1、公路隧道防排水技术公路隧道防排水技术吕吕 康康 成成 长安大学公路学院长安大学公路学院2019.5 2019.5 1.1.引引 言言 1.2 隧道常见病害 1）渗水漏水 2）衬砌开裂 3）限界受侵 4）路面破损1.1.引引 言言 1.3 1.3 渗漏水的危害渗漏水的危害 1)1)造成路面湿滑，威胁行车安全造成路面湿滑，威胁行车安全.2)2)引发各种冻害，恶化运营环境引发各种冻害，恶化运营环境.3)3)损伤隧道结构，影响长期稳定损伤隧道结构，影响长期稳定 2)2)增加洞内湿度，降低照明效率增加洞内湿度，降低照明效率.大板山隧道的冻害（1）大板山隧道的冻害（2）千阳岭隧道渗漏水千阳岭隧道渗漏水千阳
2、岭隧道路面斜缝千阳岭隧道路面错台千阳岭隧道洞壁擦痕新庄岭隧道检修道倾斜新庄岭隧道墙角旋转1.1.引引 言言 1.4 产生渗漏水的原因 1）认识问题 2）设计问题 3）施工问题 4）运管问题1.1.引引 言言 1.5 防范对策 1）业主重视 2）设计科学 3）施工精心 未雨绸缪，不留隐患。2 公路隧道的防排水体系两个基本概念 隧道防水防止地下水沿隧道径向流动 隧道排水排走可能沿径向流向隧道的地下水3 围岩注浆堵水（防水圈1）现状：国外重视 国内放弃（赛里木隧道）观点：一劳永逸，一举两得，封堵为宜。3 围岩注浆堵水（防水圈1）条件 方法 1）断层破碎带 超前导管注浆 2）裂隙水发育区 围堵法、洞顶
3、扇区法2 公路隧道的防排水体系4 隧道防水层（防水圈2）构成：防水板+土工布（复合、分层）防水板材料：PVC EVA LDPE HDPE等 规格：幅宽 20006000 mm 厚度 1mm 工艺：铺挂，拼幅 铺挂方法：吊挂法、热合法、LV法 4 隧道防水层（防水圈2）4.1 施工期防水层缺陷 1）拼幅焊缝不严 2）防水板损伤 4.2 运营期防水层损伤喷射砼表面 隧道运营期防水层损伤原因隧道运营期防水层损伤原因 图图1 1 防水层力学性态试验试件规格与加载模式防水层力学性态试验试件规格与加载模式 喷射砼表面力学性态模拟试验结论力学性态模拟试验结论：1)1)粗糙表面会导致防水层损伤粗糙表面会导致防
4、水层损伤 2)2)平滑表层有利于防水层保护平滑表层有利于防水层保护 防水层保护措施防水层保护措施1 1）喷射混凝土的表面用砂浆罩面喷射混凝土的表面用砂浆罩面 2 2）喷射混凝土的表面用卵石作粗集料喷射混凝土的表面用卵石作粗集料 表层喷砂浆人工抹光2 公路隧道的防排水体系5 衬砌和施工缝防水（防水圈3）5.1 衬砌渗漏 原因：（对策）1）衬砌裂缝 （1）拆模过早 （按规范要求控制拆模时间）（2）温变应力 （让衬砌段自由变形）（3）围岩压力 （使衬砌适应围岩压力）2）砼不密实 （1）材料不匀 （避免之）（2）振捣不良 （避免之）（3）浇注间歇 （避免之）5 衬砌和施工缝防水（防水圈3）5.2 施工
5、缝渗漏 原因：1）渗水下排不畅渗水下排不畅 2 2）止水带、膨胀橡胶条周围不密实）止水带、膨胀橡胶条周围不密实 3 3）止水带接头不严）止水带接头不严施工缝渗漏原因施工缝渗漏原因 1 1）渗水下排不畅渗水下排不畅 图图2 2 现行的施工缝防水构造现行的施工缝防水构造 2 2）止水带、膨胀橡胶条周围不密实）止水带、膨胀橡胶条周围不密实 施工缝防水不严3）施工缝止水带接头不严5.3 5.3 可排水止水带可排水止水带可排水止水带及其设置可排水止水带及其设置 排水通道膨胀橡胶条止浆滤水带drainage holefilterexpandable rubber绕道detourjoint施工缝翼缘wing
6、环向施工缝下部排水构造环向施工缝下部排水构造 衬砌环向施工缝下部排水构造衬砌环向施工缝下部排水构造 传统安装工艺存在的问题传统安装工艺存在的问题 图图6 6 止水带传统安装方法止水带传统安装方法 concrete liningjoint接头防水层water stopper衬砌接头joint防水层water stopperconcrete lining衬砌5.4 止水带无接头安装工艺止水带无接头安装工艺 衬砌基础上预留止水带安装槽衬砌基础上预留止水带安装槽 p r e p a r e d s l o t预 留 槽l i n i n g b a s e衬 砌 基 础2 公路隧道的防排水体系6 喷射
