隧道与地下工程渗漏治理的几个常见问题与对策

     

       我国自上世纪六十年代大规模修建铁路、公路、 市政隧道和地下工程以来，        如何防止隧道渗漏水        一直是隧道和地下工程面临的巨大挑战，根据 1993 年 5 月的统计资料显示[1]，我国 5000 余座铁路隧道， 有近 1/3 的隧道存在着不同程度的渗漏，2002 年底， 共有铁路隧道 5711 座，其中严重渗漏的隧道 1520 座，占隧道总数的 28.4%[2]，2013 年铁路运营部门对2005 年以来投入运营的隧道进行了调查和检测，发现 2250 座隧道中共有 23090 处缺陷并进行整治[3]， 从近年来通车的铁路隧道看，混凝土防水质量普遍提高，混凝土本体渗水点和湿渍明显减少，但高水压富水隧道施工缝、变形缝、隧道底板渗漏水问题 依然比较突出。        此外，部分公路隧道、市政隧道、 地铁隧道、人防隧道等也不同程度地存在渗漏水问题，有的隧道多次整治，但难以根治，影响运营， 因此，国内外很多学者进行了研究和探讨 [4] [5]，提出了很好的方法和思路，但由于地质、设计、施工、 运营等方面的原因，一些隧道依然存在比较严重的渗漏水问题。        渗漏水不仅影响结构承载能力和正常 使用，而且可能引起地下水位下降、地层沉降或塌 陷、建（构）物破坏，造成经济损失和安全事故。         因此，        本文重点从        隧道排水量和水压力分级、防排 水体系、防水效果检查和评价        等方面进行分析，研究和探讨复合式衬砌隧道及地下工程防排水设计应注意的几个问题，并提出相应的对策。           

一、隧道防排水设计现状 及存在的主要问题     

我国上世纪七十年代以前修建的交通隧道工程， 防排水设计理念主要依靠混凝土自防水，对于高水压、富水隧    道基本以排为主，例如成昆线沙木拉达 隧道、湘渝线大巴山隧道等主    要依靠衬砌混凝土自 防水和排水设施。    从上世纪八十年代开始，    复合式衬砌隧道的防排水设计遵循的原则主要是“防、排、 截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理的 原则”    [6]，大部分隧道采用的防排水理念基本是防、堵、排结合，在水量小、水压低的情况下以防、排水为主，在水量大、水压高的情况下以堵、排为主， 一般隧道采用喷射混凝土、防水板或喷涂防水涂料、 防水混凝土及接缝防水，并辅以排水措施；    对于高水压（水压力大于 0.5MPa）、富水隧道(排水量大于 0.5m3 /m.d )，另外增加注浆、桩（墙）阻断、旋喷 等技术进行堵（阻）水措    施。     

渝怀线圆梁山隧道毛坝向斜高水压富水溶洞区 实测最大水压力达到 3.0MPa ，最大涌水量 10000m3 /h，采用超前全断面注浆和径向注浆进行堵 水，在隧道上方修建了泄水洞，并通过钻孔埋管引水的方式，将洞顶 8.0m 以外的地下水引入平导排出， 以减少正洞二次衬砌所承受的水压力，初期支护采用 25cm 厚喷 C20、 P8 钢纤维混凝土，并采用了塑料排水板和二次衬砌 C40、 P12 防水混凝土进行全封闭防水，防水板后未设置排水盲管；在一般富水地段及溶洞影响区域在防水板背后设置了排水盲管， 允许将防水板后的水引入侧沟排出。 

厦门翔安海底风化槽Ⅳ、Ⅴ级围岩段隧道 水压力为 0.5～0.7MPa，最大涌水量 50 m3 /h，采用了超 前注浆堵水和径向注浆措施，初期支护采用 30cm 厚喷 C25、P8 混凝土，并采用了塑料排水板和 C45、 P12高性能防腐蚀混凝土二次衬砌进行全封闭防水， 防水板后未设置排水盲管；在一般Ⅱ、Ⅲ级围岩地 段采取半封闭防水，在防水板背后设置了排水盲管， 允许将防水板后的水引入水沟排出，以减小隧道二 次衬砌所承受的水压力，厦门翔安海底公路隧道半封闭防水如图 1，全封闭防水如图 2。

