公路隧道的防、排水(畢業(yè)設計隧道方向)

1、公路隧道的防、排水設計,巖土與地下工程專業(yè)畢業(yè)設計,防排水工程是公路隧道工程的重要組成部分之一。防止地下水侵入隧道內部，保持隧道內干燥是保證隧道結構安全和運營安全的重要前提。然而由于隧道修建在地表之下，地層中存在各種不同類型的地下水，這些地下水總是試圖通過各種孔隙侵入隧道內部，從而造成隧道滲漏水。,隧道防排水設計原則與要求,隧道防排水工程是一個復雜的有機聯系的系統(tǒng)工程，無論是設計、施工還是運營過程中的任何細小的疏忽或缺陷，都可能造成隧道防排水失敗。因此，隧道防徘水工程應當合理設計、橫心施工和有效養(yǎng)護。其中合理設計是做好隧道防排水的前提條件。 為了保證公路隧道結構安全和必需的運營條件，我國公路隧

2、道設計規(guī)范(JTG D70一2004)規(guī)定公路隧道應達到下列防水要求： (1)高速公路、一級公路、二級公路隧道防排水應做到拱部、邊墻、路面、設備箱洞不滲水，有凍害地段的隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結，車行橫洞、人行橫洞等服務通道拱部不滴水，邊墻不淌水。 (2)三級公路、四級公路隧道應做到拱部、邊墻不滴水，路面不積水，設備箱洞不滲水，有凍害地段的隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結。,針對公路隧道的防徘水要求和目前公路隧道普遍出現的滲水情況，隧道防排水應遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則，保證隧道結構物和運營設備的正常使用和行車安全。 “防”是指采取防水混凝土或附加防水層等措施，

3、使隧道工程具有一定防止地下水滲入的能力，防止地下水透過防水層、襯砌結構滲入洞內。隧道工程設計時應優(yōu)先考慮采用防水混凝土提高隧道結構的自防水能力。 “排”是指對已經滲入隧道區(qū)域的地下水采取自流排水或機械排水的方式排出隧道區(qū)域，以減小滲水壓力，防止積水和凍害發(fā)生，創(chuàng)造良好的防水環(huán)境和隧道運營環(huán)境。 “截”是指采用截水溝、截水導坑等措施，裁斷流向隧道區(qū)域的水流，即把所有利能流向隧道的地表水、地下水的通道裁斷，減輕隧道防排水壓力。 “堵”是指采用注漿或嵌填等各種方法對隧道圍巖裂縫、隧道結構本身存在的滲漏水路徑進行封堵。防、排、截、堵應有機結合，達到排水通暢、防水可靠、經濟合理、不留后患的防水目的。,進

4、行隧道防排水設計時，應根據隧道所處的地下水環(huán)境、結構特點和施工特點，因地制宜地采取各種有效的防排水措施，對地表水、地下水妥善處理，形成完整洞內外防排水系統(tǒng)，使隧道取得良好的防排水效果。對于地表水，主要采用截排和封堵措施，即對地表水進行截流和疏導，盡量使地表水不進人隧道區(qū)域，同時，對于地表存在的坑洼、鉆孔、裂隙等容易使地表水下摻的通道進行填平封閉。對于地下水，按照新奧法設計施工的隧道一般都采用復合式襯砌結構。復合式襯砌結構的防排水體系，可用“一堵兩排兩防”來概括，即圍巖注漿堵水，噴射混凝土與防水層間、防水層與襯砌間兩圈排水，專用防水層和襯砌混凝土兩層防水。,一般山嶺隧道防、排水設計的具體要求為：

5、,(一)防水要求 隧道防水設計應根據地下水的滲流路徑層層設防，在不同的位置進行不同的防水設計。越靠近滲水上游的防水措施越重要，也越有效。上游防水成功，對減少地下水排泄，減輕下游防水壓力有重要意義。而下游防水措施是對上游防水措施的補充和預防。 1在隧道地表，對洞頂的坑洼地區(qū)進行填平、充填或開挖排水溝槽，使洞頂不積水；對洞頂存在的塌入、地裂縫、鉆孔等地表水下滲通道進行充填和封閉，防止地表水下滲。 2對圍巖破碎地段、斷層破碎帶、涌水易坍塌地段等地下水豐富區(qū)段，應首先選用注漿堵水，防止地下水過度排泄，破壞環(huán)境，影響施工。注漿堵水可在開挖后向隧道圍巖壓注漿液，必要時也可以通過洞內超前注漿或地表壓漿等方法

