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【摘 要】公路隧道防排水设计及施工质量直接关系到隧道的正常使用及工程耐久性,实践表明:90%以上的隧道工程病害都与其防排水措施不当有关;本文针对公路隧道的防排水问题,从隧道防排水设计要求出发,介绍了常用的隧道防排水措施、防排水材料以及施工质量检测与控制技术。
【关键词】隧道工程;公路隧道;防排水设计;施工质量控制;排水措施
Discuss drainage design and construction quality control of highway tunnel
Wang Shu-jie
(Jiangsu Province Transportation Research Institute Co., Ltd. Nanjing Jiangsu 211112)
【Abstract】Tunnel Drainage Design and construction quality is directly related to the normal use of the tunnel and engineering durability, practice shows that: 90% of all diseases with anti-tunnel project to poor drainage measures; this article, the anti-tunnel drainage problems, from Drainage tunnel design, the paper introduces the commonly used anti-drainage tunnel measures to prevent drainage material and construction quality inspection and control technology.
【Key words】Tunnel construction; Highway tunnel; Drainage design; Construction quality control; Drainage measures
1. 公路隧道防排水设计原则及要求
公路隧道防排水设计应遵循“防、排、堵、截”相结合,因地制宜,综合治理的原则,确保隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应综合考虑地下水和地表水作用,洞内外形成一个完整畅通的防排水系统。规范规定,对于高速公路、一级公路、二级公路隧道防排水系统应满足以下要求:(1)拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水;(2)有冻害地段的隧道衬砌背后不积水,排水沟不冻结;(3)车行横道、人行横道等服务通道拱部不滴水,边墙不滴水。对于三级、四级公路隧道应做到:(1)拱部、边墙不滴水,路面不积水,设备箱洞不渗水;(2)有冻害地段的隧道衬砌背后不积水,排水沟不冻结。由此可见,隧道防排水设计应该满足“不渗水、不滴水、不积水、不冻结”的要求,在进行隧道防排水工程施工时,还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。
2. 公路隧道常用防排水措施
公路隧道的防排水措施分为防水和排水两部分,常用防水措施包括:(1)隧道地表沟谷、坑洼积水、渗水对隧道有影响时,宜采用疏导、勾补、铺砌和填平等处治措施,废弃的坑穴、钻孔等应填实封闭。(2)当隧道紧邻水库、池沼、溪流、井泉等富地下水区域时,为防止隧道渗水,应采取防止或减少其下渗的处理措施,如:在初期支护与二次衬砌之间设置防水板或无纺土工布,要求如下:Ⅰ无纺布的密度应不小于300mg/m2;Ⅱ防水板宜采用易焊接的防水卷材,厚度不小于1.0mm,接缝搭接长度不小于1.0m。(3)隧道二次衬砌应采用抗渗混凝土浇筑,至于抗渗等级,有冻害的地段及最冷月份平均气温低于-15℃的地区应不低于S8,其余地区不低于S6。(4)隧道二次衬砌的施工缝、沉降缝、伸缩缝应采取可靠的防水措施,如:止水板等。(5)围岩破碎、涌水易坍塌地段,宜向围岩内注浆,以起到防水目的,施工过程中,应防止因压浆而堵塞衬砌背后的排水管道。(6)有侵蚀性地下水时,应针对侵蚀类型,采用抗侵蚀混凝土、压注抗侵蚀浆液,或铺设抗侵蚀防水层。(7)当隧道位于长水位以下,又不宜排泄时,隧道衬砌应采用抗水压衬砌。
