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1、 编号： 关于开展 2015 年度藏区高速公路科技攻关立 项 申 请 书项目名称： 公路隧道地下水限量排放关键技术研究 项目类别： 承担单位： 重庆交通大学 （盖章） 起止年限： 2015 年 09 月2018 年 07 月 填报时间： 2015 年 08 月 24 日 四川藏区高速公路有限责任公司 01、项目的背景和必要性1.1 项目研究目的公路隧道地下水的防排水问题一直困扰着工程界。地下水一方面通过降低岩土体内摩擦角、粘聚力等物理力学参数，从而降低地层结构自稳承载力导致隧道结构发生破坏，主要表现在洞口处及洞身浅埋段；另一方面地下水对衬砌结构的损害主要表现为侵蚀、冻裂、渗漏水、涌水，严重威胁
2、隧道结构的使用性能和使用寿命。隧道施工过程中盲目采用排水措施，以解决隧道周围水环境问题，会导致地下水位下降，地面草木枯萎，甚至会导致覆盖隧道建设区域内以开采地下水作为饮用水的人畜饮水出现危机，更为严重的是由于地下水水位的下降会导致地层压密、地表下沉，从而使地面建筑物产生不均匀沉降甚至破坏。因此，隧道工程防排水的设计与施工极为重要，其质量的好坏直接关系到隧道建成后的运营环境、结构的坚固性和耐久性、运营成本和运营安全。地下水的预防和控制，需要控制隧道防排水结构系统，传统的防排水技术措施包括：完善地表水或地下水的排水方案；在不良地质下提前拦截和堵截渗水使地下水远离隧道结构；通过原始的隧道排水系统；采
3、用灌浆堵水；在墙上设置排水水槽；衬砌内设防水层。衬砌结构的接缝、施工缝和扩张变形处采用橡胶密封材料进行堵水、防水，渗漏水严重时在顶拱采取加强的措施。尽管有不少的技术措施，根据大量的实践统计，仍有不少隧道内会出现不同程度的水害，因此，做好隧道防排水技术的研究工作，具有很重要的现实意义和明显的经济意义。对于隧道渗漏水问题，必须仔细分析其成因，从根本入 1手，采取针对性的措施，才能较为彻底地根治渗漏水病害，若盲目封堵，治标不治本，只能欲速则不达。在遵循排堵结合的同时，一定要结合隧道具体情况来确定该隧道。同时，对隧道建设不能完全采用“以排为主”或者“以堵为主”的方式，而应选用更加合理科学的“以堵为主，
4、限量排放”的新型防排水原则，来指导隧道防排水系统设计、施工。1.2 市场需求前景分析21 世纪隧道及地下空间的大发展已成必然，我国地域广阔，江河湖海水体广布，很大一部分隧道在建设过程中会不可避免的遇到地下水害。目前，国内公路隧道设计规范在确定衬砌结构地下水荷载时，对渗漏水处理原则是“以排为主” ，基本不考虑地下水的作用。有时甚至直接参照现行隧道设计规范，根据开挖后围岩渗水情况，采用折减系数的方法对地下水位进行折减，以此来估算隧道衬砌所承受的外水压。由此可见，公路隧道在设计中对地下水釆取“以排为主”的设计思想应当随工程实际情况改变。此外，若隧道釆用全封堵方案，作用在衬砌上的水压力将会非常巨大，这
5、样会大大提高隧道结构设计和施工的难度，其造价必将大大提高。因此，公路隧道应根据工程地质条件和周围环境的要求，适当釆取“以堵为主，限量排放”的防排水设计准则。 “堵”是通过各种工程技术手段减少由围岩渗出的地下水即控制流量；而“排”则是通过设置排水盲管等排水系统将定量渗出的地下水排出，同时也是可以有效的减小作用在衬砌结构上水压力。这样既通过“堵”来减少总的围岩渗水量，又通过“排”减小了作用在衬砌上的水压力，而且又不需要大量地无限制地排出地下水，从而降低运营排水费用。然而，目前对于“堵水限排”条件下隧道渗流场 2和应力场的分布规律还没有系统的研究，确定隧道防排水形式，注浆工艺和方法，分析在衬砌上水压
6、力值及其分布规律，地下水的渗流对隧道围岩稳定性影响，应力场和渗流场耦合作用下结构受力特征等各方面具有很重要的研究意义，从而进一步优化隧道防排水的关键技术。研究成果也将为我国今后复杂地质条件下公路隧道等地下工程的地下水处治技术与施工等方面提出了新思路，为工程实际提供具有实践意义的理论依据，推动隧道注浆技术的基础理论和施工实践的进步，促进隧道科学的发展，为隧道工程的设计和施工起到了极大地推动作用。研究所形成的施工工法将为我国具有富水隧道不良地层的注浆施工提供技术保障，也为我国隧道的防排水系统设计理论提供依据。这也为我国修建各种高速公路隧道提供了一个可靠的施工方法，消除地下水对隧道的影响，从而可以节
7、省大量的施工费用，因此而产生的市场经济效益将是巨大的。1.3 拟达到的技术水平及在国民经济发展中的作用通过注浆的方式对隧道进行的“以堵为主，限量排放”的防排水技术方案，不仅提高了隧道结构的安全可靠性，同时也不会对隧道所处的生态环境，植被发育，水土保持产生影响。通过对隧道工程的防排水技术进行优化研究，对地下水涌水量较大的地段进行注浆，有利于隧道建设和运营过程中避免和整治水害，为隧道的设计和施工提供了理论基础，特别是隧道运营阶段渗漏水病害的预测和评价，这在隧道渗漏水病害的评价和病害的整治方面迈出了具有重要意义的一步。优化隧道防排水关键技术，能较好地解决施工过程和运营过程中的渗漏水， 3涌水等危害，
