防水型隧道主要技術(shù)措施和造價分析
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曹詩定
(上海市政工程設(shè)計研究總院，上海200092)
摘要：隧道防水模式有全包式防水、半包式防水和控制型防水3種。采用全包式防水和控制型防水模式的隧道為防水型隧道。通過對防水型隧道及防水措施的分析，總結(jié)歸納隧道外防水、白防水及附加防水措施。結(jié)合深圳東部過境高速公路連接線廠工程實例，對防水型隧道工程造價進行分析。
關(guān)鍵詞：防水型隧道；地下水；注漿圈；工程造價
中圖分類號：U453.6 文章編號：1004-4655( 2016) 03-0066-03
地下水是困擾地下工程的主要問題。采用何種防排水設(shè)計方案，將會直接影響水下隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計和正常運營。地下水的控制不僅影響隧道的施工安全、運營安全，在一定程度上還決定運營維護費用。如：青島膠州灣海底隧道日抽水量達4000m3，年抽水費用達800多萬元；廈門翔安海底隧道日抽水量約12000m3，年抽水費用>2000萬元，成為工程運營的沉重負擔。
除了巨額的維護費用，對環(huán)境保護也是隧道設(shè)計優(yōu)先考慮的問題。隧道設(shè)計采用“以排為主”的原則，極易造成隧道地表井泉干涸、水土流失、生產(chǎn)生活用水缺失以及地表塌陷等一系列環(huán)境問題，對后期運營留有隱患，故水下隧道設(shè)計時應摒棄“以排為主”的設(shè)計理念。在隧道工程中，通過設(shè)定合理的滲水量指標，采取科學的設(shè)計方案，降低滲透性，將滲水量控制在一定范圍內(nèi)，即可滿足要求。
1 隧道防水模式
隧道防水有全包式防水、半包式防水和控制型防水3種。全包式防水適用于環(huán)境保護要求高的工程，既保護地下水環(huán)境，又有效控制地層沉降。半包式防水適用于環(huán)境保護沒有嚴格要求的工程。結(jié)合必要的輔助措施和設(shè)備，為隧道結(jié)構(gòu)的耐久性以及安全運營提供良好環(huán)境條件。控制型防排水是一種新型的隧道防水措施，既能降低全包式防水的成本，又能滿足地下水環(huán)境保護，控制地層沉降。
國外典型水下隧道結(jié)構(gòu)防排水設(shè)計也是以“全封堵”和“限量排放”為主。國外典型水下隧道限制排水量如表1所示。
2防水（限量排放）主要工程措施
防水型隧道通過多道防線層層設(shè)防，主要的堵水防線有以下3道：隧道外防水、隧道白防水及附加防水措施。匯總?cè)绫?所示
2.1 隧道外防水
隧道外防水通過對圍巖進行加固，形成一定厚度的注漿圈，減小注漿圈圍巖滲透性，將隧道開挖斷面周圍的涌水或滲水封堵于結(jié)構(gòu)外，以限制地下水滲入，是實現(xiàn)隧道“控制型防排水”的一項重要措施。根據(jù)工程經(jīng)驗，注漿圈經(jīng)濟厚度為6m；當厚度>6m時，堵水防滲效果增加有限。
隧道外注漿視地質(zhì)情況采用不同的施工工藝。在圍巖破碎地段，通過超前帷幕注漿在隧道洞室四周形成注漿堵水圈；在圍巖較好地段，采用超前小導管注漿，封閉圍巖裂隙。根據(jù)地下水滲透量，調(diào)整襯砌初期支護中的環(huán)向系統(tǒng)注漿錨桿，進一步封閉地下水流徑通道，必要時在施工防水層前對初期支護滲漏點處進行補充注漿處理。
2.2隧道自防水
隧道主體結(jié)構(gòu)自防水由初襯自防水和二襯自防水組成。通過提高混凝土自身抗?jié)B指標、白密實性能和抗裂性能，改善隧道自防水性能。
初期支護的基本作用是加固、支護圍巖，其防水作用往往得不到重視。由于初期支護的厚度較薄，且采用噴射作業(yè)，其均勻性和密實度一般較差，難以抵抗較高的水壓力。提高初期支護的抗?jié)B性，可使初期支護承受一定水壓，達到一定防水效果。如廈門海底隧道初期支護的抗?jié)B指標為P8，經(jīng)計算F4風化深槽段初期支護承受的水壓為全水頭的30%。
對于隧道二襯，除提高二襯混凝土抗?jié)B指標外，還可通過摻加粉煤灰、抗裂纖維（如聚丙烯腈纖維、鋼纖維）等措施，改善其自防水性能。
2.3 附加防水
附加防水由隧道外包防水層和接縫防水兩部分組成。
