富水地區山岳隧道設置壓力閥新型防排水系統工程應用

■李道松

（福建省交通工程造價站，福州 350001）

富水地區山岳隧道面臨高地下水位作用，傳統隧道防排水做法是在襯砌防水層與隧道初襯之間設置環向排水盲管，環向排水盲管與隧道縱向排水管在隧道側墻相連，隧道路面結構下方設置碎石層作為水平向排水層[1]。 傳統以排水盲管為主的隧道排水系統在圍巖壓力和淤堵下易發生排水失效，導致隧道襯砌滲漏等工程災害，可能影響隧道運行安全[2]。 福建省羅寧高速飛鸞嶺隧道運營過程中出現隧道襯砌滲漏共60 處， 襯砌滲漏原因為受圍巖壓力、細顆粒和碳酸鈣沉積產生的淤堵而導致排水失效[3]。 隧道排水可能降低地下水位，產生地面沉降等災害危及建筑物安全，并可能影響周圍居民生活和農業用水安全[4-5]。 本文提出設置壓力閥新型隧道防排水系統[6]，采用外包土工布的S 型排水板代替傳統排水盲管，提高隧道排水可靠性，設置壓力閥控制地下水排放量， 減小隧道排水對周圍環境的影響。 依托福州北二環通道北嶺隧道，將設置壓力閥新型隧道防排水系統應用于福州北二環通道北嶺隧道， 介紹設置壓力閥新型隧道防排水系統組成、設計施工、現場監測，并根據實測數據對應用效果做出評價。

1 設置壓力閥新型隧道防排水系統

針對傳統隧道排水盲管的諸多弊端，將外包土工布的S 型排水板替代排水盲管（圖1），并采用外包土工布S 型集束排水管作為縱向排水管（圖2）。設置壓力閥新型隧道防排水系統見圖3， 包括防水系統、 外包土工布的S 型排水板環向排水系統、路面結構下方外包土工布的S 型排水板水平向排水系統、 外包土工布S 型集束縱向排水管和壓力閥；具體步驟如下：（1）隧道防水系統采用防水板，與傳統隧道防排水做法類似；（2）隧道環向排水系統由外包土工布的S 型排水板構成，根據場地水文地質條件， 沿隧道縱向每隔5～15 m 設置1 道隧道環向排水，在隧道邊墻拱腳處通過三通連接件與縱向集束排水管相連；（3）仰拱路面結構橫向排水系統包括土工布、10 cm 碎石墊層、外包土工布的S 型排水板、土工布和土工膜等，外包土工布的S 型排水板在仰拱路面結構下方沿隧道縱向每隔5～15 m 設置，一般與隧道環向排水采用相同間距，地下水通過橫向排水系統導入縱向外包土工布S 型集束排水管；（4）外包土工布S 型集束縱向排水管設置在隧道邊墻拱腳處，外包土工布的S 型排水板和路面結構下方水平向排水系統通過三通連接件與外包土工布S 型集束縱向排水管相連接， 組成縱橫交錯的排水系統；（5）環向排水末端設置壓力閥，自適應控制地下水排放量，既減小作用在隧道襯砌結構地下水壓力，又減小地下水排放對周圍環境的影響。

圖1 外包土工布的S 型排水板

圖2 外包土工布的S 型集束排水管

圖3 設置壓力閥新型隧道防排水系統

設置壓力閥新型隧道防排水系統優點在于：（1）外包土工布的S 型排水板和外包土工布的S 型集束排水管，抗壓能力和抗淤堵能力強，受圍巖壓力和淤堵影響小，確保隧道排水性能的可靠性；（2）外包土工布的S 型排水板、路面結構下方橫向排水和外包土工布的S 型集束排水管構成縱橫交錯的隧道全斷面排水系統，有效降低作用于隧道襯砌的地下水壓力，消減隧道路面結構地下水壓力，保障隧道襯砌結構及路面結構安全；（3）設置壓力閥，控制地下水排放量，減小隧道排水對周圍環境的影響。

2 依托工程概況

福州城區北二通道北嶺隧道所在場地地質構造發育、典型斷層分布與隧道走向關系見圖4。北嶺隧道施工中大量巖石裂隙水入滲（圖5），造成場地地下水位下降和地面沉降災害，不僅影響隧道運營安全，還可能對周圍居民生活和農業用水安全造成不利影響，需采取針對性治理對策。

圖5 北嶺隧道施工涌出的大量裂隙水

北嶺隧道原防排水設計見圖6，沿隧道環向每隔10 m 布設1 道環向排水盲管，隧道路面結構下方設置碎石墊層，將隧道環向排水和路面結構下方水平向排水引入邊墻縱向排水管，與洞外排水溝、截水溝形成完整的隧道排水系統。

圖6 原隧道防排水設計

3 設置壓力閥新型隧道防排水系統設計流程與施工工藝

3.1 設計流程

設置壓力閥新型隧道防排水系統可以同時滿足隧道支護結構所能承受的最大水壓力（P

圖7 設計流程圖

3.2 施工工藝

穿越斷層區隧道地下水控制新技術基本不改變原隧道排水設計，只將原設計環向排水盲管改為S 型排水板， 縱向雙壁波紋集水管改為S 型集束排水管，隧道防水層按原設計圖要求，隧道全斷面排水系統布置見圖8。經過計算分析，調整環向排水管間距為5 m。

圖8 北嶺隧道設置壓力閥新型隧道防排水系統設計

排水材料進場后， 相繼開展設置壓力閥新型隧道排水系統施工，壓力閥安裝在排水管末端，施工過程見圖9，施工時間為2022 年2 月10 日-3 月18 日。

圖9 北嶺隧道設置壓力閥新型隧道防排水系統施工

4 現場監測數據分析與應用效果評價

為了檢驗設置壓力閥新型隧道防排水系統使用效果，埋設傳感器，埋設斷面見圖10，典型作用在襯砌結構的孔隙水壓力監測結果見圖11，監測數據表明，設置壓力閥新型隧道防排水系統有效降低作用在隧道襯砌結構的水壓力， 監測點水壓力在20 kPa 以下。 水壓力小于隧道襯砌許可水壓力作用，關閉壓力閥，減小地下水排放及其對周圍環境的影響，應用效果良好。 后續將繼續監測，評價排水系統長期性能。

5 結論

本文提出設置壓力閥新型隧道防排水系統，將設置壓力閥新型隧道防排水系統應用于福州北二通道北嶺隧道工程，詳細闡述了設置壓力閥新型隧道防排水系統的組成、設計流程、施工工藝和監測數據分析，得出主要結論如下：

（1）采用外包土工布的S 型排水板代替傳統排水盲管，采用外包土工布的S 型集束排水管代替傳統排水盲溝，抗壓能力和抗淤堵能力強，受圍巖和淤堵影響小，確保排水性能可靠性；設置壓力閥控制地下水排放量，減小隧道排水對周圍環境的影響。

（2）監測數據表明，設置壓力閥新型隧道防排水系統有效降低作用在隧道襯砌結構的水壓力，監測點水壓力在20 kPa 以下，水壓力小于隧道襯砌許可水壓力作用，關閉壓力閥，減小地下水排放，減小地下水排放對周圍環境影響。

（3）設置壓力閥新型隧道防排水系統應用效果良好，在富水地區山岳隧道特別是穿越斷層區隧道防排水有推廣應用價值。