8、不仅降低风险成本和后期的运营成本，对隧道结构安全稳定，对保证施工安全和确保工期都有非常重要的作用。同时，也能避免了生态环境破坏造成的巨额索赔。掌握本项目施工新技术还可以为施工企业占领国内外地下工程建筑市场奠定坚实的基础。2、项目前期科研及工作基础2.1 国内外在该领域的研究现状分析与评价对隧道的防排水处理，我国多个规范均有相关要求。 公路工程技术标准（JTGB01-2003） 1要求隧道防水与排水应遵循排放截堵相结合的原则进行设计，使洞内、洞口和洞外组建成完善的防水排水系统，还应留心防治水土流失和保护自然环境。 公路隧道设计规范 （JTGD70-2004） 2对高等级公路隧道的防水做出规定：隧
9、道排防水应恪守“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，确保隧道结构物与营运设计的正常运用、行车安全，隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞外应形成一个完整通长的防排水系统。拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水；有冻害地带的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结；车行横通道、人行横通道等服务通道拱部不滴水；边墙不滴水。地下工程防水技术规范 （GB501802008） 3提出了对地下工程的防水的治理原则。并对地下工程的防水的设防的要求进行规定，应依据使用的功能、使用的年限、水文的地质、结构形式、环境条件、施工方法和材料性能等因素确定。目前国内外隧道防水技术主要有三种类型 4：以防为主的水密型
10、防水（又称为全包式防水） ，主要从围岩、结构与附加防水层入手，该方法主要用 4于城市隧道等对沉降及地下水严格要求的区域；以排为主的泄水型、引流自排型防水（又称半包式防水） ，主要从泄水、疏水入手；防排结合的控制型防排水，也称综合型，大多在山岭隧道使用。国内外隧道基本上本着“多道设防”的原则，它的防排水技术主要表现在以下几个方面 5,6：复合衬砌是由一次支护、二次模注混凝土和防水层构成的，目前在新奥法中应用最为广泛。二次衬砌自防水，二次衬砌防水是盾构隧道的一种防水技术，在盾构隧道内侧，增添二次衬砌，将一次衬砌和隧道内的水分与氧气隔绝，这样不仅可防水，还可防止一次衬砌接头的金属构件与螺栓腐坏。单一
11、衬砌防水，单一衬砌防水被当作是新奥法的一种延伸，分为内防水与外防水两种。排水法防水，通常将该方法结合其他防水方法一起使用，极少单独使用。注浆防水，注浆能够加强隧道围岩整体性、改善衬砌所受压力，它属于隧道介质防水，通过注浆后达到的渗透性可评定其有效性，此方法通常在富水区隧道施工中应用。当前，国内外对于隧道渗漏处理注重事先防御，即隧道防排水设计，公路隧道的防排水设计形式大多采取全封闭型，从围岩、结构或附加层着手，将水拒于工程结构外，采取各种措施，避免地下水进入结构内部。而对于修建中或已建成隧道的渗漏问题的研究和治理还相对落后。一旦隧道出现渗漏，对其进行治理会变得更有难度，同预防渗漏相比，治理渗漏施
12、工成本高、难度大、效果差，而且常常是治标不治本。治理时采取局部的、短时的、表象的措施，势必造成治理工程的定时反复，耗费大量的人力、物力、财力 7,8。根据使用方法和手段的差别，国内外隧道渗漏防预措施和防水预处理做法 5被分成材料防水与结构防水两类。材料防水是靠建筑防水材料来阻断水流通道，达到防水或是增强结构抗渗漏能力的目的，常用的材料防水有抹面防水，卷材防水，涂抹防水等方式。结构防水则是选用适当的结构形式，阻断水流通路，达成防水的目的，如在底板设盲沟排水系统、离壁式衬砌等。然而，无论选用何种防水方法，最终防水程度大多取决于混凝土的自防水能力，即混凝土的防渗质量。大量的工程实践表明，对于地下工程
13、来说，结构自防水是根本 9。地质条件的不同，导致隧道采取的防渗措施也不同。岩石隧道使用岩层控制的基本方法，与灌浆理论结合，形成并发展了多种防渗技术。而对于土质隧道，多数国家采取高压旋喷技术作为防渗技术，这种技术在沙土类隧道防渗上取得了不错的成绩。但是，国内外隧道的渗漏水处理技术仍比较落后，主要表现于理论上的不足、施工工艺的优化、防渗材料的发展等方面 10。强调防水材料的研究和工艺相结合，尤其在防水材料开发的同时要考虑施工环境及与之相匹配的新颖、实用、简便的施工工艺和施工检测方法是一种趋势；结构自防水的设计、材料、施工和工艺也是防排水技术发展的一个方向；国际上防水材料的发展，越来越呈现出一种复合
14、材料的趋势。如隧道上选用的橡胶止水条如今很多国家大都选取氯丁橡胶与遇水膨胀材料复合，既发挥两种材料各自的作用，也获得了良好的经济效益与工程效益 11。注浆是岩土工程中的经典技术，是将具有胶凝能力和一定强度的浆液压入岩土体中，将岩土体中的水与空气挤出并充满孔隙、裂隙等，经过注浆材料的胶结作用使松散破碎的岩土体胶结起来，以达到改善岩土体稳定性能，降低岩土体的渗透性 12。 6就现代化的注浆技术而言，我国起步较晚，50 年代后开始初步掌握注浆技术。1956 年在山东溜博夏家林煤矿用地面预注浆法恢复了淹没 20 余年的矿井。60 年代幵始在水电行业采用静压注浆法进行坝基基础注浆 13，随后冶金、煤炭、建筑、交通和铁道等部门相继应用在矿山井巷、软岩加固、涌水治理等 14-16。我
