论文部分内容阅读
【摘要】隧道排防水结构的影响因素分析，地下水对非饱和黄土软岩隧道结构稳定性的危害及防治。
【关键词】非饱和黄土软岩；公路隧道施工；防排水技术
非饱和黄土软岩在地下水的影响下，强度和承载力等工程性质会发生明显的变化，是影响隧道的整体安全的关键因素。本文对非饱和黄土软岩隧道防排水系统的影响因素和地下水的危害和防治进行了简单分析。
1、隧道排防水结构的影响因素分析
1.1地形地貌的影响
黄土的地貌主要分为塬和峁梁两大类。黄土的地下水为松散岩类孔隙潜水，大气降水为地下水的主要补给来源。孔隙、垂直节理为地下水的主要径流通道，以泉的方式排泄于沟谷。黄土塬受大气降水、地下水储存远比黄土梁峁接要好， 但地下水排泄条件要差的多， 故而黄土塬的地下水较丰，渗水量较大。
1.2环境气温与冻深的影响
我国黄土隧道主要分布于西北地区，经常伴有冻害。若隧道防排水结构设计不够合理，不仅危害行车安全，还严重影响隧道使用寿命。因此应查明隧道区域的冻结深度，针对性的采取排水沟处于冻结深度之下、相关检查井增设泡沫或聚氨酯保温层、水沟出水口设置于向阳位置及设置保温出水口等相应措施，以免排水通道冻结、冻胀失效确保隧道的安全性、延长其使用年限。
1.3施工方法与衬砌结构的影响
设计防排水系统时，确保隧道结构安全的情况下，要充分考虑防排水系统的实用性以及经济性。通过对非饱和黄土软岩的结构分析并与其它工程隧道进行对比，发现利用模筑防水混凝土+防水板的复合衬砌结构是最佳经济合理的，且实际效果比较良好、施工比较方便。
1.4地层岩性与地质构造的影响
通过研究地层岩的特征发现：泥岩在受到水浸湿之后，会产生略微的膨胀、使其强度降低，因此必须确保排水系统的可靠性；非饱和黄土具备非常严重的湿陷性，受水浸湿后会产生较大的湿陷量，所以要防止隧道下部地下水汇流到一起，可以利用中心排水沟使隧道内部的地下水顺畅排出。通过分析陇东地区离石非饱和黄土實例隧道地质构造可知：离石黄土与下伏第三系红色泥岩不能够整合接触。不可能出现特大泥石流进入到隧道内，所以隧道洞体内的排水结构应该以“防排结合”为设计原则。
2、非饱和黄土地下水对隧道结构稳定性的危害及防治
2.1非饱和黄土地下水对隧道结构稳定性的危害
（1）隧道基底受到水的浸湿后，黄土含水量增大，强度下降，产生下沉现象；泥岩受到地下水浸湿后，会出现轻微的膨胀，承载力严重下降进而导致路面电缆槽产生形变、裂纹，同时也会造成衬砌断面呈圆环状开裂。（2）隧道围岩的含水量逐渐增大，造成松动圈不断外扩，进而衬砌垂直压力、侧向水平压力也随之渐渐增高。此时衬砌结构所受到的压力再次增高，当超过其允许承受范围之后，衬砌拱部或者侧墙产生错台、裂缝等。（3）衬砌体存在渗漏水现象，当气温降低后，造成路面、墙面出现结冰，从而对过往车辆产生严重的安全威胁。（4）经过长时间后，由于过往汽车排出的汽车尾气包含一定量的co1以及co2，这两种化学成分会与水产生化学反应，生成的物质具备一定的碱侵蚀性，从而造成衬砌体的渗水位置出现酥松、墙体脱落、起毛等严重损害衬砌结构强度的现象。
2.2非饱和黄土软岩隧道地下水致结构不稳定的防治
（1）“以排为主、防排结合”是防排水系统应当遵循的原则，应形成完整的防、排水体系，使隧道防水可靠，排水通畅，保证初期支护或一次衬砌无大股出水点，二次衬砌背后排水顺畅，运营期间隧道内不渗、不漏，基本干燥，形成完整有效的防、排水系统。施工中应严格控制施工质量，保证防水层的封闭和排水的通畅，其发挥功能。严格控制采购防排水材料物理性能及耐久性满足设计及规范要求的，落实仰拱、仰拱填充、二衬接缝“三缝合一”等工艺要求，对排水管连接、防水板的铺挂及保护、衬砌接缝部位止水带的设置施工等关键工序从细节上进行控制。应加强排水工作，避免浸泡拱脚及基底，可在掌子面开挖临时排水沟引排掌子面渗水，反坡段可在仰拱段设置集水坑拦截已施工段落汇水，并用水泵抽至附近水箱，再通过水管分级排至洞外。（2）岩土在遭水浸湿后，各力学参数严重下降。