   

从    矿山隧道隧道设计和施工现状看 ，对于采用复合式衬砌的大部分隧道，在结构防排水方面，

对    Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ级围岩 一般拱墙部位设置排水盲管、无纺布和防水板及全环采用防水混凝土的半封闭结构，通过侧沟或中心水沟进行排水；

对    Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩  一般全环设置排水盲管、无纺布和防水板及防水混凝土全封闭防水结构,为了减少二次衬砌背后的水压力，一部分隧道设置横向排水管将水排入侧沟或中心水沟。

这两种防水方式的防水思路是：    在初期支护表面安装环向和纵向设置排水盲管或排水板进行排水、然后采用无纺布+防水板（或垫层+喷涂防 水涂料）作为第一道防线，

最后现浇防水混凝土或安装预制管片作为第二道防线，施工缝和变形缝处采用止水带、止水条、后注浆等措施进行处理。

该防水体系的思路就是将隧道作为一个整体进行防水， 层层设防，在水压较高的情况下，进行排水降压；在水压力较低的情况下，进行全封闭抵抗水压。目前高水压富水隧道设计和施工存在的主要问题如下： 

（1）部分隧道建成后允许排水量和二次衬砌背 后的允许水压力规定不够明确和合理。 目前除极少量特殊隧道不允许排水外，大部分复合式衬砌隧道采用的防排水原则是“堵排结合，限量排放”，例如二次衬砌究竟在多大水压力和多长时间下不渗漏、 隧道如何限量排水？最大排水量允许多少？还缺乏明确具体和合理的指标，有的隧道给出的排水量指标偏大，导致隧道大量排水，对结构安全、运营、 环境造成了较大的影响，因此应根据隧道的地质条件、环境条件、使用功能、耐久性、运营维护要求等进一步深入研究隧道允许排水量及二次衬砌背后 允许出现的最大水压力。 

（2）对围岩的防水重视不够。 有的隧道含水丰富，水压力高，但未采取系统的堵水措施，导致大量的地下水进入开挖面或贮存在二次衬砌背后的空腔中，在岩体破碎的条件下，由于裂隙联通性强和 地下水在衬砌背后串流，水压力很容易击穿混凝土薄弱环节，造成渗漏；一些隧道进行防水层施工前，初期支护喷混凝土表面仍存在股水、滴、漏等现象， 喷混凝土质量、防水层及二次衬砌浇筑质量很难保证，隧道施工后， 衬砌背后水压力不断上升，造成混凝土薄弱部位渗漏和开裂。 

（3）对隧道底部防水不够重视。 如果隧底围岩 破碎，地下水往往从隧道周边汇集到隧道仰拱部位， 施作仰拱初期支护时，隧底的积水很难清理干净， 如地下水水量丰富，就很容易在隧道仰拱下汇聚， 在动荷载反复作用下，仰拱混凝土出现开裂和渗漏 水，如果水压力大，将导致隧底隆起、道床开裂和 翻浆冒泥。 

（4）现浇筑混凝土的均匀性很难满足高水压下 的抗渗要求。 目前，大部分矿山法隧道，采用模板 台车现场浇筑混凝土，在模板与防水层之间狭窄的 空间中进行大体积混凝土施工，受材料质量、环境 温度、湿度、搅拌、运输、泵送、振捣、养护等条 件限制，施工中断现象难以避免，很难保证混凝土 浇筑的均匀性和连续性，因此施工冷缝和蜂窝麻面 在混凝土表面随处可见；对于拱部混凝土，难以灌 注和振捣密实，拱部二次衬砌背后脱空和混凝土不 密实现象比较普遍。 