6、進行預注漿加固。,3.隧道開挖后，采用噴射防水混凝土的方法封閉圍巖表面，減小滲水壓力，為隧道防水創(chuàng)造有利條件。如隧道圍巖存在較集中的裂隙滲水，可先用o形彈簧排水管進行排水，以免噴射混凝土在水壓力作用下開裂。 4在隧道初期支護與二次材砌之間全斷面設置專用防水層進行隧道防水。 5采用滿足結構抗?jié)B要求的混凝土進行隧道二次襯砌，寒冷地區(qū)凍害地段和嚴寒地區(qū)所采用混凝土的抗?jié)B等級不低于s8，其余地區(qū)不宜低于s6。 6對隧道襯砌中不可避免的施工縫、變形縫等，應進行專門的防水設計。(二)排水要求 隧道排水系統(tǒng)應當設計成為一個完整的排水體系。整個體系應連接可靠、排水通暢，其中任何一個環(huán)節(jié)的排水不暢，都會導致整個

7、排水系統(tǒng)排水失效，從而使水壓升高，發(fā)失滲漏事故,1隧道首先應當設計完善的地表及洞口排水管溝，使隧道具有一個良好的水流外排環(huán)境 2采用復合式襯砌的隧道，應當設計完整的排水系統(tǒng)：“環(huán)向排水盲管-縱向排水管-橫向排水管-路面排水溝(或路基中央排水管)-洞外”。 3對于具有明顯滲水裂隙、滲水點的隧道，在明射混凝土初期支護之前，應采用彈簧排水管或軟管引排滲水，減輕防水壓力。 4對于被防水層封堵的地下水，應采用環(huán)向盲管、土工布墊層等措施將其通暢的排入隧道排水系統(tǒng)。 5對于透過隧道防水層，被襯砌混凝土及其止水帶封堵的滲水，應采用可排水止水帶等設施，將其引排到隧道排水系統(tǒng)，以避免水壓力的升高。 6隧道排水系統(tǒng)

8、不同位置的排水能力應根據水力計算確定。排水管溝應設置必要的沉井、檢查井，便于檢查、維修和疏通。寒區(qū)隧道的排水出口應做好防寒抗凍措施。,一般公路隧道防、排水設計 一、 隧道洞外防排水設計,洞外防排水設計是指設計合理的隧道洞外地表水防排水措施，防止地表水下滲或向隧道內匯集。隧道洞頂地表水下滲合大量補充地下水，使隧道圍巖內地下水增加，水壓升高，給洞內防排水帶來不良影響，因此，應采取措施防止地表水下滲。在隧道洞口區(qū)域，地表水容易通過邊、仰坡向洞門匯集，地表水的浸泡、沖刷容易引起邊、仰坡失穩(wěn)滑塌、洞門失穩(wěn)或開裂等事故，因此，也應該采取措施防止地表水向洞口匯集。常用的洞外防排水措施有：洞頂地表處理、洞頂截

9、水溝、明洞防排水措施、洞門排水和洞口路塹排水等。,(一)洞頂地表處理 隧道要求重視防止地表水的下滲，其處理措施為填充、鋪砌、勾補、抹面等。對洞坑穴、鉆孔等均加采用防水材料充填密實封閉，隧道進出口段一定范圍地表采用注槳加固措施。 1.洞外排水應根據地形、地質、氣象等情況，結合環(huán)境保護全面規(guī)劃，綜合治理，因地制地設置疏水、截水、引水設施。 2隧道洞頂及其附近有井、泉、池塘、水庫、水田等，要考慮因修建隧道而造成地表水和地下水位降低、流失、井泉干枯，影響居民生活和農田灌溉的可能，應采用相應措施防止水土流失，注意不要將水源截斷和堵死。 3當洞頂有溝谷通過，且溝底巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，確認地表水對隧道影響較大

10、時，可采用槳砌片石鋪砌溝底，鋪砌厚度不小于30 cm。當溝底巖石破碎和隧道埋深較淺時，應結合隧道支護設計采用注漿加固措施。,(二)洞項截水天溝 洞頂截水天溝是修筑在距洞門邊仰坡一定距離外，環(huán)抱隧道洞門的截水溝。洞頂截水的主要目的是截斷洞口邊仰坡地表水來源，防止地表水沖刷邊、仰坡和洞門區(qū)域。水溝采漿砌片石鋪砌，厚度不小于30cm，斷面形式以梯形為主，石質地段可采用矩形。截水天溝設計應滿足以下要求： 1天溝設于邊仰坡坡頂以外不應小于5m，黃土地區(qū)不應小10m。天溝一般沿等高線一側或兩側排水。 2天溝坡度根據地形沒置，但不應小于0.5，以免淤積。當縱坡過陡時，一般在地面自然坡度陡于10%時，水溝應做

