隧道防排水施工

楼子沟高水位隧道结构防排水施工摘要结合铜黄一级公路楼子沟隧道的工程实际情况，介绍了高水位公路隧道采用“无压防排水法”的设计和施工，通过选用优质材料，落实施工工艺，确保衬砌表面干燥无水，实践证明此法能满足隧道防排水要求。关键词公路隧道高水位防排水施工1工程概况1.1工程水文地质楼子沟隧道位于210国道铜黄一级公路K102+500-K109+400段内，上、下行隧道长度分别为725m、720m，穿越地层主要为Qeol+pl黄土状粉性夹黄土质粘土，土质均匀，最大埋深100m左右，上行线出口和下行线进口段洞口底及墙分布有第三系红粘土，具有弱膨胀势。隧道绝大部分地段处于地下水位线以下，隧道涌水量可达1.1m3/d·m。土的含水一般在19％—25％之间，最高达32％。1.2结构设计楼子沟隧道为黄土质隧道，按新奥法设计施工。围岩类别为I、Ⅱ类围岩，用正台阶法开挖，超前小导管注浆。采用复合式衬砌，初期支护设计用120a钢支撑、挂网锚喷支护，二次衬砌采用C25混凝土。2隧道防排水设计目前我国公路隧道结构防排水参照国外的做法，普遍采用“三道防线”。即按照“防、排、截、堵相结合，综合治理”的原则，采用一排、二防、三止水的方法，可使水害大大减轻，但由于地质条件复杂，施工工艺落实不够，选材不当等种种原因，不能确保隧道建成后表面干燥、无渗漏水。楼子沟隧道采用“无压防排水法”设计和施工，选用优质材料，落实施工工艺。从竣工至今5年有余，衬砌表面干燥无水，满足了隧道防排水要求。2.1防排水措施2.1.1柔性防水层明洞在衬砌背后设TDT400土工布和CPE防水板的复合式防水层，明暗洞接缝处设PE500排水板。暗洞在二次衬砌与初期支护之间铺设TDT400土工布和CPE防水板的复合式防水层，每隔5m设一条环向YAS排水半管。2.1.2疏排管道在明洞墙脚外侧设置碎石盲沟，盲沟底部设置纵向PVC排水管。在暗洞衬砌拱背，防水层与喷射混凝土之间设环向YAS排水半管，每5m设一道，在渗水地段加密设置。隧道边墙底部设纵向PVC排水管，采用Φ160×4PVC管(带孔)，并且用防水板包裹碎石及PVC排水管。隧道底部设横向排水管，纵向PVC排水管每隔100m被设置的检修井截断，并与横向PVC排水管相通，将水流人隧道中心排水管而排出洞外，构成一个完整的排水系统。洞内路面边沟设置在洞内电缆槽外侧(行车路面右侧)，主要排放消防及清洗水。具体隧道防排水结构见图1。2.2防排水材料为满足设计要求，做到二次衬砌不渗漏水，结合国内防排水材料生产现状，重点选取西安三联公司生产的CPE防水板。水利部西北水利科学研究所试验中心对CPE防水板技术性能进行了检测(表1)。3防排水施工3.1结构防水原则及结构防水体隧道结构处于地下水位以下，结构防水要求高，防水难度较大。本隧道结构防水遵循“无压排水法”的原则：结构防水共设3道防线，第一道为初支结构混凝土，第二道为防水层，第三道为二次衬砌混凝土，同时做好施工缝、变形缝等特殊部位的防水处理；在做好以上工作的同时，敷设部分环向YAS排水半管，进行适量的、控制性的排水。3.2YAS排水半管及仰拱排水盲沟3.2.1YAS排水半管设置在初期支护完成后，由于洞内地下水位较高，含水量大，曲墙部分渗漏水地段较多；采用了YAS排水半管排水后，基本上做到初期支护表面干燥。其操作要点如下：在隧道左、右两侧同一横断面上，用风钻打Φ40-Φ50mm孔6个，孔深30cm。6个孔分别布设在：起拱线附近钢拱支撑板上方1.5m处，以下1.0m及检修道标高处。用YAS排水半管从上至下覆盖孔口，上端高出钻孔1m并封堵端口，下端与Φ160纵向PVC排水管接通。YAS排水半管安设：先用水泥钉固定，每4m在其上及两边15em范围内用喷混凝土定型、顺接，喷层厚2cm，保证管孔畅通。