公路隧道排水设计与隧道路基病害防治

陆国会

（广西交建工程建设集团有限公司，广西 南宁 530007）

0 引言

在公路工程体系中隧道结构形式极为常见，选择这一方式开展公路建设工作，不但能优化公路行进路线，为行车带来方便，而且也能缩短施工线路长度，降低滚石、泥石流等自然灾害的危害性。随着近年来我国公路隧道建设数量不断增多，大量实践表明隧道建设与水有着天然矛盾，许多公路隧道建设会因为排水问题而造成无法按期完工、成本徒增等问题，严重影响使用安全性与稳定性，因此针对公路隧道排水设计和隧道路基病害防治相关问题的研究，显得尤为必要。

1 公路隧道排水设计要点

1.1 设计原则

现阶段，新奥法属于公路隧道排水设计方法中最为先进的一种。技术人员在对公路隧道进行排水设计时，一定要遵循隧道与支护结合的原则，依据工程项目的现实情况选择可行且有效的治理措施，确保排水系统高质量完工[1]。在采用新奥法进行公路隧道排水设计时，一定要关注以下几点要求：第一，一旦围岩周边察觉有缝隙水或涌水现象，技术人员一定要采取排、堵、截等手段展开综合性防护，保障锚杆、混凝土喷射等设备能够顺利使用。第二，在开展前期建设或二次衬砌之前，公路隧道的施工现场一定要有防水层，才能保证后续工作的顺利开展。

1.2 设计复合防水层

在公路隧道施工建设中，渗水问题始终是导致隧道病害产生的主要原因，一旦发现有渗水问题，便需要耗费大量成本与时间进行防治。随着我国公路建设数量的不断增多，隧道建设技术也有了质的飞跃，为了能够让公路隧道防排水工程实现良好的施工成效，在设计过程中，需要综合考量施工手段、防排水要求、水文地质条件、施工成本等因素，从而遵循综合防治、因地制宜的原则，对公路隧道展开施工，进而为行车安全与隧道内部设备稳定运行提供保障[2]。

详细来讲，设计复合防水层是公路隧道防排水中的关键方法，属于衬砌隧道防排水方式之一。在对衬砌内面安装排水设施时，无需开凿即可完成，这一方式不但能简化施工过程，而且工程施工量非常小。

1.3 设计沉降止水带和止水条

结合当前的公路隧道施工实际情况而言，因为长时间有地下水渗流或仰拱破裂，所以会产生泥沙堵塞现象，致使引水管经常发生回灌，引发一系列冒泥、冒水、翻浆等问题。此外，地下水压力及流量逐步增大，也会不断地从衬砌裂缝与施工缝等较为薄弱环节中渗漏，久而久之便会导致衬砌背后形成空洞，从而改变围岩特征。同时，地下水富含碳酸盐，具有一定腐蚀性，会对衬砌形成腐蚀。当地下水渗透至路基后，加之车辆长年累月的碾压，极易导致路面被破坏。一般来讲，公路隧道内部不会发生渗水穿透混凝土直接进入的现象，而出现隧道渗水的问题，根本原因在于混凝土施工过程中发生沉降或裂缝现象，所以要有效规避渗水问题，一定要合理处理裂缝问题。

最常用的裂缝处理方法是在缝隙中放进遇水膨胀的止水条，于地形沉降之处设置止水带。针对止水条和止水带的安装，应当进行定制，防止存在接头不畅的情况。至于止水条和止水带的规格，则要根据隧道的真实情况而定，待所有准备工作完毕，便可确定安装位置，安装时要重点控制偏移[3]。

1.4 利用围岩注浆堵水

在公路隧道施工阶段，地下水会直接影响到隧道围岩的强度和稳定性，并且经过长时间的浸染，还会腐蚀公路隧道的结构，最为关键的是地下水会渗透混凝土的薄弱环节和破损位置，其中包含隧道施工缝、变形缝等，慢慢渗透至隧道内部，导致整体结构受到严重影响。详细来讲，渗水会造成隧道路面湿滑，导致汽车轮胎摩擦力变小，刹车距离变长，行车环境危险系数提高，车祸发生率也有所提升。

