基于欧洲标准的隧道防排水设计与施工技术
刘泽，钟华湘，朱晓义
（1.中国建筑第五工程局有限公司，长沙 410004；
2.中国建筑股份有限公司阿尔及利亚公司，阿尔及尔16101）
隧道防排水设计应考虑当地的气候、水文、工程地质条件，遵循以“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，针对地表水、地下水进行综合处理，使隧道内外形成一个完整通畅的防排水系统，减小隧道施工期地下水造成的安全隐患，保证隧道建成运营后主体结构和电器设备的正常使用，最终达到行车安全的目的。
阿尔及利亚南北高速公路项目起于布利达省希法镇，止于麦地亚省布鲁瓦吉亚市，全长53 km。在希法峡谷最窄段，以两个长度分别为2.4 km的连续隧道穿越阿特拉斯山脉，T1隧道位于希法镇以南约6 km处，T2隧道止于哈姆达尼亚镇。
隧道所在区域属低山坡陡地貌，地形起伏大，“V”字形冲沟发育，自然坡面一般为30°~50°。该地区的特点是冬季寒冷多雨，夏季炎热干燥，属于典型的大陆特性的半炎热地中海气候,年平均气温17℃，年平均降雨量为1 150~1 300 mm。
隧道围岩总体属于页岩，主要以深灰、灰黑色炭质页岩、泥灰岩等极软岩为主。岩层呈水平状，泥质结构，岩体破碎，强度很低，节理裂隙、褶皱非常发育,开挖后围岩迅速风化成碎块状，并伴有地下水渗出，地下水经过分析，pH为7.16~7.5，且地下水对混凝土不具腐蚀性，不需特殊处理。
隧道洞口防排水以“截、排”为主，如遇隧道顶部埋深过浅且有沟谷时，则需对冲沟底部进行防水处理，一般采用浆砌片石作为该部位的防水层[1]，防止雨水渗透增大隧道内部防水压力。
T1隧道洞口边仰坡采用截水沟排水，直接截断地表水源，防止地表水漫流。截水沟布置在隧道洞口前方10 m处的地质勘探施工便道处，以减少对周围环境的植被破坏。截水沟采用净空1.8 m×0.6 m倒梯形设计，截水沟排水坡度大于3%，在隧道东侧自然环境坡度较大的地方，采用急流槽对截水沟进行顺接，保证洞口排水的顺畅。
隧道洞口明暗洞交界位置，利用套拱处施工大管棚进行压力注浆，将隧道顶部的强风化页岩裂隙固结，在隧道洞口顶部形成截水拱圈，防止地表水下渗。隧道大管棚长度为27 m，采用直径φ101.5 mm、壁厚6.3 mm热轧无缝钢管，钢管上钻注浆孔，孔径10 mm，孔间距15 cm，呈梅花形布置，尾部留200 cm不钻孔的止浆段。钢管轴线与衬砌外缘夹角3°~5°，注浆采用水灰比0.45∶1的纯水泥浆，注浆压力控制在0.5~2 MPa。
T1隧道洞口外部的排水，根据欧标Circulaire interministérielle n°2000-63 du 25 ao?t 2000 relativeàla sécurité dans les tunnels du réseau routiernational的有关条款要求，在隧道洞口附近设计一处有效库容为330 m3的油水分离池，用来收集洞内排出的污水。油水分离池与隧道内的排水系统通过洞口的一个检查井相连，检查井里面设置了转向控制阀门。如果进入检查井的水是干净的地下水，可以通过此阀门将水直接排入排水沟，不进入油水分离池，然后引入当地的自来水工厂进行净化处理利用，缓解当地的生活用水困难；
如果进入检查井的是有毒有害的污水，则通过阀门转换输入到油水分离池内进行储存，然后污水通过水泵抽出，再送往专门的污水处理厂进行处理。
与国内隧道工程相比，欧洲标准的隧道防排水设计整体形式基本相同，在隧道洞内防排水以“防、排”为主、以“堵”为辅，但是在细部结构设计上存在差异。
4.1 隧道防水和排水设计
4.1.1 隧道防水系统