隧道内的排水系统包括运营清洗污水和消防水的排放系统、路面结构内部排水系统、隧道衬砌外排水系统和辅助排水系统。具体如下:(1)隧道内应按地下水和运营清洗污水、消防污水分离排放的原则设置纵向排水系统,应能保证排水畅通,避免洞内积水。隧道内排水(污水)应符合下列规定:Ⅰ路面两侧应设置纵向排水沟,引排营运清洗水、消防水和其他废水;Ⅱ隧道纵向排水坡宜与隧道纵坡一致;Ⅲ路侧边沟可设置为开口式明沟或暗沟,当边沟为暗沟时,应设沉沙池、滤水箆,其间距宜为25~30m;Ⅳ检修道或人行道的道面应考虑排水,可酌情设0.5%~1.5%的横坡,亦可在墙脚与检修道交角处设宽50mm、深30mm的纵向凹槽。(2)路面结构内部排水措施包括:Ⅰ路面结构下宜设纵向中心沟(中央排水沟),集中引排地下水;Ⅱ中心水沟的断面面积应根据隧道长度、坡度、地下水渗流量,通过水力计算确定;Ⅲ中心水沟的纵向按间距50m设沉沙池,并根据需要设检查井,检查井的位置、构造不得影响行车安全,并应便于清理和检查;Ⅳ路面结构底部设置横向排水管,以连接中心排水沟与衬砌墙背排水盲管,横向排水沟的直径不宜小于100mm,横向坡度不应小于2%,其纵向间距应根据地下水量确定,一般可按30~50m设置,当不设隧道底部中心水沟时,横向排水沟的纵向间距不宜小于10m;Ⅴ路面底部应设置不小于1.5%的横向排水坡度;Ⅵ寒冷和严寒地区有地下水的隧道,最冷月份平均气温低于-10℃时,应采用深埋中心水沟;最冷月份平均气温低于-25℃时,应在隧道下设防寒泄水隧洞。(3)隧道衬砌外排水措施包括:Ⅰ在衬砌两侧边墙背后底部应设置沿隧道的纵向排水沟(管),其孔径不应小于80mm;Ⅱ沿衬砌背后环向应设置导水盲管,其纵向间距不应大于20m,遇水量较大时,环向盲管应加密。对有集中出水处,应单独设置竖向盲管。环向盲管、竖向盲管的直径不宜小于50mm;Ⅲ环向盲管、竖向盲管应与边墙底部的纵向排水盲管(沟)连通;纵向排水盲管应与横向导水管连通,以形成完成的纵横向排水系统。环向盲管、竖向盲管、纵向排水盲管应用无纺布包裹。(4)隧道内的辅助排水系统:当地下水发育、含水层明显,又有长期充分补给来源时,可利用辅助坑道排水或设置泄水洞等截、排水设施。此外,当洞内水质有侵蚀时,应采取适当措施,防止排水造成环境污染。
3. 常用的隧道防排水材料及其性能指标
目前,常用的公路隧道防排水材料包括:防水砂浆、防水板材、防水土工布、防水混凝土、止水带和排水管等。各种防排水材料的主要技术指标如下:(1)注浆材料:粘度、渗透能力、渗透系数、抗压强度、凝胶时间;(2)防水板(高分子防水卷材):拉伸强度、断裂伸长率、热处理尺寸变化率、低温弯折性、不透水性、热老化性等;(3)土工织物(无纺布):物理指标(单位面积质量、不同压力下厚度)、力学指标(抗拉强度、延伸率、撕裂强度、顶破强度、刺破强度)、水力学指标(孔隙特征(孔隙率、有效孔径或表观孔径)、渗透特性(垂直渗透系数、水平渗透系数));(4)防水混凝土:抗渗性性能(抗渗标号)。
4. 隧道防排水系统施工质量检查
隧道防排水系统的施工质量检查分为三步,第一步:明确施工质量要求,第二步:外观检查,第三步:实测项目检测。施工质量要求包括:(1)对于设置在软弱围岩区段的盲沟、有管渗沟,周侧应作砂砾石反滤层,相邻层粒径比不宜小于1/4,层厚不宜小于15cm,集料粒径小于0.25mm者,含量应小于5%。粘土地质区不宜用土工布、无纺布包裹,以防粉土、粘土颗粒堵塞土工布、无纺布孔眼;(2)墙背泄水孔必须伸入盲沟内,泄水孔进口标高以下超挖部分应用同级混凝土或不透水材料回填密实;(3)排水管接头应密封牢固,不得出现松动;(4)严寒地区保温水沟施工时应有防潮措施。修筑的深埋渗水沟,回填材料除应满足保温、透水性好的要求外,水沟周侧应用级配骨料分层回填,石屑、泥沙不得渗入沟内,排水设施应设置在冻胀线以下。外观检查一般指外观上要求水沟、检查井盖板平稳无翘曲。防排水实测项目则同一般公路工程排水结构,按设计文件要求执行。
5. 隧道防水混凝土种类及性能试验