11、成階梯式，以減少沖刷。土質地面縱坡大于20或石質地段水溝縱坡大于40時，應設置抗滑基座，以確保縱向穩(wěn)定。 3.天溝斷面應根據流入截水溝的匯水區(qū)流量確定。水溝深度應高出計算水位20cm，寬度和深度均不小于60cm。 4天溝長度應使邊仰坡坡面不受沖刷為宜，下游應將水引至適當地點排泄，不宜將水引入路基排水邊溝排泄，應根據地形將水引至附近溝谷或涵洞.,(三)明洞防排水 相對于隧道暗洞，明洞防排水條件要優(yōu)越得多。一方面，明洞屬于明挖回填結構，可以迎水面(襯砌結構外側)設置防水層，其施工條件和防水效果要好得多；另一方面，明洞口沖刷方式可以人為設制，從而也能控制回填后明洞洞周的地下水流量和路徑。在控制明洞洞

12、周地下水方面，防排水措施主要有： 1明洞開挖邊坡以外應設置天溝。路塹對稱型、路塹偏壓型應于洞頂設置縱向排水溝，坡度與路線一致且不小于5，條件允許時可在山坡較低一側拉槽排水。洞頂排水溝采用矩形或梯形斷面，漿砌片石厚度不小于30cm，以防沖刷。 2洞項回填土石表面一般應鋪設粘土隔水層，且應與邊坡連接良好，以防地表水滲入。表面種草防護，可防雨水沖刷。 3明洞回填前和回填過程中，可在回填土石底層或層間埋設排水盲管(盲溝)：防止地表水下滲后在回填土石中滯留積水，增大水壓和明洞荷載。在結構性防水方面，明洞防排水應采取以下措施： 1.防水卷材采用兩布一膜，接縫采用雙焊縫熱融粘結技術。 2在明洞與洞門、明洞與

13、暗洞措接處，采取可靠的變形縫防水措施，搭接結構外鋪設防水層。,(四)洞門截排水 洞門截水的主要目的是截流洞口邊仰坡流下來的地表水，防止水流在洞門處下滲進入洞門結構，影響洞門結構安全、行車安全和美觀，采取的主要措施為： 1削竹式洞門應沿洞臉環(huán)向設置高度不小于30cm厚的鋼筋混凝土帽石，沿洞門環(huán)框內壁面設置滴水線，以防雨水漫流影響美觀。 2對于帶有冀墻的各類隧道洞門及明洞洞門，洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不小于150 cm，洞門冀墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不應小于100cm，洞門墻高出仰坡坡腳0.5m以上。,二、隧道洞內防排水設計,隧道洞內防排水設計可以分成洞內防水設計和洞內排

14、水設計。隧道洞內防水措施主要包括圍巖注漿堵水、復合防水層防水和襯砌混凝土防水；洞內排水措施主要有形彈簧排水管排水、環(huán)向排水管、縱向排水管、橫向排水管和路基路面排水系統(tǒng)。 (一)洞內防水材料 1防水卷材 主要用于防水層、防腐層、建筑防潮、簡易防水及臨時性建筑防水等，目前防水卷材主要為瀝青系防水卷材、高聚物改性系防水卷材、合成高分子防水卷材三大系列，若干品種規(guī)格，分類如圖,2結構自防水材料 結構自防水材料又統(tǒng)稱剛性防水材料，是指以水泥、砂石為原料，摻人少量外加劑、高分子聚合物等材料，通過調整配合比，抑制或減少孔隙率，增加材料界面間密實性，形成的具有一定抗?jié)B能力的水泥砂漿、混凝土類防水材料，可達到增

15、強混凝土結構自身防水性能的目的。 水泥砂槳類防水材料多作為附加防水層，用于有防水、防潮等要求的地下工程的迎水面和背水面，彌補工程中出現的蜂窩、麻面等缺陷。 混凝土類防水材料是”種既可防水又可兼作承重圍巖結構的材料，可用于地下工程及各種防水、輸水、貯水結構工程中。 這種材料具有較高的抗壓(抗拉)強度，耐久性、抗凍、抗老化性能較好，一般為無機材料，不燃燒、無毒、無異味，有透氣性，材料易得，造價低廉，施工方便，便于修補，綜合經濟效益好，因此結構自防水材料在國內外防水領域中均是發(fā)展方向。,3防水涂料 防水涂料主要用于構筑物內外堵防水、裝飾工程的防滲、堵漏。防水涂料一般按涂料的類型和成膜物質的主要成分進

