生渗漏水。　２）采用ＬＰＤＥ（改性）厚１．５　ｍｍ的防水板　ＬＰＤＥ防水板较ＰＶＣ柔软、易于铺设，且抗拉强度高，可以有效防止防水层在运营期的破坏。　３）采用较厚的土工布　隧道工程防水垫层多为土工布　］，其作用是缓冲围岩压力和过滤围岩渗水。垫层厚度可根据围岩压　力进行调整，处理好喷射混凝土表面后，可适当增加土工布的厚度，达到保护防水层的目的。　３　工程实例　南秋台２号隧道位于陕北黄土高原南部，为分离式双洞上下行单向黄土隧道，上行线长１　３２５　ｍ，下　行线长１　１６０　ｍ，采用新奥法设计与施工。隧道所在区域年降水量为４７０～６００　ｍｍ，最大冻深７９　ｃｍ，地震　第４期　刘阴萍：黄土公路隧道防渗捕水技术研究４１　烈度６度，隧道中上部为第四系中更新统（Ｑ　）离石黄土，处在第５层古土壤以下，为棕红色、棕褐色低　液限粉质粘土。古土壤下部有４～６层钙质结核层，厚度为５０～８０　ｃｍ，结核呈不规则形状，钙化程度较　深，水平呈层分布。隧道围岩属Ｉ，Ⅱ类围岩。　初期支护期间，洞内复合式衬砌段表面无水区的５　ｍ内、渗漏水区３　ｍ内，从拱腰至墙脚，每侧打３　个引水孔，孔深５０　ａｍ，然后环向布置４）１００　ｍｍ排水半圆管，外用１　ｃｍ厚砂浆封闭半管表面，并在局部渗　水处，调整半管安放位置或增加排水半管数量。喷射混凝土表面平整度按“２　ｍ直尺不平整度不能超过５　ｃｍ”进行控制，经检查合格后，进行防水板施工，防水板采用自行式热合机双缝焊接工艺，并用专用热融　设备固定于塑料衬垫上。该隧道竣工后运营２　ａ多以来，该隧道无明显渗漏水。　４　结　论　１）在黄土隧道施工过程中，通过在围岩中打孔，可提高排水半管的排水能力。　２）控制初期支护喷射混凝土的表面平整度，能预防运营期间防水层的损伤，达到防水的目的。本文　对喷射混凝土表面平整度控制提出了量的要求，弥补了规范的不足。　３）铺挂防水层时，应保持防水层足够的松弛度，避免防水层被混凝土过度压紧，以致拉裂，造成渗漏　水。此外，铺挂防水层时尽量使防水板接缝与混凝土接缝错开一定距离，以防止混凝土施工缝漏水。　参考文献：　［１］梁巨华．黄土隧道渗漏水病害分析及治理［Ｊ］．西部探矿工程，２００６（８）：１５８－１５９．　［２］刘彤．黄土地区公路隧道渗漏水分析［Ｊ］．路基工程，２００７（３）：１６—１７．　［３］李寿福．黄土隧道渗漏水病害治理方法研究［Ｊ］．甘肃科技，２００８，２４（１５）：１０７－１０８，２３．　［４］吕康成，王大成．隧道复合式衬砌防水层工作性态试验研究［Ｊ］．中国公路学报，２０００，１３（４）：７９—８２　［５］中华人民共和国交通部．ＪＴＪ　ｏ４２—９４公路隧道施工技术规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，１９９５．　［６］黄成光．公路隧道施工［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｔｒｉｃｋｌｉｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　Ｌｏｅｓｓ　Ａｒｅａ　ＬＩＵ　Ｌｉ－ｐｉｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＣｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ　ａｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ３＇，Ｘｉ　ａｎ　７１００３２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｒｉｃｋｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　ｌｏｅｓｓ　ａｒｅａ，ａｎｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｏｍｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｔｒｉｃｋｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｎ　ｗａｌｌ　ｒｏｃｋ　ｏｆ　ｓｅｍｉ—ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｐｉｐｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｅｖｅｎｎｅｓｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｇｕｎｉｔｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｕｒｆａｃｅ，ｈｉｇｈ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ　ｌａｙｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｉｃｋｅｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｂｌａｎｋｅｔ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｓｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｃａｎ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｔｒｉｃｋｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　ｌｏｅｓｓ　ａｒｅａ；ｔｒｉｃｋｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ；ｓｅｍｉ—ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｐｉｐｅ；ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ　ｌａｙｅｒ　（责任编辑：郎伟锋）