目前,常用的隧道防水混凝土种类包括:普通水泥防水混凝土、外加剂防水混凝土和膨胀水泥防水混凝土。防水混凝土一般要求如下:(1)隧道工程防水混凝土的抗渗等级应不得小于S8;(2)当衬砌处于侵蚀性地下水环境中,混凝土的耐侵蚀系数应≥0.8;(3)当受冻融作用时,不宜采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥;(4)隧道工程防水混凝土的水泥用量不得少于320Kg/m3,水泥强度等级不低于32.5级,水灰比不大于0.5,当掺入活性细粉时,不得少于280Kg/m3;(5)防水混凝土结构应该满足:裂缝宽度应≤0.2mm,并不贯通,应水面主钢筋保护层厚度不应小于50mm,衬砌厚度≥30cm;(6)试件的抗渗等级应比设计要求提高0.2MPa;(7)当采用防水混凝土时,应对衬砌的各种裂缝裁取有效的防水措施。
抗渗性能试验是评价防水混凝土防水效果的重要试验,其试验过程如下:(1)试验目的:测定混凝土硬化后的防水性能以及抗渗标号。(2)试件制备:每组试件6个,如用人工插捣成型,分两层装入混凝土拌和物,每层插捣25次,在标准条件下养护。如结合工程需要,可在浇筑地自制作,每单位工程制件应≥2组,其中至少1组要在标准条件下养护,其余试件可与构件相同条件下养护,28d≤养护期≤90d。试件成型后24h拆模用钢丝刷净两端面水泥浆膜,标准养护龄期为28d;圆柱体:150mm;圆台体:175mm、185mm、165mm。(3)仪器设备:混凝土抗渗仪、成型试模(与试件适应)、螺旋加压器、密封材料。(4)试验步骤:试件到期后取出,用钢丝刷刷净两断面,待试件干燥后,在试件侧面滚涂一层熔化的密封材料,然后立即在螺旋加压器上压入经过烘箱或电炉预热过的试模中,使试件表面与底模平齐,待试模变冷后即可解除压力,装在渗透仪上进行试验。如在试验过程中,水从试件周边渗出说明密封不好,要重新密封。试验时,水压从0.2MPa开始,每隔8h增加水压0.1MPa,并随时注意观察试件端面情况,一直加至6个试件中有3个试件表面发现渗水,记下此时的水压力,即可停止试验。当加压至设计抗渗标号,经8h后第三个试件仍不渗水,表明混凝土已经满足设计要求,也可停止试验。(5) 结果计算:混凝土的抗渗标号以每组6个试件中4个未发现有渗水现象时的最大水压力表示,S=10H-1;H:第三个试件表面开始有渗水时的水压力。
6. 结语
隧道防排水设计及施工质量关系到隧道的正常使用及工程使用寿命,须重点考虑。本文针对隧道防排水设计原则、常用的防排水措施、防排水材料及施工质量检查、隧道用防水混凝土种类及抗渗性能试验等进行了介绍,本文内容对于隧道防排水的设计及施工具有一定的参考意义。
[文章编号]1006-7619(2010)10-12-924
[作者简介] 王书杰(1974.6-),男,籍贯:河南洛阳,职称:工程师,工作单位:江苏省交通科学研究院有限公司,南京,研究方向:沥青路面施工质量监控。
【关键词】隧道工程;公路隧道;防排水设计;施工质量控制;排水措施
Discuss drainage design and construction quality control of highway tunnel
Wang Shu-jie
(Jiangsu Province Transportation Research Institute Co., Ltd. Nanjing Jiangsu 211112)
【Abstract】Tunnel Drainage Design and construction quality is directly related to the normal use of the tunnel and engineering durability, practice shows that: 90% of all diseases with anti-tunnel project to poor drainage measures; this article, the anti-tunnel drainage problems, from Drainage tunnel design, the paper introduces the commonly used anti-drainage tunnel measures to prevent drainage material and construction quality inspection and control technology.