所以，可采取围岩注浆堵水的方式解决相关问题。此情况主要适用于公路隧道开挖期间，面对一系列的股状突水、线状淋水、地下水上涌等问题，均可采取灌注浆液的方式，往渗水缝隙中注浆，能够切实改善围岩向隧道内部渗水的弊病。采取围岩注浆堵水法，在超长隧道设计施工中更为适用，待隧道开挖完成后，该方法能够采用超前或径向的方法对准围岩展开钻孔注浆。此外，材料选择方面一定要选用价格低、料源充足的水玻璃浆液或水泥浆液，并且在注浆过程中需要视透水区情况而定，确定是否要扩大注浆范围。一般布孔范围要比透水区宽1.2～1.6m。另外，注浆前为了防止由于地下水压力过大而带来的透水孔过量形成的问题，需要在透水区中间部位多打一定数量的泄水孔。待渗水区情况稳定，再不断朝周边注浆，随后开展封孔操作。

2 公路隧道路基病害防治方法

2.1 路面压实处理

2.1.1 病害分析

公路隧道路基作为隧道建设中的基础前提，必须重视其质量把控，如果路基部分出现大量病害，会严重影响公路隧道路基的功能发挥，所以要做好隧道路基病害的防治工作。但在现实情况中，由于公路隧道在服役中会频繁受到车辆荷载对路基的挤压，加之自然因素的影响，会出现路基滑坡、变形等一系列病害，导致路面发生质量问题，影响安全性与稳定性。

另外，养护管理不周、人为因素破坏、水文土质等方面的原因，都会导致路基快速受损。所以，从现实情况来看，在建设施工阶段要做好相关防范，后期环节则要关注养护管理，才能实现对公路隧道路基病害问题的有效规避。而对于路基病害而言，包含自然灾害、地面沉降、坡脚滑动等不同类型病害，均会造成路基坍塌、变形等问题，影响公路整体质量。

2.1.2 防治办法

要想解决上述路基病害问题，就一定要严格按照施工要求执行，完善路基施工。

首先，要选择固化好、硬度高且稳定性强的碎石路、砂土作为路基填料。

其次，在施工中合理处理填料稳定性，同时按照隧道要求采取科学有效的方式展开施工。

最后，填料选择完毕后进行压实处理，在压实的过程中要选择分层压实的做法，保证每一层填料的完全压实，才能提高路基的稳定性、密实性和强度，才能承受得住自然灾害、车辆荷载等一系列破坏。

2.2 控制路基含水量

2.2.1 病害分析

对于公路隧道路基的病害防治而言，路基沉降属于路基病害的主要表现之一，也是路基出现的垂直下落情况，该情况会造成公路的变形与裂缝的产生。需要格外注意的是，路基沉降作为路基常见病害之一，具有不可逆特性。造成路基沉降的原因有许多，一方面来自自然灾害，另一方面是车辆荷载，也有路基本身的质量问题。

其中，路基本身质量问题主要指施工建设过程中存在填筑方法的不合理性，抑或填料本身存在质量问题，可能因为压实度不够、路基排水处理不合理等造成。所以，也就导致路基强度、抗变形能力存在不足，加之车辆的长年累月荷载，难以避免地会出现路基位移和垂直下降的问题。另外，当遭遇软土地基时，由于土质原因会弱化公路的抗变形能力、强度与密实度，均导致隧道建设达不到公路施工要求。前期必须进行固化处理，而如果固化过程中压实、置换土层、软土层处理等方面方法不合理，再加上自重、车辆荷载等问题，便容易出现中空塌陷、两侧挤压、沉降等问题，进而引发路基沉降。

部分山区路段会因为路基底部过于陡峭而容易遭受雨水侵蚀，一旦坡脚加固处理不当，加之地壳运动、车辆荷载、路基本身原因等影响，便极易出现边坡滑塌的情况，主要表现为滑坡、溜方等现象（溜方指的是因为施工不合理或流水长期冲刷而导致边坡下移，在长时间作用下逐渐掏空路基）。

2.2.2 防治方法

针对上述病害问题，在公路隧道路基防治中应当先做好对软土地基的处理工作。为了防止土层之间出现软夹层，要先控制好路基含水量，如此可强化路基的稳定性与强度，并且能保障路基压实工作质量。从这一点来看，天然稠度小、含水量多的黏质土可用作路基填料，并且在原料中添加适量的生石灰，能够借助生石灰的良好吸水特性，实现对路基的有效固化。另外，还可在原料中加入吸水性强的树脂、膨润土等材料，同样能实现固化路基的效果。