当非饱和黄土隧道下伏基岩为泥岩或砂岩等弱透水性岩层，但隧道并未穿越交界面时，应充分考虑应季节变化及隧道开挖引起地下水位线的变化及黄土饱和承载力的减弱，因此在对隧道的结构稳定性进行计算时，要按最小值校核。（3）为了避免隧道基底由于地下水不能及时排出而发生软化现象，因此宜在仰拱下部设置中心排水沟，必要时要考虑在隧道下方设置泄水洞。（4）当隧道通过的地段为泥岩地质结构、浅埋段为非饱和黄土地质时，由于泥岩地层透水性差，其与非饱和黄土在交界层会汇集一定量的地下水，引起此地段的泥岩风化层以及非饱和黄土呈饱和状态，从而增加了施工难度并且对后期的隧道质量产生严重的危害。当隧道完工后，可以让排水系统快速向洞体外部排出地下水，从而降低此处的地下水流对衬砌体的损害，因此人字坡是隧道的最佳设计形状，但是为了防止因盐分结晶造成排水管道堵塞问题，纵坡的坡率也不能太小。
结论：
非饱和黄土软岩公路隧道防排水是公路隧道建设面临的大问题，排防水问题常常不能引起重视，但建成使用后很快却有了渗漏或拱脚沉降等水害质量问题，继而发展成拱墙、拱顶或路面裂缝，出现严重质量和安全问题。在非饱和黄土软岩公路隧道排防水施工技术及质量控制研究中，应将防水施工质量和集排水施工质量均视为重点。要正确判断隧道地下涌水类型，采取有效的排防水措施设计，确保隧道长期正常运营。
参考文献：
[1]康佐，李宁军，来弘鹏.非饱和黄土隧道力学特性研究[J].公路交通科技（应用技术版），2007（05）：8-11.
[2]杨晓华，王航，张小荣.黄土软岩隧道渗漏水病害成因与防治对策研究[J].公路交通科技（应用技术版），2007（05）：5-7+15.
[3]赖金星，李宁军，谢永利.黄土软岩公路隧道防排水合理结构型式研究[J].岩土力学，2007（03）：614-618.
[4]康军.黄土公路隧道设计与施工技术研究[D].长安大学，2006.
作者简介：
雷立强，中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安。
【关键词】非饱和黄土软岩；公路隧道施工；防排水技术
非饱和黄土软岩在地下水的影响下，强度和承载力等工程性质会发生明显的变化，是影响隧道的整体安全的关键因素。本文对非饱和黄土软岩隧道防排水系统的影响因素和地下水的危害和防治进行了简单分析。
1、隧道排防水结构的影响因素分析
1.1地形地貌的影响
黄土的地貌主要分为塬和峁梁两大类。黄土的地下水为松散岩类孔隙潜水，大气降水为地下水的主要补给来源。孔隙、垂直节理为地下水的主要径流通道，以泉的方式排泄于沟谷。黄土塬受大气降水、地下水储存远比黄土梁峁接要好， 但地下水排泄条件要差的多， 故而黄土塬的地下水较丰，渗水量较大。
1.2环境气温与冻深的影响
我国黄土隧道主要分布于西北地区，经常伴有冻害。若隧道防排水结构设计不够合理，不仅危害行车安全，还严重影响隧道使用寿命。因此应查明隧道区域的冻结深度，针对性的采取排水沟处于冻结深度之下、相关检查井增设泡沫或聚氨酯保温层、水沟出水口设置于向阳位置及设置保温出水口等相应措施，以免排水通道冻结、冻胀失效确保隧道的安全性、延长其使用年限。
1.3施工方法与衬砌结构的影响
设计防排水系统时，确保隧道结构安全的情况下，要充分考虑防排水系统的实用性以及经济性。通过对非饱和黄土软岩的结构分析并与其它工程隧道进行对比，发现利用模筑防水混凝土+防水板的复合衬砌结构是最佳经济合理的，且实际效果比较良好、施工比较方便。
1.4地层岩性与地质构造的影响
通过研究地层岩的特征发现：泥岩在受到水浸湿之后，会产生略微的膨胀、使其强度降低，因此必须确保排水系统的可靠性；非饱和黄土具备非常严重的湿陷性，受水浸湿后会产生较大的湿陷量，所以要防止隧道下部地下水汇流到一起，可以利用中心排水沟使隧道内部的地下水顺畅排出。通过分析陇东地区离石非饱和黄土實例隧道地质构造可知：离石黄土与下伏第三系红色泥岩不能够整合接触。不可能出现特大泥石流进入到隧道内，所以隧道洞体内的排水结构应该以“防排结合”为设计原则。