16、行分類，按涂料類型分為溶劑型、水乳型、反應型三類，按成膜物質的主要成分可分為五類，,4嵌縫密封材料,洞內防水設計 1圍巖注漿 圍巖注漿堵水即在隧道圍巖的富水區(qū)段向地層灌注漿液，封堵地層中的滲水裂隙，減少流向隧道的滲水。圍巖注漿堵水既可在隧道開挖前從地表鉆孔實施，也可在隧道開挖后通過徑向或超前向圍巖鉆孔注漿來完成。在我國，由于經濟上的原因，在有水區(qū)段用向圍巖注漿的方法進行堵水常常被放棄。放棄圍巖注漿堵水，放任地下水外泄會導致多方面的不良后果：(1)洞內排水會破壞地下水的原有平衡，造成地下水資源流失，(2)地下水外泄可能沖蝕圍巖裂隙和軟弱夾層，不利于圍巖穩(wěn)定；(3)地下水攜帶大量泥沙，不利于隧道排

17、水通暢。,2復合式防水層 采用復合式防水層是復合式襯砌隧道防排水的核心內容。防水層由防水板及其墊層組成。防水板的作用是將地層滲水拒于二次襯砌之外，以免水與二次襯砌接觸并通過二次襯砌中的薄弱環(huán)節(jié)滲入隧道。墊層的主要作用是保護防水板，使防水板免遭刺傷。復合防水層的設計要點如下： (1)隧道初期支護與二次襯砌間的防水層，應選用耐老化、耐細菌腐蝕、易操作且焊接時無毒氣的高分子柔件防水卷材。防水層在拱部和邊墻全斷面鋪設，對環(huán)境要求高、不適宜排水的隧道應采用全封閉的防水襯砌結構。 (2)采用高分子柔件防水卷材防水層時，其背面也應鋪設排水盲溝或各種排水板。,(3)采用高分子柔性防水卷材防水層時，初期支護表面

18、的各種突出物和二次襯砌中預埋的各種構件不能鑿穿防水層，必須采用“無釘鋪掛”工藝。當無法避免時，該處需作特殊的防水處理。 (4)隧道防水層采用在初期支護與一次襯砌之間鋪設高分子柔性防水卷材。土工布在施工中不但能保護防水板，而且起到毛細滲水作用。 (5)防水層必須符合國標(GB 1222003)中各項指標的要求，盡量采用寬幅高分子柔性防水卷材，幅寬58m為宜，以減少接縫。主要指標：抗拉強度縱橫向14MPa，斷裂伸長率300，硬度40邵氏度。 (6)防水層搭接寬度100mm，采用自動爬焊機械雙焊續(xù)熱融粘結技術空加壓檢測標準是0.2MP壓力作用下5min之內不得小于0.16MPa。,3防水混凝土 混凝

19、土襯砌是隧道防水的最后一道防線。由于種種原因，總是有不同程度的地下水穿隧道防水層，為了防止?jié)B水穿遠混凝土襯砌進入隧道洞內，隧道襯砌一般宜選用防水混凝土土作為二次村砌材料。常用的防水混凝土有以下幾種：(1)普通防水混凝土(2)外加劑防水泥凝土 引氣劑防水泥凝土 減水劑防水混凝土 密實型防水混凝土,4變形縫和施工縫處理,洞內排水設計,支護噴射混凝土與防水板間設置，如果沒有滲水或滲水極少，則可以不沒，(2)當圍巖滲水嚴重時，環(huán)向排水盲管的縱向間距小，滲水量小時，縱向間距加大。,3縱向排水管 縱向排水管是沿隧道縱向設置在襯砌外側的透水管。縱向排水管的作用是將環(huán)向排水管和防水板墊層排下的水匯集并通過橫向