復合式襯砌中的防水層是隧道防排水技術(shù)的核心。防水層為不透水表面光滑的高分子防水卷材，通常采用LDPE、EVA、HDPE、ECB、PVC等材料。復合式襯砌的防水層設(shè)于初期支護與二次模筑襯砌之間，起到阻止地下水進入二次襯砌的效果。為防止防水層被穿破出現(xiàn)滲流和竄流，在防水板與二次襯砌之間做縱向分段隔離，即為分區(qū)防水。通過分區(qū)防水，有效防止“一點失效，全線遭殃”的防水事故。采用分區(qū)防水措施，發(fā)生滲漏時只需對滲漏點所在防水分區(qū)進行注漿堵水處理即可。
接縫防水作為隧道附加防水的重要組成部分，其重要性在隧道設(shè)計中往往被忽視。為保證隧道的整體防水能力，避免出現(xiàn)防水薄弱環(huán)節(jié)，隧道變形縫應設(shè)多道防水。如：廈門海底隧道在靠防水板側(cè)設(shè)帶注漿管的背貼式止水帶，在二襯混凝土中部設(shè)帶注漿管的中埋式橡膠止水帶，還在二襯混凝土表面施作厚度≥3cm的聚氨酯密封膠。
3防水型隧道工程造價分析
3.1工程概況
深圳東部過境高速公路連接線T程，起點為愛國路立交，終點與東部過境高速近期實施段起點（蓮塘水廠處）相接。工程西起北環(huán)布心路，以隧道形式穿越現(xiàn)狀愛國路高架、東湖公園，向東與口岸連接線合流后，接人東部過境高速公路主線，南線隧道全長約3.1 km，北線隧道全長約3 km，隧道平面布置示意圖見圖1。隧道在谷對嶺、蓮塘山各設(shè)置一處“Y形”地下互通立交，隧道縱斷面呈“V形”。
隧道位于水庫下游，主線隧道距離水庫最近僅260 m。隧道水庫下游區(qū)段為三車道，隧道采用三心圓斷面，隧道建筑限界及內(nèi)輪廓示意圖見圖2。
3.2主要支護參數(shù)及防水措施
隧道工程地質(zhì)條件復雜，具有以下特點。
1)隧道下穿多條斷層破碎帶( F9、F10-1、F10-2. F10-3、F10-4、F10-5和裂隙密集帶LX-
1)，斷層帶及影響帶圍巖情況差。
2)隧道南線下穿泄洪渠節(jié)點處，隧道拱頂以上巖土中分布有卵石層，透水性強。
3)隧道毗鄰深圳水庫大壩，下穿眾多重要管線和建筑物，如泄洪渠、供港二期、三期原水管、供深圳原水管等。水庫大壩、重要管線及地表建筑物安全保護要求高。
4)水庫下游段隧道基本為淺埋段，隧道頂部多為強風化巖層，且地表為東湖公園，地表環(huán)境的保護要求高。
根據(jù)工程特點、隧道圍巖情況及地面環(huán)境保護要求，隧道在防排水設(shè)計時，分區(qū)段采用不同的防水措施。隧道各區(qū)段主要防水設(shè)計原則見表3。
水庫下游段隧道基本防水設(shè)計原則為“全封堵”，但要做到滴水不漏難度較大，因此，在防水層外側(cè)布設(shè)縱向排水管，一定間距布設(shè)環(huán)向排水管，控制型防排水。
水庫下游段采用表4中的措施，達到防滲止水的目的。
3.3防水型隧道工程造價分析
根據(jù)支護設(shè)計參數(shù)及深圳地區(qū)技術(shù)經(jīng)濟指標，測算隧道V級圍巖段半包式防水襯砌（S5型）與全包防水式襯砌（S5w型）延米分部分項工程費如表5所示。
經(jīng)匯總可得半包式防水襯砌每延米分部分項工程費為16.2萬元，全包防水式襯砌工程費為
22.3萬元。
全包防水式襯砌較半包式防水襯砌每延米造價增加6.1萬元，增加比例為38%。增加的造價中各部分比例見表6。
4結(jié)語
水下隧道應秉承“以堵為主、限量排放”和“全封堵”的防水設(shè)計理念，針對不同地層，結(jié)構(gòu)防排水方案分別采用全包式防水或控制型防排水模式。
防水型隧道通過隧道外防水、自防水及附加防水措施達到“全封堵”或“限量排放”的防水目標。以深圳東部過境高速公路連接線工程為例，不采取相應工程措施時，隧道每延米涌水量達3.4m3/d，采用隧道外設(shè)置注漿圈、附加防水層等工程措施后，隧道每延米涌水量控制在0.25 m3／d以內(nèi)。采用“全封堵”或“限量排放”的防水設(shè)計理念，雖然前期工程投資有所增加，但環(huán)境效益、社會效益明顯，且后期排水費用大幅降低，工程全生命周期費用增加不大，在環(huán)境要求高的工程中應推廣采用。
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