軟弱圍巖隧道防排水設計探討

奚魏征

摘 要：文章以安康至嵐皋高速公路6座隧道為依托工程，根據項目區的氣候條件、工程地質、水文地質特點，分析了軟弱圍巖防排水設計對結構穩定性的影響，結合分析結果，提出短、中隧道和長、特長隧道防排水的差異性設計，為類似項目隧道防排水設計提供參考。

關鍵詞：軟弱圍巖 隧道防排水 差異性設計

經濟水平的快速提高進一步加快了我國公路交通建設的進程，在這一現狀下，隧道不可避免會遇到軟弱圍巖問題，對軟弱圍巖公路隧道的設計、施工及養護提出來更高的要求。軟弱圍巖的防排水問題日益突出，軟弱圍巖的防排水設計對結構穩定性的影響，運營期間檢修疏通的便利性，是隧道建設亟待解決的問題。作者對軟弱圍巖隧道防排水設計進行探討，以期進一步提高軟弱圍巖的公路隧道的設計水平，為類似工程設計提供參考。

1.工程概況

1.1地形地貌、地質構造、氣象條件

項目區位于秦巴山區，大巴山主脊橫亙區內南部，山勢自南向北傾斜，南部山區坡陡谷深、狹窄深邃，北部沿河兩側多為淺山丘陵。地貌類型主要為中高山、中山、低山和河谷階地等地貌。

項目區橫跨秦嶺南緣造山帶和揚子地塊兩個構造區，構造地質復雜，各類巖體發育，其構造變形屬于秦祁昆中央造山帶范疇。

本區地處內陸，受地勢影響，全區氣候差異較大。南部北大巴山地區，屬亞熱帶季風山地氣候。

1.2依托工程概況

依托工程共設置隧道9866m/6座，其中特長隧道3431m/1座，長隧道4975m/2座，中隧道702.5m/1座，短隧道757.5m/2座。

隧道按照雙向4車道高速公路標準設計，設計時速100km/h，中、長、特長隧道建筑限界寬度11.00m，短隧道與路基同寬，建筑限界寬度13.25m，凈高均為5.00m。

1.3地層巖性

中、長、特長隧道巖性較單一，均為下志留統梅子埡組千枚巖（S1m）。全風化千枚巖原巖結構、構造已全部破壞，風化呈黏性土狀；強風化千枚巖節理裂隙極發育，多呈張開～微張，巖石被節理裂隙分割成碎石、碎塊狀；中風化千枚巖節理裂隙發育，淺部呈微張，深部多閉合，裂隙中有石英脈充填，單軸飽和抗壓強度Rc為7.3～14.4MPa，軟化系數為0.54～0.73；微風化千枚巖巖質新鮮，含少量黃鐵礦，節理裂隙較發育，多閉合，巖體完整，單軸飽和抗壓強度Rc為9.7～19.2MPa，軟化系數為0.58～0.81。

月亮灣隧道（短隧道）地層巖性為下志留統梅子埡組砂質板巖（S1m）。強風化砂質板巖為變晶結構，板狀構造，節理裂隙發育，巖體較破碎，巖質軟，手掰易碎；中風化砂質板巖主要成份為絹云母，長石，石英，綠泥石等，變晶結構，板狀構造，錘擊聲清脆，不易碎?？梢娚倭渴⒓毭}充填，呈網狀或樹枝狀，巖體較完整，單軸飽和抗壓強度Rc為26.5MPa。

藥王廟隧道（短隧道）地層巖性為志留系下統梅子埡組（S1m）片巖。全風化片巖原巖結構、構造已全部破壞，風化呈黏性土狀；強風化片巖主要礦物成份為長石，碳質，綠泥石，絹云母等，片狀構造，鱗片變晶質結構，節理裂隙發育，巖體較破碎；中風化片巖主要礦物成份為長石，綠泥石，絹云母等，鱗片變晶質結構，片狀構造，節理裂隙較發育，巖體稍完整，飽和抗壓強度Rc=7.6MPa，軟化系數=0.73。