（5）防排水的检验标准还不够全面和合理。 目 前比较重视试件的室内试验和检验，对实体工程的现场抗渗漏试验检验还缺乏系统的试验方法和标准。因此，受多种因素影响，虽然目前的隧道防水设计采用多种措施，层层设防，工艺复杂，造价较高，但部分工程防水效果并不理想，尤其是高水压、 富水隧道渗漏水现象普遍存在，有的隧道大量排水， 引起了水土流失，地下水位下降、地表沉降和塌陷 等不良后果。

二、隧道排水量和水压力控制分级   

目    前，《地下工程防水技术规范》（GB50108） 规定的防水设计原则是    “防、排、截、堵相结合， 刚柔相济、因地制宜，综合治理”    ，并将防水等级分为四级，规定了每级防水所要求的混凝土衬砌表面渗漏标准, 但没有规定隧道总的排水量和衬砌背后的水压力，而这两个值对隧道防排水控制、结构抗渗和环境的安全非常重要，因此，在针对具体工程制订防排水原则时，应根据环境条件、地质条件、使用功能要求、工程使用年限等条件，提出隧道建成后排水量、衬砌背后水压力的允许值。    参考有关文献及案例[7][8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]，建议将交通隧道允许排水量和衬砌背后水压力分为六级，如表 1，按水量和水压两个条件之一对应的高级别确定等级， 达到第六级时，隧道衬砌结构发生渗漏水及长期大量排水对环境影响的概率将大大增加，在隧道设计、 施工、运营时，应尽量防止该情况出现，如出现该情况，应采取特殊措施。

   

从国内外大量的工程实践看，复合式隧道交通隧道的允许排水量 q≤0.01m   3 /m.d ，PW≤0.01MPa 是一个非常小的数值，应定为一级，主要原因为：

第一， 该排水量很小，接近地铁盾构隧道的排水要求，大量的工程实践证明，一般不会对结构安全和周围环境造成不良影响；

第二， 该排水量一般远小 于隧道侧沟最大允许排水量；

第三， 隧道设计的抗渗压力（防水混凝土一般大于 P6）远大于该水压值， 结构抗渗安全系数较大。

具体解释为：假定隧道长度为 30000m，如果 q=0.01m   3 /m.d，则隧道总排水量为 Q1=300m3 ，对于一般交通隧道，侧沟的过水断面一般为 0.3（宽）×0.4（高）m，如果侧沟中水流速为 0.5m/s（圆梁山隧道、象山隧道等多座隧道现场测试表明，侧沟水最大流速可达 1.0m/s 以上）， 则其双侧水沟每天的最大排水量为 Qmax=10368m3， 则实际排水量 Q1仅为最大流量 Qmax 的 2.89%，侧沟具有足够的排水能力。另外根据有关资料统计，目前国内外地铁盾构隧道的允许排水量一般小于 0.2l/  m2 .d，如果单洞双线地铁隧道内径为 10.5m 计算， 则其允许排水量为 0.007m   3 /m.d，接近 0.01m   3 /m.d， 说明该标准是比较严格的。

此外，如果隧道二次衬 砌周围受到的最大水压力为 0.01MPa，也是一个很小的数值，按目前的《地下工程防水技术规范》 （GB50108-2008）和设计要求，隧道防水混凝土的 抗渗等级不得小于 P6，也就是，一般的防水混凝土衬砌结构在 0.6MPa 水压力作用时一定时间内不发生渗漏，这说明隧道抗渗的安全系数较大。