隧道围岩与衬砌之间设置防水卷材，围岩渗水通过环向排水板收集，并汇总到两侧的纵向排水管，再通过间距10~50 m的横向排水管，汇集到纵向排水总管，流出洞外。
4.1.2 隧道防水设计
T1隧道洞内防水设计为复合型防水，具体由以下要素构成：土工布、防水板、止水带、止水条、防水混凝土等组成隧道的综合防水体系。
4.1.3 隧道排水设计
隧道纵向排水系统由路面排水系统和隧道围岩水处理系统构成。
路面排水系统由边沟组成，位于路缘带的下方，每隔50 m设置检查井，以防止可燃物质火灾的蔓延。在隧道人行道下方，平行布置排水系统的排水管道以及各自的检查井。
纵向排水系统的构件如下：
（1）纵向排水管：纵向排水管最重要的功能是将隧道围岩水收集后排出洞外，排水管直径315 mm，为PVC管，该管道有两条，分别设在人行道下方和消防管道下方。（2）锲缝式边沟：边沟采用开口的管式排水沟，为直径300 mm的圆形截面，能在短时间内吸收汇流物，以限制其在路面扩展。（3）排污管：排污管为直径400 mm的混凝土管，其主要目的是将路面危险液体通过边沟收集，由虹吸检查井引入排污管中，最终排到洞口设置的油水分离池内，避免污染自然环境。（4）中心排水管：在隧道仰拱底部中心位置，设置纵向PVC排水管，管径φ200 mm。该管道主要是考虑施工期间仰拱内有水，另外，在仰拱断裂的情况下，地下水位会上升，影响路面的使用，所以设置了排水管，该部分水量总体很小，通过中心排水管最终流出洞外。
4.1.4 检查手孔
为了方便后期检修、疏通纵向排水管，每隔50 m在衬砌边墙处设置一检查手孔。
4.1.5 虹吸检查井
为避免隧道中的火灾蔓延，虹吸检查井具有灭火功能，同时具有检修作用。虹吸井每隔50 m一个，设置在隧道右侧路缘带下方。
4.2 隧道洞内防水施工
T1隧道洞内防水设计为复合型防水，主要通过土工布、防水板、止水带、止水条、防水混凝土等组成隧道的综合防水体系。
4.2.1 土工布
土工布采用500 g/m2的无纺布，使用专门的热熔垫圈，通过射钉枪固定于喷射混凝土的表面，采用梅花形布置，拱部间距0.5~0.8 m，边墙间距0.8~1.0 m。对于断面变化处要适当加密。土工布铺设应松紧适度，紧贴在喷射混凝土表面，不能因铺设过紧而被撕裂，也不能因铺设过松使土工布褶皱、堆积而形成蓄水点。土工布的相邻部分搭接≥10 cm。
4.2.2 防水板
防水板采用厚度为3 mm的柔性高密度聚乙烯材料制成，采用无钉铺设，通过热熔方式，焊接在土工布上的热熔垫圈上。防水板铺设松紧适度并留有余量，保证防水板与隧道初支面紧贴并不致拉裂。防水板的焊接应采用双缝焊接的方式进行，焊缝搭接宽度应控制150 mm左右，焊缝要求平整、美观，无过焊、漏焊现象。对于安全洞室及消防洞室等特殊区域，防水板材长度不够，应采用长边方向拼接的方式进行焊接，在不规则区域焊接时，不得采用十字焊缝，避免形成通缝。焊接工作完成后，应及时将焊缝位置进行封口处理，待密封完成后，方可进行充气试验验收，5 min试验的初始气压为0.2 MPa，或10 min试验的初始气压为0.15 MPa，在上述两种情况下压强损失≤20%，则焊缝被认为是合格的，可进行下一步施工工序。特别需要注意的是，在二衬钢筋绑扎完成后，需对防水板进行全部检查，防止钢筋施工过程中刺穿和电焊烧伤防水板。
4.2.3 止水带
隧道在二衬纵向连接的施工缝处，设置有带注浆管的中埋式橡胶止水带。止水带宽度为320 mm，安装好的密封带具备0.5 MPa静水压力差的耐压性，最小拉力为15 MPa的抗拉性，以及200%最小断口的延伸性。止水带在安装时，为保证其位于二衬混凝土的中间位置，需注意用U形钢筋卡箍进行固定，防止在浇筑混凝土时发生位移，只能在中埋式橡胶止水带的允许部位上穿孔打洞，不得损坏中埋式橡胶止水带防水部位。在隧道衬砌变形缝的位置，根据需求对止水带注浆管进行补充注浆密封防水。