【Key words】Tunnel construction; Highway tunnel; Drainage design; Construction quality control; Drainage measures
1. 公路隧道防排水设计原则及要求
公路隧道防排水设计应遵循“防、排、堵、截”相结合,因地制宜,综合治理的原则,确保隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应综合考虑地下水和地表水作用,洞内外形成一个完整畅通的防排水系统。规范规定,对于高速公路、一级公路、二级公路隧道防排水系统应满足以下要求:(1)拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水;(2)有冻害地段的隧道衬砌背后不积水,排水沟不冻结;(3)车行横道、人行横道等服务通道拱部不滴水,边墙不滴水。对于三级、四级公路隧道应做到:(1)拱部、边墙不滴水,路面不积水,设备箱洞不渗水;(2)有冻害地段的隧道衬砌背后不积水,排水沟不冻结。由此可见,隧道防排水设计应该满足“不渗水、不滴水、不积水、不冻结”的要求,在进行隧道防排水工程施工时,还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。
2. 公路隧道常用防排水措施
公路隧道的防排水措施分为防水和排水两部分,常用防水措施包括:(1)隧道地表沟谷、坑洼积水、渗水对隧道有影响时,宜采用疏导、勾补、铺砌和填平等处治措施,废弃的坑穴、钻孔等应填实封闭。(2)当隧道紧邻水库、池沼、溪流、井泉等富地下水区域时,为防止隧道渗水,应采取防止或减少其下渗的处理措施,如:在初期支护与二次衬砌之间设置防水板或无纺土工布,要求如下:Ⅰ无纺布的密度应不小于300mg/m2;Ⅱ防水板宜采用易焊接的防水卷材,厚度不小于1.0mm,接缝搭接长度不小于1.0m。(3)隧道二次衬砌应采用抗渗混凝土浇筑,至于抗渗等级,有冻害的地段及最冷月份平均气温低于-15℃的地区应不低于S8,其余地区不低于S6。(4)隧道二次衬砌的施工缝、沉降缝、伸缩缝应采取可靠的防水措施,如:止水板等。(5)围岩破碎、涌水易坍塌地段,宜向围岩内注浆,以起到防水目的,施工过程中,应防止因压浆而堵塞衬砌背后的排水管道。(6)有侵蚀性地下水时,应针对侵蚀类型,采用抗侵蚀混凝土、压注抗侵蚀浆液,或铺设抗侵蚀防水层。(7)当隧道位于长水位以下,又不宜排泄时,隧道衬砌应采用抗水压衬砌。
隧道内的排水系统包括运营清洗污水和消防水的排放系统、路面结构内部排水系统、隧道衬砌外排水系统和辅助排水系统。具体如下:(1)隧道内应按地下水和运营清洗污水、消防污水分离排放的原则设置纵向排水系统,应能保证排水畅通,避免洞内积水。隧道内排水(污水)应符合下列规定:Ⅰ路面两侧应设置纵向排水沟,引排营运清洗水、消防水和其他废水;Ⅱ隧道纵向排水坡宜与隧道纵坡一致;Ⅲ路侧边沟可设置为开口式明沟或暗沟,当边沟为暗沟时,应设沉沙池、滤水箆,其间距宜为25~30m;Ⅳ检修道或人行道的道面应考虑排水,可酌情设0.5%~1.5%的横坡,亦可在墙脚与检修道交角处设宽50mm、深30mm的纵向凹槽。