参考有关文献及案例[7] ，日本青函海底隧道隧道位于海平面下 240m，最大覆盖层厚度 100m， 水深140m，建成后的排水量为 0.2736m3/m.d；丹麦西部沿海奥勒（ALesund）松附近修建有两座海底隧道，一座从奥勒松至埃林索伊岛(Ellingsoy)，一座从埃林索伊岛至瓦尔德伊岛(Valderoy)，这两座隧道均位于海平面下 140m，海底最小岩石覆盖层厚度 40m，两座隧道均为两车道公路隧道，隧道最大常年渗水量为 300 L/km/min，相当于 0.432 m3 /m.d。中 国香港 Rote-9 号线沙田岭隧道排水量要求为 36L/100m / min，相当于 0.518 m3 /m.d。国内渝怀 线歌乐山隧道为单线铁路电化隧道，最大埋深 280m， 最大水压力 2.2MPa，施工前期，隧道岩溶涌水突泥对环境造成了一定的影响，隧道堵水后达到允许排水量为 1.0m3 /h，环境基本趋于稳定。中国厦门翔安海底隧道为三车道公路隧道，隧道的涌水量控制在 0.4m3 /m.d 左右。青岛海底隧道[10]，的涌水量主洞控 制在 0.4m3 /m.d 以内，服务隧道控制在 0.2m3 /m.d 以 内；长沙营盘路隧道穿越湘江，主隧道为双向四车道公路隧道，隧道排水量控制 0.35m3 /m.d 以内。

参考有关文献及案例[8] ，重庆轨道交通一号线 二期工程中梁山隧道，要求建成后的地下水排放控制标准为1.0m   3 /m.d，当围岩完整性好且满足出水量 1.0m   3 /m.d＜Q≤3.0m   3 /m.d时开挖后实施全断面5m径向注浆; 当出水量Q＞3.0m   3 /m.d时, 围岩破碎时必须先进行超前帷幕注浆再开挖, 以防发生突水和突泥，隧道建成后对环境无不良影响。

如果隧道排水量大于 q＞1.0m   3 /m.d，隧道排水有可能引起地表水位下降、地表沉降或地表塌陷 [10]  [14] ；因此，对于环境和运营要求比较严格的隧道， 将排水量的上限控制在q=1.0m   3  /m.d是比较合适的。如果隧道背后的水压力超过 PW＞1.0MPa，其混凝土薄弱部位及施工缝、变形缝很容易渗漏，文献[15]关于设置止水条的施工缝长期抗水压试验数据表明，当施工缝张开宽度为 2.0 mm 时，止水条耐水压力极限为 1.0MPa，当水压力大于 1.2MPa 时，止水条有明显的挤出现象。因此表 1 中六级的两个条件均 对隧道抗渗、稳定和环境及运营安全影响较大，只需满足其中一个条件即可定级。

隧道衬砌背后的水压力对隧道抗渗、稳定性影响较大，参考有关文献[16] ，P10 混凝土的渗透系数 k=1.77×10   -9 cm/s，按照《混凝土质量控制标准》 （GB50164-2011）的试验规定，P10 抗渗试验方法主要内容为：高度 15cm 试件，在 1.1MPa 水压力作 用， 88 小时后 6 个试件中有 3 个试件可以发生渗 漏，假定渗透速度不变，如果混凝土衬砌厚度为1.0m， 其背后受 1.1MPa 水压力作用，水的渗出时间将会是 587 小时，因此如果水压力大于 1.0MPa，即使考虑 水分蒸发的影响，高水压长时间作用在混凝土衬砌 背后，混凝土出现慢渗的可能性也很大，因此本文 建议从抗渗的角度分析，一般隧道宜将衬砌背后的 最大水压力控制在 1.0MPa 以内 ，如隧道二次衬砌所抵抗的水压力超过 1.0MPa，衬砌结构及施工缝、变 形缝应进行特殊设计，在可能的情况下，应在二次 衬砌背后、墙脚、底板等部位采取加强排水措施降 低衬砌背后的水压力。

