新型防排水設(shè)計(jì)在隧道工程課程教學(xué)改革中應(yīng)用探討

劉 寧 陳 坤 劉遠(yuǎn)明 鄔忠虎 程金科

（貴州大學(xué)土木工程學(xué)院 貴州·貴陽(yáng) 550025）

1 探究背景

我國(guó)西南地區(qū)山地居多，橋隧工程在道路或鐵路工程中占很大比例。隧道工程常有“十隧九漏”之說，滲漏水一直是隧道工程的頑疾。隧道施工區(qū)域過程中，受地下水影響的隧道圍巖穩(wěn)定性變化以及突水[1]、突泥等問題一直困擾著工程界，造成滲漏水主要體現(xiàn)在兩大方面：一是排水不順暢，二是防水設(shè)施達(dá)不到規(guī)范要求。另外，《隧道工程》作為交通土建本科規(guī)劃教材之一，傳統(tǒng)教學(xué)方法與計(jì)劃難以滿足西南地區(qū)軌道交通時(shí)代人才需求。存在課程內(nèi)容與工程實(shí)踐脫節(jié)，試驗(yàn)教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)需求脫節(jié)等問題[2]，成為制約隧道工程課程教學(xué)的問題之一。

2 設(shè)計(jì)思路及理念

隧道的防排水[3]是隧道工程中的重中之重，在施工過程中解決好防排水問題[4]，是保證隧道工程質(zhì)量的關(guān)鍵，能夠在一定程度上削減隧道的水害問題。新型隧道防排水結(jié)構(gòu)體系充分優(yōu)化防水板、排水板、止水帶、盲管等防排水節(jié)點(diǎn)，在山嶺隧道中試用驗(yàn)證具有防水可靠、排水順暢、安裝工藝簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。開展新型結(jié)構(gòu)體系非均勻單向滲透狀態(tài)及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)研究，驗(yàn)證該防排水結(jié)構(gòu)地鐵隧道應(yīng)用的可行性。新型排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下方面。

（1）防水板（層）蜂巢狀防擠壓及表面水流通道設(shè)計(jì)（見圖 1）。

圖1：蜂巢狀防水板

（2）排水管（槽）流量流速設(shè)計(jì)。

（3）節(jié)點(diǎn)方式“人字”防堵塞型設(shè)計(jì)（見圖2）。

圖2：“人字”形節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

上述教學(xué)內(nèi)容緊密圍繞西南富水巖溶地區(qū)隧道工程實(shí)際問題，創(chuàng)新隧道工程教學(xué)改革內(nèi)容。怎樣將新型設(shè)計(jì)植入隧道工程教學(xué)中值得每個(gè)教學(xué)工作者思考和探索。

目前隧道在設(shè)計(jì)、施工及營(yíng)運(yùn)期并無有效的防止、治理措施，下穿河流滲漏水和水環(huán)境保護(hù)成為制約隧道長(zhǎng)期安全服役的瓶頸。新型防排水設(shè)計(jì)在布局（防止堵塞）、理念（愛護(hù)管材）、方法（施工工藝）、思路（配套裝備）上打破常規(guī)，尋求突破。主要瓶頸問題包括：

（1）地下工程排水系統(tǒng)致塞機(jī)理不明。地下排水系統(tǒng)附有沉淀結(jié)晶物、巖溶水和泥沙的混合物、隧道內(nèi)的圍巖顆粒及圍巖碎片等多種沉積物，判斷不清是什么沉淀物使得排水系統(tǒng)堵塞，需要進(jìn)一步探討。

（2）隧道防排水管材安裝運(yùn)行、維護(hù)技術(shù)不足。隧道防排水管材在安裝過程及維護(hù)過程中出現(xiàn)安裝破損、圍巖變形初襯-二襯擠壓破損等問題。

（3）管道結(jié)構(gòu)、布置、連接存在缺陷。未做并針對(duì)性地對(duì)防排水管道的結(jié)構(gòu)布置以及連接等巖溶隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)。

針對(duì)這種環(huán)境敏感、地質(zhì)復(fù)雜、常年流水，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)防水提出更高要求，運(yùn)營(yíng)地鐵維修作業(yè)時(shí)間短、操作空間有限、排水系統(tǒng)堵塞等諸多限制，為從源頭解決該隧道防排水技術(shù)難題，筆者提出新型隧道防排水結(jié)構(gòu)，探尋一種更科學(xué)、安全、合理、成本低的一種新型防排水結(jié)構(gòu)體系來實(shí)現(xiàn)解決巖溶隧道滲漏水和水環(huán)境保護(hù)難題。

圖3：?jiǎn)栴}分析示意圖

3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及評(píng)價(jià)

利用巖溶隧道新型防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工指南[5]，模型制作過程要求學(xué)生用白色 PVC板制作蜂巢狀防水板，制作防水板需要將多塊白色PVC板用速干膠膠結(jié)在一起，然后用工具刀將軟性白色橡膠棒切割成均勻大小，然后再用速干膠將切好的橡膠棒粘接在已經(jīng)制作好的防水板上（切割橡膠棒后，注意將端面磨平以避免膠結(jié)后存在空隙，水流不按設(shè)計(jì)路線流動(dòng)）；將PVC排水管道通過彎管接頭連接或者通過加熱使得PVC管道中部軟化后，由傳統(tǒng)的垂直連接轉(zhuǎn)換為曲線連接模型，模型的制作過程由4名同學(xué)組成小組方式設(shè)計(jì)制作[6]。

模型計(jì)算說明書的主要章節(jié)：

（1）設(shè)計(jì)材料參數(shù)：介紹模型的制作所選取的參數(shù)已經(jīng)原因。

（2）設(shè)計(jì)步驟：在計(jì)算說明書中寫出如何設(shè)計(jì)構(gòu)思該模型。

（3）方案比選：在模型制作中應(yīng)設(shè)置不少于3個(gè)方案，進(jìn)行比選后得出最佳方案。

（4）設(shè)計(jì)圖紙：結(jié)合設(shè)計(jì)方案畫出相應(yīng)的圖紙并注明相關(guān)參數(shù)。

（5）建造步驟：寫出制作的完整步驟及相關(guān)的措施。

（6）風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)策。

準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行后新型結(jié)構(gòu)安裝工藝、接縫止水帶安裝與接頭工藝和隧底排水系統(tǒng)裝配式工藝等。

團(tuán)隊(duì)作品評(píng)分為100分，包括：

（1）理論分析（20分）。內(nèi)容完整性、計(jì)算正確、排版規(guī)范。

（2）防水結(jié)構(gòu)選型（10分）。作品構(gòu)思合理性、實(shí)用性、創(chuàng)新性。

（3）格排水模型制作（10分）。作品制作質(zhì)量、美觀性。

（4）水試驗(yàn)（10分）。該項(xiàng)得評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)按照模型排水量和承水壓比值大小評(píng)定。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合西南地區(qū)巖溶隧道圍巖等級(jí)、水文環(huán)境等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)新型防排水系統(tǒng)，通過分析新型防排水系統(tǒng)環(huán)境、施工及防排水能力等，探索新型防排水設(shè)計(jì)模型在隧道工程教學(xué)的應(yīng)用，增加學(xué)生對(duì)隧道防排水知識(shí)的理解，助力應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。