4.2.4 止水条
隧道在衬砌的拱墙与仰拱的接缝处，设置遇水膨胀止水条。止水条规格为25 mm×20 mm。止水条在28 d之后开始进行自由体积膨胀，此膨胀最小为170%，且具备0.5 MPa静水压力差的耐压性，以及最小拉力为0.7 MPa的抗拉性。止水条安装时，需对仰拱顶面进行处理，凿除表面浮浆，每隔1 m左右打设一水泥钉,将止水条在混凝土施工缝的中间位置处钉牢，与混凝土表面密贴，止水条接头处搭接采用上下重叠搭接，且搭接长度不小于5 cm，不得留有断点。
4.2.5 防水混凝土
二衬混凝土采用强度等级为RN35的泵送混凝土,其抗渗等级为P10，混凝土在浇筑时应对称、分层、连续施工，每层厚度控制在50 cm以下，保证不浮模、偏位及跑模。插入式振捣棒配合附着式振捣器将混凝土振捣密实。混凝土浇筑应连续进行，避免出现施工冷缝，如果因故中断浇筑，则在继续浇筑混凝土前，必须凿除已硬化的前层混凝土表层的虚面、浮浆，并将表面凿毛，高压水枪冲洗干净，然后再进行混凝土浇筑。
4.3 隧道洞内排水施工
T1隧道洞内排水主要分为3个部分，初支围岩渗水、仰拱底部渗水和路面汇水等。
4.3.1 围岩排水
隧道对于围岩少量渗水的情况，通过初期支护与防水卷材之间环向的蜂窝状排水板收集，排水板铺设根据隧道围岩渗水量布置，一般间距10~50 m。如果围岩渗水较大，则需在喷射混凝土中环向设置φ40 mm集水孔，将水引出后，用环向排水板汇集到隧道拱墙底部的φ160 mm PVC排水管[2]。排水管上半部分打设透水孔，每米长度上进水孔的面积≥30 cm2，打孔完毕后，用土工布完全包裹排水管。纵向排水管通过间距10~50 m的φ100 mm横向PVC排水管，汇总到路边的φ315 mm纵向PVC排水总管引出洞外。
对于隧道涌水量大的富水地段，则需采取“堵水”的辅助措施，利用“堵、排”相结合的方式，既能保证隧道安全施工，又能避免地下水位大幅下降，以保护当地环境。隧道堵水可利用双液注浆加固的方式，以达到在隧道开挖过程中双液注浆加固区域能够切断水流，起到固结止水、保持围岩稳定等作用。注浆堵水按施工区域可分为径向注浆、底部注浆与顶水注浆，注浆材料根据涌水情况可采用普通水泥单液浆、水泥-水玻璃双液浆等不同材料[3]。
4.3.2 仰拱排水
不同于我国隧道仰拱回填使用混凝土进行填充，欧洲标准下，隧道仰拱回填底部设计有40 cm厚的15~25 mm不连续级配砂砾碎石反滤层，并在其中设置上部120°范围内打孔的φ200 mm PVC中心排水管，每米长度上进水孔的面积≥30 cm2，钻孔纵向间距为30 cm，排水管外部包裹土工布，起到透水和排水功能。隧道洞内每隔500 m和每个洞口各一处混凝土检查井，以便后期进行检查维修。
4.3.3 路面排水
路面排水通过设置在路边的锲缝式纵向排水沟收集，其位于路缘带的下方。为了防止可燃物质沿着隧道边沟蔓延，在隧道洞内路缘带每隔50 m设置了虹吸井，限制由挥发性液体蒸汽和空气形成爆炸性混合气体，最终使可燃物通过φ400 mm混凝土污水管排出，最后引流到洞口油水分离池。
总体来说，欧洲标准下隧道防排水设计施工与我国国家标准类似，但是在环保救灾方面，欧洲标准更注重“以人为本”的设计理念，对于隧道的污水收集、处理以及隧道路面排水、防火要求要高于国内，这是我们应该学习和借鉴的方面。
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