此外，我国大部分高速铁路、地铁、市政隧道采用的混凝土最大抗渗等级为 P12，为了保证一定的抗渗余量，取 1.2 倍安全系数，混凝土背后的水 压力宜控制在 1.0MPa。 从渝怀线歌乐山隧道、圆梁山隧道、龙厦铁路象山隧道、石太客专石板山隧道、 重庆轨道交通一号线中梁山隧道等的设计和施工经验看，当二次衬砌承受 1.0MPa 水压时，衬砌厚度一般达到 80~100cm，混凝土标号一般达到 C35 以上， 混凝土一次浇筑体积大，而大积极混凝土温度控制技术复杂，施工难度大，成本高，在高水压作用下施工缝、变形缝及混凝土薄弱部位的渗漏难以完全避免，    因此，从目前的国内隧道技术现状和安全要求看，高速铁路、高速公路衬砌背后的水压力不宜 大于 1.0MPa，由于高速铁路、高速公路行车速度比较快，一旦局部受到高水压作用，出现局部压溃， 发生涌水突泥、不均匀沉降或坍塌掉块，对行车安全影响比较大。

此外，    为了控制排水对环境的影响 ，    应严格控制排水中的泥砂含量，排水中的含砂量的制订宜参考《建筑与市政降水设计规范》（JGJ/T111-2016）5.6.3 的规定“管井抽水半小时内含砂量，粗砂含量应小 于 1／50000；中砂含量应小于 1／20000；细砂含量 应小于 1／10000”，通过控制泥砂排量，减少排水对环境的影响，并防止初期支护背后土体的大量流失。该值对于排水量大的长大、特长山岭隧道，大量排水可能会造成水土流失和排水系统堵塞及围岩抗力变化，因此，应根据排水量大小和可能造成的 影响后果，建议除以大于 2.0 的安全系数进行修正。

         

三、隧道防排水体系       

目前国内复合式衬砌隧道选择的防排水体系主要采用  半包防水  或  全包防水  两种形式，双线铁路隧 道防排水的主要形式如图 3、图 4，图 3 是不设置仰拱的双线铁路隧道结构防排水图，一般适用于Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ级围岩，图 4 是设置仰拱的双线铁路隧道结构防排水图，一般适用于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩，如Ⅲ 级围岩稳定性差、水量大、水压高，也可采用图 4 的防排水形式。  

 

  

  

以上两种排水形式的设计思路是，    将隧道排水作为一个完整系统来考虑，隧道周边所有的水都先 汇入侧沟，然后再汇入底板混凝土填充层中的中心水沟，根据水压力理论，一旦水量大、水压高，侧沟不能及时排出，势必造成隧道周边水位持续上升， 隧道底板承受的水压力也不断上升，如底板无法抵 抗向上的水压力，势必产生破坏，从而导致底板隆起、开裂和渗漏水。  

因此，对于不受冻害影响的隧道，为了减少隧道底板的水压力，可将拱、墙部位与底板之间的排水系统分开设置，拱、墙部位来水可直接排入两侧侧沟；对于仰拱部位的水，如果隧道底板不设仰拱，底板水可汇入中心水沟，直接排出，如图 5；对于设置仰拱的隧道，仰拱部位的二次衬砌混凝土中可预埋横向盲管，铺底混凝土中和二次衬砌混凝土接触部位可设置中心盲管，如果地下水穿过仰拱初期支护、防水层进入二次衬砌混凝土背面，如水压高、水量大，中心排水管无法排走的水，可沿横向盲管流入新增设的侧沟排出，伸入侧沟内的横向排水管可安装球阀，进行限量排放， 如图 6，如在排水的条件下，水压力仍超过底板的抗水压力能力，可采取堵水或锚固措施，这样可能导致隧道两侧的电缆槽由四个减少为两个，通过调整电缆安装位置及高度，满足功能要求。

  

  

假定仰拱填充混凝土内横向排水管沿纵向 3m 设置一道，与中心盲管联通，中心排水盲管的排水量可参照《公路隧道设计规范》（JTG D70）进行计算，计算公式如下：

Q= 31???? ????23????12???? (1)