1.4最大涌水量預測

對依托工程各隧道最大涌水量進行預測，為隧道防排水設計提供依據。月亮灣隧道和藥王廟隧道（短隧道）最大涌水量預測分別為160.08m3/d、161.8m3/d；羅家灣隧道（中隧道）最大涌水量預測為416.48m3/d；謝家坡隧道和蹺溪河隧道（長隧道）最大涌水量預測分別為4158.6m3/d、3387.4m3/d；中河隧道（特長隧道）最大涌水量預測為5186.2m3/d。

2.軟弱圍巖與水的相互作用

眾所周知，水的可塑性極強，能夠通過節理裂隙滲入到隧道內部。地下水與圍巖的相互作用分為3種，具體危害詳見表1。

3.排水設計的適用性分析

目前隧道排水設計一般為中心溝和側式暗溝兩種型式，現根據項目區均為軟弱圍巖的特點，并結合兩種排水型式的優缺點，對其適用性進行分析，詳見表2。

4.軟弱圍巖防排水設計

4.1防排水設計原則

結合項目區的氣候條件、工程地質條件、水文地質條件特點和排水型式的適用性分析，提出隧道軟弱圍巖防排水設計采用以下原則：（1）一般段采用“防、排、截、堵結合，因地制宜、綜合治理”的原則，富水斷層段采用“以堵為主、限量排放、綜合治理”的原則；（2）排水系統應排出拱腳以下水，防止拱腳遇水軟化；（3）襯砌防排水設計充分考慮防排水系統的可維修性、養護疏通的便利性。

4.2防排水設計

（1）洞外和洞口防排水。①在邊仰坡坡頂以外≥5m處結合地形地貌設置洞頂截水溝，避免邊仰坡坡面被雨水沖刷；排水溝設置在洞門上方，及時排走坡面水。②明洞襯砌采用防水鋼筋混凝土，在襯砌外側鋪設兩層土工布（350g/m2），兩層土工布中間鋪設防水板（1.2mm厚EVA防水板）。③單坡隧道應在位于高側的洞外路基設置反坡排水，防止洞外路基水排入洞內，影響行車安全。

（2）洞身防水。①結構自防水：以注漿堵水、超前大管棚或小導管加固作為第一道防線；以噴射混凝土封閉圍巖裂隙作為第二道防線；以抗滲等級不應低于P6的二次襯砌防水（鋼筋）混凝土作為最后一道防線。②在初支與二襯之間設置土工布和防水板。③施工縫、沉降縫和伸縮縫是襯砌防水的關鍵部位。隧道內縱向施工縫采用鋼板膩子止水帶，環向施工縫設置中埋式橡膠止水帶，沉降縫采用中埋式橡膠止水帶與背貼式止水帶。

（3）洞身排水。①環向排水：為了及時、有效的排出圍巖裂隙水，消除二襯的靜水壓力，在初噴后設置φ110mm半圓排水管。特別注意的是，要對滲水嚴重部分還應進行加密設置，并將水引入縱向排水管中。②縱向排水：在襯砌背后左右側墻腳外均設置設φ160mmHDPE縱向半邊打孔雙壁波紋管，排水管縱坡與隧道縱坡一致。為確?？v向排水管的可維修性，每隔50m設置一處縱向管檢查井，左右兩側交錯布置，便于運營期疏通縱向排水管，確保排水通暢。③橫向排水：每隔10m設置一道φ160mmHDPE橫向排水管（最小坡度2%），將縱向排水管中的水引入排水溝。④排水邊溝：短、中隧道因涌水量較小，在行車道前進方向左右側設排水邊溝，運營階段采用揭蓋清淤，并在洞外設置油水分離池，避免洞內消防清洗用水直接排放；長、特長隧道在行車道前進方向左右側設路側邊溝，排放洞內消防清洗水，每隔25m設置一處沉沙井，在超車道下方設置矩形中心排水溝，每隔100m設置一處中心溝檢查井，檢修時僅需封閉一條車道。

5.結束語

綜上所述，文章根據項目區的工程地質特點，分析了排水型式的適用性；結合隧道涌水量，考慮整個防排水系統，統籌規劃，合理設計，提出了軟弱圍巖短、中隧道采用兩側排水邊溝，長、特長隧道采用中心排水溝的差異形設計。

參考文獻：

[1]JTG B01-2014，公路工程技術標準[S].北京：人民交通出版社，2015.

[2]張娜，王水兵，趙方方，等.軟巖與水相互作用研究綜述[J].水利水電技術，2018（07）：1-7.