7、砼与防水层间隙的排水 常规设计：1）沿隧道纵向510m设置1条（准）环向排水管。2）环向排水管下端与纵向排水管相接。可能的改进：1）环向排水管实现全环向，下端与中央排水管相通。2）纵向排水管辅助环向排水管排水。2 公路隧道的防排水体系7 防水层与衬砌砼间隙的排水 现状：目前设计中未考虑 观点：1）应考虑 2）可排水止水带可部分解决问题2 公路隧道的防排水体系8 纵向排水 现状：纵向排水管的排水坡度与路面纵坡一致 观点：纵向排水管在纵向可呈波浪状，局部加大水力坡度9 横向排水与中央排水 注意：1）上下游妥善连接 2）照图施工，保证坡度 3）谨防淤堵 10 10 总总 结结 渗漏水是隧道的常见病害
8、，只有科学设计，渗漏水是隧道的常见病害，只有科学设计，合理选材和精心施工，才能避免隧道渗漏水合理选材和精心施工，才能避免隧道渗漏水的发生。的发生。隧道防冻隧道防冻 隧道冻害可分为两大类（1）洞内结冰（2）结构因冻损伤 前者影响车辆的正常行使，后者影响结构的长期稳定，两者都是隧道安全运营的隐患。冻害成因（1）关于隧道洞内结冰冻害，具有圈层构造的防水体系未能充分发挥作用是洞内渗漏结冰的主要原因，排水体系因冻不能正常工作也对渗漏结冰有很大影响。（2）关于结构因冻损伤，有衬砌结构因壁外冻胀损伤和衬砌结构因内部冻胀损伤两种情况。结构因冻损伤（1）衬砌结构因壁外冻胀损伤（2）衬砌结构因内部冻胀损伤衬砌壁外
9、冻胀衬砌壁外冻胀 衬砌结构因壁外冻胀损伤发生的条件：（1）衬砌壁外有一定的积水（2）一定范围内温度低于0 当积水或/与围岩冻结体积膨胀时，会对衬砌结构施加作用力，如果此作用力很大，则可能使结构受到损伤。可将这种冻胀损伤称为宏观冻胀损伤。宏观冻胀损伤源于冻胀体对衬砌结构施加的压力。衬砌壁外冻胀发展示意图衬砌壁外冻胀 研究宏观冻胀时两个重要因素通常被忽视：一是水体的外开放性，即从衬砌外表面向围岩的各个方向，都可能有水体进退的通道；二是冻结过程的渐进性，即在隧道的横断面内，冻结过程是沿隧道的径向逐渐向外发展的。过程说明 前图为衬砌壁后空腔充水后冰冻发展过程的示意图。水体冻结从衬砌的外表面开始，0等温
10、面逐渐向外推进。此间，水体通过围岩节理裂隙提供的各种通道向外排挤。当冰冻发展到空腔壁面时，空腔完全被冰体占据。之后，渗水无法进入冰体，冰体的体积不再扩大，所以冰体难以对衬砌结构施加较大的冻胀压力。冰冻过程发展到一定程度后，0冻结面会处在围岩内的某个位置，其内是冰冻围岩，其外是饱水围岩。考虑到冰冻的发展过程，冰冻围岩因其内裂隙水冻结而引起的自身体积增加微乎其微，所以，“围岩的冻结深度愈大，衬砌结构所受的冻胀压力愈大”的观点是错误的。因此，宏观冻胀损伤在隧道设计时可以不予考虑。衬砌内部冻胀衬砌内部冻胀衬砌内部冻胀可分为细观冻胀和微观冻胀细观冻胀是指隧道衬砌内部存在裂缝或空洞并充满渗水，此渗水冻结体
11、积膨胀，在衬砌内向裂缝或空洞的壁面施加作用力的现象。细观冻胀会使裂缝发展、连通，不断损伤隧道衬砌结构，威胁衬砌结构的长期稳定。微观冻胀是指隧道衬砌内部或表面存在微小空隙并充满水分，这些吸附水分冻结体积膨胀，给其周围的混凝土材料施加作用力的现象。细观冻胀会破坏混凝土的内部结构，使水泥、细骨料、粗骨料之间的联系逐渐断裂，混凝土表面不断脱皮。细观冻胀在振捣不密实、抗渗性差的混凝土内危害性很大。因此，衬砌内部冻胀有很大的破坏力，工程建设中应注意防范。春融期冻害原因 (1)防水层两侧界面排水不畅（2）纵向排水管冻结 （3）出水口封冻(1)防水层两侧界面排水不畅 解冻三阶段 A B C衬砌冻结线衬砌防水层