设置距离：Ⅱ类围岩每5m一环，I类围岩每3m一环，在出水量较大地段每2m一环。YAS排水半管安设固定见图2。3.2.2仰拱排水盲沟的设置由于仰拱部位未设置防排水设施，在仰拱回填完成后，出现渗漏地段，对于渗漏的缝隙和孔洞，从混凝土表面凿槽，观察水流方向并处理。地下水流能疏干时，疏干后用配合比l：0.5-0.9的(水泥：五矶防水剂)防水砂浆补缝和孔洞；遇水流比较大、股流不断时，设置排水盲沟，根据具体情况凿成一定尺寸的凹槽，压人声25PVC塑料管，出口与中心排水管滤层接通，将水排入中心排水管，用水泥砂浆固定塑料管，抹平表面。3.3初期支护喷射混凝土提高喷射混凝土防水效果的实质就是增加喷射混凝土的密实性，减少其收缩变形裂缝，达到防渗漏目的。由于喷射混凝土水泥用量较多，易产生干缩犁缝，而且其质量与喷射混凝土技术关系密切。因此要想喷射混凝土不裂不渗，必须设计好用料级配，控制水灰比，选择好施工工艺。具体实施时采取以下有效措施。3.3.1围岩基面处理当围岩壁面有滴水、淋水或涌水时，应先治水。根据现场情况，治水可用堵(采用注浆堵水)、排(采用埋管引水)方法，从而保证喷射混凝土不带水作业，不改变喷射混凝土的配合比。3.3.2采用湿喷法施工工艺选用TK—961型湿喷机进行喷射混凝土施工，喷射混凝土均匀性好，抗压、抗渗强度均较高，而且粉尘、回弹较少。3.3.3对使用材料严格控制喷射混凝土使用材料主要有水泥、砂、石、水，对这些材料规格质量都应严格控制。其中石子最大粒径不大于15mm，其砂石最佳级配可参照表2。3.3.4合理选用外加剂为了提高喷射混凝土的早期强度和防水性能，喷射混凝土时一般都须添加一定数量的外加剂。外加剂的品种和用量也直接影响喷射混凝土的防水效果，必须合理选择。3.3.5喷射施工先喷3-5cm厚混凝土后，再架设钢架和钢筋网，再分层喷至设计厚度，以保证喷混凝土的密实性。现场实际情况表明，渗水多发生在网构钢架拱墙连接节点处。施工中采取以下措施：清除拱脚处的全部回弹料和碴土，并在施喷前用高压风水冲洗连接面；上齐扣紧全部节点的螺栓。3.4防水层在初期支护完成、围岩基本稳定后进行防水层施工。施工点距爆破面应大于150m，距灌注模筑衬砌处应大于20m。3.4.1喷射混凝土基面处理喷射混凝土基面不得有钢筋及凸出的管件等尖锐突出物，否则要进行割除，并在割除部位用砂浆抹成圆曲面，以免防水层被扎破。隧道断面变化或转变处的阴阳角均应做成圆弧，阴角处圆弧半径不小于10cm，阳角处圆弧半径不小于5cm。全面普查初支结构的渗漏水情况，沿着衬砌作业方向，超前进行初支结构注浆止水。3.4.2防水层铺设防水层铺设采用无钉热合铺设法。在喷射混凝土表面，先铺设TDT400土工布，贴上热熔衬垫，用射钉枪射水泥钉固定，钉长不小于50mm。衬垫数量平均拱部每平米3—4个，边墙每平米2-3个，呈梅花型布置。然后铺设CPE防水板，在有衬垫的地方用热焊机压焊，将衬垫与防水板焊接在一起。焊接温度与电压及环境有密切关系，施焊前必须进行测试，画出电压—温度关系曲线，供查用。防水板搭接采用ZPR—210型爬行热合机双缝焊接，中间留出空隙以便充气检查。检查方法为：用5号注射针头与打气筒相连，针头处设压力表，将打气筒加压至1.5MPa时，停止充气，保持该压力达2min；如果压力下降，说明有未焊好之处，用肥皂水涂在焊缝上，产生气泡地方为焊接欠佳处，需重新焊接，可用热风焊枪和电烙铁等补焊，直到不漏气为止。检查数量采取随机抽样的原则，每10条焊缝抽试1条。为保证质量，每天每台热合机焊接应制取一个试样，注明取样位置、焊接操作者及日期，供试验检查之用。