上式中：Q:过水流量（m3 /s）; n：粗糙系数， 可取 0.025; R:水力半径（m），取圆管直径的 1/4； 

I:排水坡度；A：满水时的过水断面积（m2 ）。 

假定中心排水盲管直径为Φ300mm，排水坡度为 0.003，则中心排水盲管的排水量为：0.0229 m3 /s, 该排水量比较大，可满足大部分隧道底板排水的要 求，中心排水盲管上方宜每隔 30～50m 应设置一个 检查井及沉淀池，定期检查和清理，防止堵塞，为 了保证隧道底板排水通畅，隧底纵向中心排水盲管 应全长设置。

       

四、围岩及初期支护的防水作用    

隧道开挖后，地应力逐步释放，围岩产生松弛和变形，从而引起裂隙张开和地层空隙率变大，漏水率和渗透系数相应增大，在高水压或富水地层中， 地下水容易从岩体裂隙或土体空隙中流出，如不进行提前封堵，隧道开挖通过后，掌子面后方壁面上的高压水一般呈喷射状态，出水点如与周围裂隙或空隙联通性强，注浆时很容易发生纵向或环向串水， 注浆封堵难度大、时间长、成本高，因此矿山法隧道通过高水压、富水地层时，应通过超前注浆加固和堵水，在隧道周围形成止水帷幕，提高地层强度和完整性，降低渗透系数和透水率。在埋深比较浅的情况下（一般洞顶埋深宜小于 50m），如地面有作业条件，为减少施工干扰，可选择地面垂直注浆或其他隔离措施，在隧道周围形成止水帷幕。《水利水电工程地质勘察规范》（GB50478）附录 W，外水压力折减系数如表 2。

  

大量的工程实践表明，通过地面注浆、洞内超 前、旋喷、管幕或超前管棚、径向注浆等措施可以降低隧道的涌水量和水压力，注浆后岩体和土体的渗透性应达到微透水程度，即：岩体的透水率应小 于 1.0Lu，土体的渗透系数应小于 1×10-5 cm/s。

此外，对于土体，根据渝怀线圆梁山隧道、厦门东通道翔安海底隧道、龙厦铁路象山隧道、厦门西通道 海沧海底隧道、厦门轨道交通三号线五缘湾-刘五店钻爆法区间隧道等工程的注浆经验[17]，注浆后掌子面土体的含水率宜不大于 15%，岩石质量指标 RQD 应不小于 75，掌子面开挖并对暴露岩面进行初喷混凝土后，自稳时间应不小于 8 个小时，确保初期支护所有工序完成且形成的支护结构具有一定的承载能力（一般喷射混凝土3小时无侧限抗压强度应能达到 1.5MPa）。注浆后，止浆墙或止浆岩盘的开挖 一般需要 3 天以上，因此，为了止浆墙或止浆岩盘 前方的掌子面开挖过程中的稳定性，注浆胶结体试件 3 天无侧限单轴抗压强度不宜小于 2.0MPa，如果浆液主要以挤密、劈裂方式进入地层，一般情况下，无法取出完整岩芯，应通过 RQD 指标、渗透系数及含水率等指标综合判断注浆效果。欧洲标准 EN 规定：地层旋喷加固后，进行取芯试验，试件 28 天的无侧限抗压强度不应低于 2.0MPa，渗透系数不应大于 1 ×10-7 m/s。此处建议注浆胶结体试件 3 天的无侧限 单轴抗压强度指标达到 2.0MPa，是为了使注浆完成 后尽快达到开挖条件，并且保证掌子面具有一定的 稳定性。隧道开挖和初期支护完成后，对于渗漏水较大部位应通过径向注浆、局部堵水、回填注浆等 措施进行堵水和加固，进一步降低地层和初期支护 的渗透系数，并适当采取引排措施，确保初期支护表面不出现射水、滴水、淌水等流动水，这样可以 为防水层和二次衬砌施工创造良好的条件。厦门轨道交通 3 号线五缘湾-刘五店区间风化槽注浆如图 7、 图 8，该工程注浆严格按以上标准控制，取得了较好效果。如需要进一步提高地层的堵水率和稳定性， 全断面注浆后，可采用超前管幕、大管棚、旋喷桩、 咬合桩加固隧道周边土体，通过玻纤锚杆等加固隧 道开挖面，必要时，可增加洞外、洞内降水措施。