(2)路面结构内部排水措施包括:Ⅰ路面结构下宜设纵向中心沟(中央排水沟),集中引排地下水;Ⅱ中心水沟的断面面积应根据隧道长度、坡度、地下水渗流量,通过水力计算确定;Ⅲ中心水沟的纵向按间距50m设沉沙池,并根据需要设检查井,检查井的位置、构造不得影响行车安全,并应便于清理和检查;Ⅳ路面结构底部设置横向排水管,以连接中心排水沟与衬砌墙背排水盲管,横向排水沟的直径不宜小于100mm,横向坡度不应小于2%,其纵向间距应根据地下水量确定,一般可按30~50m设置,当不设隧道底部中心水沟时,横向排水沟的纵向间距不宜小于10m;Ⅴ路面底部应设置不小于1.5%的横向排水坡度;Ⅵ寒冷和严寒地区有地下水的隧道,最冷月份平均气温低于-10℃时,应采用深埋中心水沟;最冷月份平均气温低于-25℃时,应在隧道下设防寒泄水隧洞。(3)隧道衬砌外排水措施包括:Ⅰ在衬砌两侧边墙背后底部应设置沿隧道的纵向排水沟(管),其孔径不应小于80mm;Ⅱ沿衬砌背后环向应设置导水盲管,其纵向间距不应大于20m,遇水量较大时,环向盲管应加密。对有集中出水处,应单独设置竖向盲管。环向盲管、竖向盲管的直径不宜小于50mm;Ⅲ环向盲管、竖向盲管应与边墙底部的纵向排水盲管(沟)连通;纵向排水盲管应与横向导水管连通,以形成完成的纵横向排水系统。环向盲管、竖向盲管、纵向排水盲管应用无纺布包裹。(4)隧道内的辅助排水系统:当地下水发育、含水层明显,又有长期充分补给来源时,可利用辅助坑道排水或设置泄水洞等截、排水设施。此外,当洞内水质有侵蚀时,应采取适当措施,防止排水造成环境污染。
3. 常用的隧道防排水材料及其性能指标
目前,常用的公路隧道防排水材料包括:防水砂浆、防水板材、防水土工布、防水混凝土、止水带和排水管等。各种防排水材料的主要技术指标如下:(1)注浆材料:粘度、渗透能力、渗透系数、抗压强度、凝胶时间;(2)防水板(高分子防水卷材):拉伸强度、断裂伸长率、热处理尺寸变化率、低温弯折性、不透水性、热老化性等;(3)土工织物(无纺布):物理指标(单位面积质量、不同压力下厚度)、力学指标(抗拉强度、延伸率、撕裂强度、顶破强度、刺破强度)、水力学指标(孔隙特征(孔隙率、有效孔径或表观孔径)、渗透特性(垂直渗透系数、水平渗透系数));(4)防水混凝土:抗渗性性能(抗渗标号)。
4. 隧道防排水系统施工质量检查
隧道防排水系统的施工质量检查分为三步,第一步:明确施工质量要求,第二步:外观检查,第三步:实测项目检测。施工质量要求包括:(1)对于设置在软弱围岩区段的盲沟、有管渗沟,周侧应作砂砾石反滤层,相邻层粒径比不宜小于1/4,层厚不宜小于15cm,集料粒径小于0.25mm者,含量应小于5%。粘土地质区不宜用土工布、无纺布包裹,以防粉土、粘土颗粒堵塞土工布、无纺布孔眼;(2)墙背泄水孔必须伸入盲沟内,泄水孔进口标高以下超挖部分应用同级混凝土或不透水材料回填密实;(3)排水管接头应密封牢固,不得出现松动;(4)严寒地区保温水沟施工时应有防潮措施。修筑的深埋渗水沟,回填材料除应满足保温、透水性好的要求外,水沟周侧应用级配骨料分层回填,石屑、泥沙不得渗入沟内,排水设施应设置在冻胀线以下。外观检查一般指外观上要求水沟、检查井盖板平稳无翘曲。防排水实测项目则同一般公路工程排水结构,按设计文件要求执行。
