非飽和黃土軟巖公路隧道防排水技術研究

文/雷立強 中交第一公路勘察設計研究院有限公司 陜西西安 710065

非飽和黃土軟巖在地下水的影響下，強度和承載力等工程性質會發生明顯的變化，是影響隧道的整體安全的關鍵因素。本文對非飽和黃土軟巖隧道防排水系統的影響因素和地下水的危害和防治進行了簡單分析。

1、隧道排防水結構的影響因素分析

1.1 地形地貌的影響

黃土的地貌主要分為塬和峁梁兩大類。黃土的地下水為松散巖類孔隙潛水，大氣降水為地下水的主要補給來源。孔隙、垂直節理為地下水的主要徑流通道，以泉的方式排泄于溝谷。黃土塬受大氣降水、地下水儲存遠比黃土梁峁接要好,但地下水排泄條件要差的多, 故而黃土塬的地下水較豐，滲水量較大。

1.2 環境氣溫與凍深的影響

我國黃土隧道主要分布于西北地區，經常伴有凍害。若隧道防排水結構設計不夠合理，不僅危害行車安全，還嚴重影響隧道使用壽命。因此應查明隧道區域的凍結深度，針對性的采取排水溝處于凍結深度之下、相關檢查井增設泡沫或聚氨酯保溫層、水溝出水口設置于向陽位置及設置保溫出水口等相應措施，以免排水通道凍結、凍脹失效確保隧道的安全性、延長其使用年限。

1.3 施工方法與襯砌結構的影響

設計防排水系統時，確保隧道結構安全的情況下，要充分考慮防排水系統的實用性以及經濟性。通過對非飽和黃土軟巖的結構分析并與其它工程隧道進行對比，發現利用模筑防水混凝土+防水板的復合襯砌結構是最佳經濟合理的，且實際效果比較良好、施工比較方便。

1.4 地層巖性與地質構造的影響

通過研究地層巖的特征發現:泥巖在受到水浸濕之后，會產生略微的膨脹、使其強度降低，因此必須確保排水系統的可靠性;非飽和黃土具備非常嚴重的濕陷性，受水浸濕后會產生較大的濕陷量，所以要防止隧道下部地下水匯流到一起，可以利用中心排水溝使隧道內部的地下水順暢排出。通過分析隴東地區離石非飽和黃土實例隧道地質構造可知:離石黃土與下伏第三系紅色泥巖不能夠整合接觸。不可能出現特大泥石流進入到隧道內，所以隧道洞體內的排水結構應該以“防排結合”為設計原則。

2、非飽和黃土地下水對隧道結構穩定性的危害及防治

2.1 非飽和黃土地下水對隧道結構穩定性的危害

（1）隧道基底受到水的浸濕后，黃土含水量增大，強度下降，產生下沉現象；泥巖受到地下水浸濕后，會出現輕微的膨脹，承載力嚴重下降進而導致路面電纜槽產生形變、裂紋，同時也會造成襯砌斷面呈圓環狀開裂。（2）隧道圍巖的含水量逐漸增大，造成松動圈不斷外擴，進而襯砌垂直壓力、側向水平壓力也隨之漸漸增高。此時襯砌結構所受到的壓力再次增高，當超過其允許承受范圍之后，襯砌拱部或者側墻產生錯臺、裂縫等。（3）襯砌體存在滲漏水現象，當氣溫降低后，造成路面、墻面出現結冰，從而對過往車輛產生嚴重的安全威脅。（4）經過長時間后，由于過往汽車排出的汽車尾氣包含一定量的co1以及co2，這兩種化學成分會與水產生化學反應，生成的物質具備一定的堿侵蝕性，從而造成襯砌體的滲水位置出現酥松、墻體脫落、起毛等嚴重損害襯砌結構強度的現象。

2.2 非飽和黃土軟巖隧道地下水致結構不穩定的防治

（1）“以排為主、防排結合”是防排水系統應當遵循的原則，應形成完整的防、排水體系，使隧道防水可靠，排水通暢，保證初期支護或一次襯砌無大股出水點，二次襯砌背后排水順暢，運營期間隧道內不滲、不漏，基本干燥，形成完整有效的防、排水系統。施工中應嚴格控制施工質量，保證防水層的封閉和排水的通暢，其發揮功能。嚴格控制采購防排水材料物理性能及耐久性滿足設計及規范要求的，落實仰拱、仰拱填充、二襯接縫“三縫合一”等工藝要求，對排水管連接、防水板的鋪掛及保護、襯砌接縫部位止水帶的設置施工等關鍵工序從細節上進行控制。應加強排水工作，避免浸泡拱腳及基底，可在掌子面開挖臨時排水溝引排掌子面滲水，反坡段可在仰拱段設置集水坑攔截已施工段落匯水，并用水泵抽至附近水箱，再通過水管分級排至洞外。（2）巖土在遭水浸濕后，各力學參數嚴重下降。當非飽和黃土隧道下伏基巖為泥巖或砂巖等弱透水性巖層，但隧道并未穿越交界面時，應充分考慮應季節變化及隧道開挖引起地下水位線的變化及黃土飽和承載力的減弱，因此在對隧道的結構穩定性進行計算時，要按最小值校核。（3）為了避免隧道基底由于地下水不能及時排出而發生軟化現象，因此宜在仰拱下部設置中心排水溝，必要時要考慮在隧道下方設置泄水洞。（4）當隧道通過的地段為泥巖地質結構、淺埋段為非飽和黃土地質時，由于泥巖地層透水性差，其與非飽和黃土在交界層會匯集一定量的地下水，引起此地段的泥巖風化層以及非飽和黃土呈飽和狀態，從而增加了施工難度并且對后期的隧道質量產生嚴重的危害。當隧道完工后，可以讓排水系統快速向洞體外部排出地下水，從而降低此處的地下水流對襯砌體的損害，因此人字坡是隧道的最佳設計形狀，但是為了防止因鹽分結晶造成排水管道堵塞問題，縱坡的坡率也不能太小。

結論：

非飽和黃土軟巖公路隧道防排水是公路隧道建設面臨的大問題，排防水問題常常不能引起重視，但建成使用后很快卻有了滲漏或拱腳沉降等水害質量問題，繼而發展成拱墻、拱頂或路面裂縫，出現嚴重質量和安全問題。在非飽和黃土軟巖公路隧道排防水施工技術及質量控制研究中，應將防水施工質量和集排水施工質量均視為重點。要正確判斷隧道地下涌水類型，采取有效的排防水措施設計，確保隧道長期正常運營。