12、防水层衬砌冻结线围岩冻结线围岩防水层围岩（2）纵向排水管冻结春融期地下水压力较大 原因：（1）地下水由地表水补给；（2）一些地带地表先于隧道围岩解冻；（3）春融期隧道下半部排水不畅。冻害预防（1）防渗漏水（2）防衬砌裂缝（3）设环向保温排水管（4）电供热防冻预案衬砌裂缝预防 实践表明，寒区隧道衬砌较非寒区隧道的更容易出现裂缝，而且裂缝更容易发展。其原因在于寒区隧道衬砌内容易出现较大的温度应力。一旦衬砌内有原生的或后生的裂缝出现，当寒冷季节衬砌温度大幅度降低时，如果衬砌不能自由收缩，则在衬砌内就会出现一定的温度应力，特别是，在裂缝的尖端，会发生较大的应力集中，使裂缝发展。久而久之，裂缝会由线状发
13、展为网状，严重时衬砌掉块，威胁隧道结构稳定与行车安全。消除或减少衬砌温度应力主要有两条途径：一是减少衬砌在寒暑季节的温度差；二是减小温变过程中的不利约束。保温环向排水管保温环向排水管 寒冷地区的隧道常因衬砌壁后排水系统的冻结，特别是环向排水管的冻结，而导致隧道排水不畅1011。现有的隧道保温方法有两种：一是在隧道衬砌的外表面全面设置保温层；二是在隧道衬砌壁后全面设置保温层。第一种方法的不足在于：在寒冷季节，如果隧道衬砌防水不严，渗水会浸湿衬砌表面的保温层，降低其保温性能，逐渐使保温层起皮脱落，渗水在衬砌或路面流淌并结冰。第二种方法的不足在于：没有注意保温层的防水防潮，保温层常年处于潮湿的环境中
14、，其保温性能会大幅降低。保温环向排水管保温环向排水管保温环向排水管保温环向排水管 事实上，只要环向排水管畅通，洞顶衬砌后就不可能有大量积水，所以隧道保温的首要任务是保证环向排水管畅通。为此，可采取局部保温措施。具体方法是：沿初期支护表面的环向排水管设条带保温层。条带保温层由4层材料组成，从初期支护表面到衬砌壁后，依次为土工布、高分子防水板、保温材料、高分子防水板。土工布为垫层，两层防水板将保温材料夹于中间，四周用热合法密封，保证保温材料的防水防潮和高效保温。紧贴土工布的高分子防水板两侧与隧道常规的防水板热合拼接，使条带保温层与隧道防水层融为一体。在寒冷地区，环向排水管应直通至路面下的中央排水管
15、。路面下方的环向排水管用防水防潮且断面呈环状的保温层保温。隧道供热预案隧道供热预案 一般来说，隧道供热服务于隧道排水。隧道供热有电热、地热、热风和暖气等多种方式，供热系统往往需要较大的工程投资和可观的运营费用，应当慎用。在隧道冻害多发地区，隧道建设中可考虑一种电热融冰预案。具体做法是：衬砌施工时，在衬砌与防水层间预埋UPVC塑料管，该塑料管下端至纵向排水管，上端从距路面约6m处弯出衬砌。隧道运营过程中，若某些衬砌段因壁后“下冻上融”而发生渗漏，则可向这些衬砌段的预埋管内插电热带，并通电供热。热能的局部传导，能在衬砌壁后形成一条排水通道，隧道顶部的积水便可得以排泄，从而消除隧道的渗漏及其引发的各
16、种冻害。对于没有渗漏水和冰冻的衬砌段，则无需插电热带和供电。隧道供热预案隧道供热预案预埋UPVC管施工缝预埋UPVC管防水层电热带（1）电热带：通电后能产生热量的电线（2）特点：能自动控制温度（3）形状：圆或扁断面（4）材料：导电塑料（4）发热原理：电阻随温度正变，达温常阻电热带电加热带的型号与性能指标 防水层与衬砌之间设置电热带（1）预埋UPVC管施工缝预埋UPVC管防水层防水层与衬砌之间设置电热带（2）衬砌砼UPVC管防水层排水管预埋UPVC管防水层与衬砌之间设置电热带保温出水口构造保温出水口工程措施 1）根据实际情况调大排水坡度；2）尽可能将出水口设在背风朝阳处；3）用沥青涂黑浆砌片石表面；4）在排水管路上方设岩棉保温层；5）在排水管路外侧预埋电热带穿线管，必要时穿电热带对排水管路进行加热。结语结语 导致隧道渗漏的原因很多，在寒冷地区由于排水管路封冻和衬砌壁后的冰冻使渗水下排不畅，更易引发隧道渗漏；反过来，因为渗漏水的出现，在寒冷地区的隧道内必然会发生各种冰冻。春融期寒冷地区隧道渗漏与冰冻的这种因果关系，使隧道的冻害很难用单一的工程措施或某种新材料就能很好预防。因此，在新隧道的建设中必须坚持综合防治的原则，把握好设计、施工的各个环节，才能取得理想的防范效果。谢谢！