5. 隧道防水混凝土种类及性能试验
目前,常用的隧道防水混凝土种类包括:普通水泥防水混凝土、外加剂防水混凝土和膨胀水泥防水混凝土。防水混凝土一般要求如下:(1)隧道工程防水混凝土的抗渗等级应不得小于S8;(2)当衬砌处于侵蚀性地下水环境中,混凝土的耐侵蚀系数应≥0.8;(3)当受冻融作用时,不宜采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥;(4)隧道工程防水混凝土的水泥用量不得少于320Kg/m3,水泥强度等级不低于32.5级,水灰比不大于0.5,当掺入活性细粉时,不得少于280Kg/m3;(5)防水混凝土结构应该满足:裂缝宽度应≤0.2mm,并不贯通,应水面主钢筋保护层厚度不应小于50mm,衬砌厚度≥30cm;(6)试件的抗渗等级应比设计要求提高0.2MPa;(7)当采用防水混凝土时,应对衬砌的各种裂缝裁取有效的防水措施。
抗渗性能试验是评价防水混凝土防水效果的重要试验,其试验过程如下:(1)试验目的:测定混凝土硬化后的防水性能以及抗渗标号。(2)试件制备:每组试件6个,如用人工插捣成型,分两层装入混凝土拌和物,每层插捣25次,在标准条件下养护。如结合工程需要,可在浇筑地自制作,每单位工程制件应≥2组,其中至少1组要在标准条件下养护,其余试件可与构件相同条件下养护,28d≤养护期≤90d。试件成型后24h拆模用钢丝刷净两端面水泥浆膜,标准养护龄期为28d;圆柱体:150mm;圆台体:175mm、185mm、165mm。(3)仪器设备:混凝土抗渗仪、成型试模(与试件适应)、螺旋加压器、密封材料。(4)试验步骤:试件到期后取出,用钢丝刷刷净两断面,待试件干燥后,在试件侧面滚涂一层熔化的密封材料,然后立即在螺旋加压器上压入经过烘箱或电炉预热过的试模中,使试件表面与底模平齐,待试模变冷后即可解除压力,装在渗透仪上进行试验。如在试验过程中,水从试件周边渗出说明密封不好,要重新密封。试验时,水压从0.2MPa开始,每隔8h增加水压0.1MPa,并随时注意观察试件端面情况,一直加至6个试件中有3个试件表面发现渗水,记下此时的水压力,即可停止试验。当加压至设计抗渗标号,经8h后第三个试件仍不渗水,表明混凝土已经满足设计要求,也可停止试验。(5) 结果计算:混凝土的抗渗标号以每组6个试件中4个未发现有渗水现象时的最大水压力表示,S=10H-1;H:第三个试件表面开始有渗水时的水压力。
6. 结语
隧道防排水设计及施工质量关系到隧道的正常使用及工程使用寿命,须重点考虑。本文针对隧道防排水设计原则、常用的防排水措施、防排水材料及施工质量检查、隧道用防水混凝土种类及抗渗性能试验等进行了介绍,本文内容对于隧道防排水的设计及施工具有一定的参考意义。
[文章编号]1006-7619(2010)10-12-924
[作者简介] 王书杰(1974.6-),男,籍贯:河南洛阳,职称:工程师,工作单位:江苏省交通科学研究院有限公司,南京,研究方向:沥青路面施工质量监控。