20、排水管排出。 分離式隧道內沿全長在二次襯砌兩側邊墻腳外側設置Pvc縱向排水半花管，斷面孔直徑68mm，間距10cm，并用Pvc排水管橫向連通至中心排水溝或排水邊構，Pvc管徑根據水力計算確定。 連拱隧道沿全長在墻頂部兩側拱腳和邊墻腳附近各設一道Pvc縱向排水半花管，并用Pvc排水管橫向、豎向連通至中心排水溝或排水邊溝。Pvc管徑根據水力計算確定，一般采用10cm。,4橫向排水管 橫向排水管位于襯砌基礎和路面的下部(如圖181)，布設方向與隧道軸線垂直，是連接縱向排水管與中央排水管的水力通道。橫向排水管通常為硬質塑料管，施工中先在縱向盲管口預留接頭，然后在路面施工前接長至中央排水管。對橫向盲管的

21、檢查，主要是接頭應牢靠、密實，保證縱向育管與中央排水管問水路暢通，嚴防接頭處斷裂，由縱向盲管排出之水在路而下濕流造成路而翻漿冒水，影響行車安全，其次是在橫向盲管上部應有一定的緩沖層，以免路面荷載：直接對橫向盲管施壓，造成橫向盲管破裂或變形，影響其正常的排水能力。,5路基路面排水管溝 路基路面排水管溝是將隧道內各種滲水、清洗廢水、消防水排出洞外的通道。在南方，內于不考慮管溝抗凍結作用，般在道路兩側設計路面排水溝作為各種水流共用的外排通道。而在北方，為了防止排水管溝在冬季凍結，影響排水效果，一般同時設置路面排水溝和路基排水管。路面排水溝僅作為路面清洗水、消防水的排泄通道，而路基排水管設置在隧道路面

22、中心以下一定深度的路基內。 路基路面排水管溝多采用預制混凝土管段按照一定的排水坡度拼裝而成。為了便于排水管溝的檢查、疏通和維修，排水管溝應當按照規(guī)范規(guī)定的間距設置沉砂井和檢查井。,寒區(qū)隧道防排水設計,1保溫水溝 保溫水溝采用淺埋形式，也就是淺埋于隧道內的最大凍結深度達到冬季水流不凍結的目的。 (1)保溫水溝一般適用于寒冷地區(qū)，員冷月平均氣溫在-10一-15之間，隧址區(qū)域當地粘性土的凍結深度在115m范圍內，且冬季有水或可能有水的隧道。 (2)保溫水溝的設置長度應根據隧道的長度、地下水量大小、水溫、隧道所處地區(qū)寒冷季節(jié)的主導風向、水溝坡度等因素綜合確定。隧道長度小于1000m以下全洞設置，隧道長

23、度大于1000m時，進出口300一400m范圍內均設置保溫水溝。 (3)保溫水溝一般采用側溝式，其結構形式應結合隧道襯砌斷面設計，在上下兩層蓋板之間充填保溫材料，厚度不小于35cm，下部為排水溝于30cmx 30cm，溝底縱坡應與隧道縱坡一致。 (4)保溫材料一般采用泡沫塑料、瀝淸玻璃棉、礦渣棉等，并應有防水措施。常規(guī)措施是將保溫材料四周用塑料薄膜或瀝青玻璃布包裹封閉，其長度以經常維修方便為宜。 (5)保溫水溝一般每隔50m設置檢查井，檢查井內設置沉淀他，以方便檢查和淸淤。,2中心深埋水溝 中心深埋水溝是將水溝埋置于洞內相應的凍結深度以下，充分利用地溫達到水溝內水流不凍結的排水目的。一般情況下

24、水溝埋置深度根據計算確定。 (1)中心深埋水溝常規(guī)適用于嚴寒地區(qū)，隧道所處地區(qū)粘性土的凍結深度在1525m范圍內，且冬季有水的隧道。 (2)中心深埋水溝斷面形式的選擇，主要根據隧道地質條件確定，其斷面尺寸應根據水利計算確定。一般情況下采用內徑不小于40cm的預制鋼筋混凝土圓管。 (3)中心深埋水溝的埋置深度指行車道邊緣最低點至水溝頂面的高度，應使其溝內水流不凍結為目的。一般與隧道的長度、地下水量大小、水溫、隧道所處地區(qū)寒冷季節(jié)的主導風向、水溝坡度等因素有關。有條件時，根據實測隧道內的氣溫及凍結深度確定。常規(guī)按隧道所處地區(qū)粘性土的最大凍結深度確定。 (4)中心深埋水溝的回填直接影響到水溝的使用功能。水溝采用素混凝土基座固定，回填材料除滿足保溫、方便施工外，先回填50 cm厚35cm碎石，然后至路面面層底面以下均采用水泥處置碎石排水基層材料回填。 (5)為了便于檢查維修，中心深埋水溝應設量沉淀