3.5纵、横向排水管在二次衬砌施工前，将纵向PVC排水管下半周埋设在15号素混凝土管基中，上半周布置Φ6m~Φ8mm的梅花状小孔，用1-2cm碎石覆盖其上，并且用防水板包裹碎石及PVC排水管，使PVC排水管处于防水板包围中，严格使YAS排水半管中的漏水通过碎石过滤层进入纵向PVC排水管。每100m设置检修井截断纵向PVC排水管，在地下水集中涌出地段适当加密检修井，并与横向VC排水管相通，衬砌背后的地下水通过环向YAS排水半管、土工布汇集到纵向PVC排水管，再通过检修井导人横向排水管，构成一个完整的排水系统。3.6二次衬砌模筑混凝土施工中，用控制水灰比、水泥用量和砂率来保证混凝土的抗渗性能。3.6.1提高混凝土质量优化配合比设计，尽量减小水灰比，水灰比不能大于0.6，砂率为35％-45％，灰砂比为1：2.0-1：2.5。施工中严格按配合比准确计量。计量允许偏差为：水泥、水、外加剂为±1％；砂、石为±2％。结构混凝土的人模坍落度控制在11-14cm。3.6.2混凝土的搅拌与运输混凝土搅拌不仅仅使材料均匀混合，还起到一定的塑化和提高和易性作用，对防水混凝土的性能影响较大，拌和时间不小于2min。采用混凝土输送泵输送，在输送过程中要避免出现离析、漏浆。3.6.3严格控制混凝土施工工艺采用长度为10m的模板台车施作二衬。为保证混凝土结构的整体性，做到一次性完成。施工过程中严禁外来水渗透到正在浇灌的混凝土中。结构混凝土振捣采用插入式振捣棒混凝土结构内部设置各种钢筋或绑扎铁丝，不得接触模板。模板要架立牢固、严密，不能出现跑模现象。混凝土挡头板做到表面规则平整，避免出现水泥浆漏失现象。混凝土泵送人模时，左右对称灌注，沿隧道高度分层进行，每一循环应连续灌注，以减少接缝造成的渗漏现象。隧道拱墙一次灌注，后浇筑仰拱，保证其整体性。3.6.4拱顶混凝土灌注的特殊要求隧道拱顶混凝土灌注采用泵送挤压混凝土施工工艺，拱顶设计三个灌注孔，由后向前灌注。由于客观原因，拱顶混凝土往往会产生不密实、灌不满等现象，对此部位的混凝土施工，根据工程经验，在拱顶最高位置贴近防水板面预埋注浆管，一是作为排气孔，排除拱部空气，减小泵送压力；二是通过灌注过程观察流浆情况检查混凝土灌满程度；三是作为注浆管，对二衬实施回填注浆，以弥补混凝土因收缩或未灌满造成的拱顶空隙。3.6.5混凝土养护混凝土灌注完毕，待终凝后应及时养护，采用喷、洒水养护。由于台车和模板不能及时拆除，初期养护洒水至模板表面和挡头板进行降温，待拆模后，对结构表面及时进行洒水养护，保持混凝土表面湿润，养护期不少于14天，以防止在硬化期间产生干裂，形成渗水通道。3.7特殊部位防水3.7.1施工缝防水处理施工缝是结构防水的薄弱环节，须认真处理。本隧道在施工缝中设置预埋式橡胶止水带。严格按规范要求施工，浇灌、振捣混凝土时不得碰歪止水带。3.7.2变截面地段防水处理在紧急停车带大、小断面过渡处，棱边直接喷成圆弧面，或用防水砂浆抹成直径大于10cm的圆弧面。在地面根据断面大小、形状焊接成型防水板，在洞内直接铺挂。防水板铺设或焊接时考虑足够的富余量，避免混凝土灌筑时局部被拉坏。4施工质量控制要点a．原材料必须达到有关技术标准，且几何尺寸稳定；b．操作人员需经过专业培训，持证上岗；c．严格按设计要求进行YAS排水半管、防水层的施工；d．严格施工检查制度，对每一细节都必须检查并做好记录，检查不合格者坚决返工；e．对防水板的防护措施要得当。灌注二次衬砌混凝土时，振捣棒不得接触防水板，在已施工矮边墙上堆放料具时注意保护好防水板。参考文献1中华人民共和国行业标准．公路隧道施工技术规范(JTJ042--94)．北京：人民交通出版社，19952中华人民共和国行业标准．公路隧道设计规范(JTJ026--90)．北京：人民交通出版社，1990