(一)隧道防排水的必要性
隧道开挖改变了地下水径流途径,隧道可能成为地下水新的排泄通道,地下水渗入隧道,将增大隧道的施工难度,影响施工质量;另一方面,隧道渗漏水的长期作用将影响隧道结构的耐久性,降低隧道内各种设施的使用效率和寿命,给隧道的运营条件带来不良影响。因此,在隧道衬砌结构设计中,均设计了完善的防排水系统,以防止和减少地下水对隧道的危害。良好的防水与排水,是保证隧道衬砌结构耐久性和行车舒适性的重要条件。另外,通过隧道防排水来保护地下水环境也非常重要。
(二)隧道防排水的基本原则及要求
隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”的原则。隧道防排水设计应对地下水进行妥善处理,洞内外应形成一个完整畅通的防排水系统。
(1)高速公路、一级公路和二级公路隧道防排水应满足下列要求:
①拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水。
②有冻害地段隧道衬砌背后不积水,排水沟不冻结。
③车行横通道、人行横通道等服务通道拱部不滴水,边墙不淌水。
(2)三级、四级公路隧道应满足下列要求:
①拱部、边墙不滴水,路面不积水,设备箱洞不渗水。
②有冻害地段隧道衬砌背后不积水,排水沟不冻结。隧道防排水工程应注意保护自然环境。当隧道内渗漏水引起地表水减少,影响居民生产、生活用水时,应对围岩采取堵水措施,减少地下水的渗漏。
(三)隧道防排水系统组成
1.复合式衬砌防排水
复合式衬砌是目前我国隧道工程中采用最多的一种结构形式,如图4.4-1所示。
(1)防水。复合式衬砌结构的防水,是在初期支护与二次衬砌之间铺设防水层,相当于给二次模筑混凝土衬砌“穿上一层雨衣”。防水层材料包括无纺布和防水板。无纺布通常采用土工织物,铺设在初期支护与防水板之间,起缓冲、滤水和导水作用。防水板通常采用高分子防水卷材,包括EVA、ECB、PE(含HDPE、LDPE)等。近年来也有采用预铺反粘类(通常称为自粘式)卷材。它具有防止结构与卷材间水窜流等特性。
二次衬砌是隧道防水的最后一道防线。《公路隧道设计细则》(JTG/TD70—2010)对二次衬砌混凝土自身的防水性能作了如下规定,二次衬砌混凝土的抗渗等级在有冻害地段及最冷月份平均气温低于-15℃的地区不低于P8,其余地区不低于P6。
另外,为防止二次混凝土衬砌施工缝渗水,隧道中采用了中埋式止水带、背贴式止水带等施工缝止水材料。
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图4.4-1 复合式衬砌防排水系统构成示意
(2)排水。隧道内通常有围岩中渗出的地下水和隧道使用过程中产生的污水,需要通过完善的排水系统排出洞外。
①围岩体内渗水通过防水板与初期支护之间的土工布(无纺布)及环向排水管,汇入二次衬砌拱脚处沿隧道纵向设置的排水管,再通过与纵向排水管相连的横向导水管,排入路面下方的深埋(中央)水沟排出洞外。
②路基下渗出的地下水通过路面下渗水盲管汇入深埋(中央)水沟或路侧边沟排出洞外。
③隧道内路面污水由路侧边沟排出洞外。
2.明洞防排水
(1)防水。明洞防水与洞内防水一样,是在衬砌背后铺设防水层,在明洞衬砌混凝土浇筑完成、拆除外模后施作。明洞防水层施工顺序:先用水泥砂浆将衬砌外表面抹平顺,涂上热沥青,铺防水板、无纺布,布设排水盲管,分层进行土石回填(并在靠近防水层300mm范围内用黏土隔水层回填)。要求防水层与拱背粘贴紧密,接头搭接长度不小于100mm。
(2)排水。明洞衬砌背后排水是在衬砌背后设纵向、横向排水盲沟;明洞槽边坡、仰坡坡面水是在开挖线以外设截水沟;回填顶面设排水沟排水。
3.连拱隧道中隔墙防排水
连拱隧道中隔墙防排水结构主要与中隔墙的结构有关,主要有以下两种形式。
(1)整体式中隔墙防排水。连拱隧道整体式中隔墙防排水由墙顶排水管、竖向排水管、墙顶防水板及止水带几部分组成,如图4.4-2所示。
图4.4-2 连拱隧道整体式中隔墙防排水示意
墙顶排水管沿中隔墙顶部铺设,以一定间隔布设的竖向排水管需要预埋在中隔墙体内,并与墙顶排水管连通,将中隔墙顶部积水引向边墙脚,并引入深埋水沟或路侧边沟。中隔墙顶面铺设的墙顶防水板与拱墙防水板进行焊接,同时,注意纵向排水管穿透防水板的位置需做密封处理,在中隔墙顶与拱墙连接的施工缝需设中埋式止水带,形成防排水系统。由于整体式中隔墙结构构造特殊,施作空间小,现实中很难实现。所以,一般情况下不采用整体式中隔墙。
(2)复合式中隔墙防排水。连拱隧道复合式中隔墙防排水与复合式衬砌完全相同,不需要对中隔墙防排水做特殊处理,如图4.4-3所示。
图4.4-3 连拱隧道复合式中隔墙防排水示意
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