对于边坡防护来讲，一般可采取护坡防护与坡面防护两种方式。前者指在边坡面砌筑块石、片石等材料，砌筑方式可采取干砌或浆砌等，具体视情况而定，如针对软土地基则可采取干砌法。而后者的主要目的是针对岩石风化剥落、地表水冲刷等一系列问题展开防治，常见方式是砌筑菱形或方形的石框格，对植被表面进行固定，能够有效防范边坡滑动，对坡面做好固化。

2.3 地面、路面与地下排水

2.3.1 病害分析

地下水会对公路隧道路基稳定性产生直接影响，进而引发一系列隧道路基病害，可见在路基病害防治中需要高度重视地下水的腐蚀，尤其要关注地面、路面与地下的排水工作。一般来讲，开展公路隧道排水设计的主要目的是将基岩裂隙水、路面水排出，针对基岩裂隙水可采取中心排水沟的方式进行排水，也可将电缆沟作为排水沟，将路面水引入电缆沟底部而逐步排出洞外。需要注意的是，要在沟帮预留好出水口。通常来讲，公路隧道内部很少出现路面水问题，主要因素可能是衬砌开裂而引发的渗水现象，或货车向外排出的刹车水、洒水车排出的清洁用水等。所以，在排水设计环节中，还要综合考虑对路面养护的便捷性。

2.3.2 防治办法

为了有效排出公路隧道路面积水，可将预制边沟设置在盲沟上，采取这一做法能够提高养护的便捷性，在后续养护中就算出现淤积情况，同样可用洒水车对预制沟进行全线冲刷，淤积能够顺畅地排出洞外。路基盲沟的主要功能是排出基岩裂隙水，可在无仰拱地段设置波纹管或横向盲管，有效排出路基下的地下水。另外，在对公路隧道展开排水设计时，还要关注排水沟的规格选定，依据于此确定内廓断面。采取这一设计模式，能达成清浊分流的效果，在不同级别的山岭隧道的三车道、两车道排水中较为适用。但这一做法显然不适用于高寒山区，气温较低的山区需要用到冻融线，同时对中心水沟进行深埋。详细来讲，地面排水，可采用急流槽、边沟、跌水等方式完成；路面排水属于公路隧道排水工程的关键，可采取集中排水、分散排水的综合防治方法；地下排水则可采取渗井、盲沟、暗沟等方式完成。

3 工程实例分析

以某公路项目举例，在公路隧道排水设计和路基病害防治要做好以下几点。

3.1 绘制施工图纸

为了保障施工顺利开展，相关人员要按照隧道施工要求绘制图纸，交给审批人员审批，通过后开展一系列准备工作。

3.2 路基设计原则

在对路基进行设计时，一定要结合现实情况对线路展开分析，确定最佳施工办法，同时遵循安全、环保等原则，做好路基设计方案。该项目的路基设计包括如下内容：第一，填方路基设计。结合真实地质情况选用施工材料，确定填料强度，重视路基边坡设计，常用路基边坡坡度如表1 所示。第二，关注地基处理，为后期工作开展打好基础。第三，依据标准开展路基挖方。第四，借鉴过往经验对施工计划进行优化。第五，结合收集到的数据进行分析，保障施工强度。

表1 路基边坡坡度比

3.3 确定路基设计高度

该项目施工路段地貌复杂，地质环境条件多样化，所以在确定路基高度的过程中，需要综合考量现实情况，通过翻阅过往材料了解地下水稳，保证后续施工的顺利性。

3.4 排水设计

为了确保公路隧道投入使用后不会因为排水问题而出现各种质量问题，结合该项目情况可采取挖掘排水沟的做法进行排水设计，需要关注如下几点：第一，为了保障排水效果不会受到影响，沟底纵坡坡度必须高于0.3%。第二，为了避免排水效果受影响，需要确保排水沟、截水沟、边沟三者有效衔接。同时，因为用到的透水管材质不同，所以排水效果也有一定影响。第三，沟底纵坡坡度高过2.5%时，应当强化沟底粗糙程度，避免冲刷现象的出现。

4 结语

总而言之，公路隧道排水设计与隧道路基病害防治既是公路隧道施工建设中的关键要点，更是保障公路隧道正常运行的基础。所以，在排水设计工作中，要切实提高公路隧道的防排水质量，在兼顾排水功能及实效的同时，也要合力把控施工质量与进度，关注养护的便捷性。此外，还应根据工程情况，采取对应措施，杜绝各类公路隧道路基病害的发生，减少公路隧道的安全隐患，保证行车安全、保护生态环境。