2、非饱和黄土地下水对隧道结构稳定性的危害及防治
2.1非饱和黄土地下水对隧道结构稳定性的危害
（1）隧道基底受到水的浸湿后，黄土含水量增大，强度下降，产生下沉现象；泥岩受到地下水浸湿后，会出现轻微的膨胀，承载力严重下降进而导致路面电缆槽产生形变、裂纹，同时也会造成衬砌断面呈圆环状开裂。（2）隧道围岩的含水量逐渐增大，造成松动圈不断外扩，进而衬砌垂直压力、侧向水平压力也随之渐渐增高。此时衬砌结构所受到的压力再次增高，当超过其允许承受范围之后，衬砌拱部或者侧墙产生错台、裂缝等。（3）衬砌体存在渗漏水现象，当气温降低后，造成路面、墙面出现结冰，从而对过往车辆产生严重的安全威胁。（4）经过长时间后，由于过往汽车排出的汽车尾气包含一定量的co1以及co2，这两种化学成分会与水产生化学反应，生成的物质具备一定的碱侵蚀性，从而造成衬砌体的渗水位置出现酥松、墙体脱落、起毛等严重损害衬砌结构强度的现象。
2.2非饱和黄土软岩隧道地下水致结构不稳定的防治
（1）“以排为主、防排结合”是防排水系统应当遵循的原则，应形成完整的防、排水体系，使隧道防水可靠，排水通畅，保证初期支护或一次衬砌无大股出水点，二次衬砌背后排水顺畅，运营期间隧道内不渗、不漏，基本干燥，形成完整有效的防、排水系统。施工中应严格控制施工质量，保证防水层的封闭和排水的通畅，其发挥功能。严格控制采购防排水材料物理性能及耐久性满足设计及规范要求的，落实仰拱、仰拱填充、二衬接缝“三缝合一”等工艺要求，对排水管连接、防水板的铺挂及保护、衬砌接缝部位止水带的设置施工等关键工序从细节上进行控制。应加强排水工作，避免浸泡拱脚及基底，可在掌子面开挖临时排水沟引排掌子面渗水，反坡段可在仰拱段设置集水坑拦截已施工段落汇水，并用水泵抽至附近水箱，再通过水管分级排至洞外。（2）岩土在遭水浸湿后，各力学参数严重下降。当非饱和黄土隧道下伏基岩为泥岩或砂岩等弱透水性岩层，但隧道并未穿越交界面时，应充分考虑应季节变化及隧道开挖引起地下水位线的变化及黄土饱和承载力的减弱，因此在对隧道的结构稳定性进行计算时，要按最小值校核。（3）为了避免隧道基底由于地下水不能及时排出而发生软化现象，因此宜在仰拱下部设置中心排水沟，必要时要考虑在隧道下方设置泄水洞。（4）当隧道通过的地段为泥岩地质结构、浅埋段为非饱和黄土地质时，由于泥岩地层透水性差，其与非饱和黄土在交界层会汇集一定量的地下水，引起此地段的泥岩风化层以及非饱和黄土呈饱和状态，从而增加了施工难度并且对后期的隧道质量产生严重的危害。当隧道完工后，可以让排水系统快速向洞体外部排出地下水，从而降低此处的地下水流对衬砌体的损害，因此人字坡是隧道的最佳设计形状，但是为了防止因盐分结晶造成排水管道堵塞问题，纵坡的坡率也不能太小。
结论：
非饱和黄土软岩公路隧道防排水是公路隧道建设面临的大问题，排防水问题常常不能引起重视，但建成使用后很快却有了渗漏或拱脚沉降等水害质量问题，继而发展成拱墙、拱顶或路面裂缝，出现严重质量和安全问题。在非饱和黄土软岩公路隧道排防水施工技术及质量控制研究中，应将防水施工质量和集排水施工质量均视为重点。要正确判断隧道地下涌水类型，采取有效的排防水措施设计，确保隧道长期正常运营。
参考文献：
[1]康佐，李宁军，来弘鹏.非饱和黄土隧道力学特性研究[J].公路交通科技（应用技术版），2007（05）：8-11.
[2]杨晓华，王航，张小荣.黄土软岩隧道渗漏水病害成因与防治对策研究[J].公路交通科技（应用技术版），2007（05）：5-7+15.
[3]赖金星，李宁军，谢永利.黄土软岩公路隧道防排水合理结构型式研究[J].岩土力学，2007（03）：614-618.
[4]康军.黄土公路隧道设计与施工技术研究[D].长安大学，2006.
作者简介：
雷立强，中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安。