  

对于大部分铁路、公路、市政、地铁隧道，其开挖断面一般不大于150m2 ，计算假定为 150m2， 其等效半径为 6.91m，其等效周长为 43.40m。假定地层注浆前水压力为 5.0MPa，采取超前预注浆，加固范围为开挖轮廓线外 7.0 m，初期支护完成后，进行径向注浆，将初期支护表面水压力降低到 0.1MPa， 地层渗透系数降低到 1.0×10-7 m/s，不考虑围岩对外水压力的折减，假定外水压力直接作用在注浆加固圈外边界，且地下水在注浆加固圈中为雷诺数小于 10 的层流状态，渗流符合达西定律，如果初期支护达到《地下工程防水技术规范》（GBJ108-2008）》规 定的二级防水标准，需湿渍面积占隧道周长为 2/1000，注浆后隧道的单位长度渗漏量计算如下：

Q=43.40×0.002×1×1.0×10-7 ×（500-10） /7.0=6.076×10-7（m3 /m.s）=0.0525（m3 /m.d）。

该排水量和水压力可以达到表 1 中的二级 排水标准。

隧道初期支护的基面情况及与围岩的密贴情况对防水层和二次衬砌的防水效果影响也很大，为了发挥初期支护的防水作用，初期支护的抗渗等级不得低于 P6，初期支护和围岩之间的空隙应采用注浆回填，不允许出现空隙和空腔；在铺设防排板或喷涂防水涂料之前，基面上的渗漏水应采用注浆封堵或引排的方法进行处理，以保证基面上无明显的渗漏水点；对于严寒和寒冷地区，初期支护表面的水应以封堵为主，不宜引排，堵水后表面应无湿渍；初期支护表面应平整，无空鼓、裂缝、松酥，露筋等 现象，表面平整度应达到 D/L≤1/10(L:基面两相邻 凸面的距离，D:基面相邻两凸面凹进去的最大深度 )；否则应采用补喷混凝土、涂抹防水砂浆或渗透结晶 防水材料等方法进行处理。此外初期支护壁面平整 可以减少二次衬砌环向的约束应力，降低二次衬砌 开裂风险；初期支护表面无渗漏水，可以防止防水 板背后凹凸不平部位形成水囊。  

         

五、隧道防水层及防水混凝土      

5.1 防水层的设置及作用 

防水层主要包括柔性防水层和刚性防水层，主要起到防水、隔离、阻水（阻止二次衬砌混凝土过 快失水）作用，目前隧道防水层常用柔性防水层， 柔性防水层一般采用防水板或防水涂料，根据《地 下工程防水技术规范》（GBJ108-2008）第 4.3.8、4.3.9、 4.4.8-2、4.5.8 条关于防水卷材、涂膜防水层、防水板不透水性的规定为“压力 0.3MPa，保持 120min， 不透水”；  这说明防水卷材、涂膜及防水板可以短时间内承受较低水压，且能起到隔离作用，但在高水压长期作用下，难以起到防水作用。  上世纪八十年 代初复合式衬砌概念引入我国隧道设计和施工之前， 我国上世纪五十、六十、七十年代修建的川黔、贵 昆、成昆、宝成等铁路线上的隧道均采用整体式衬 砌，二次衬砌和围岩（临时支护）之间未设置防水 层，目前部分隧道服役期限已经超过 50 年，仍在正常使用，衬砌质量好的隧道，防水效果也比较好， 这说明混凝土结构自防水对于保证防水效果非常重要。  

我国自 1980 采用盾构修建地铁试验段以来，截至 2019 年末，采用盾构法/TBM 法修建的地铁隧道超过 3000km，其管片背后空隙均采用了注浆（同步 注浆、二次注浆）或回填豆砾石及灌注砂浆进行处 理，防水效果良好，大部分工程的渗漏量控制在 0.2l/m2 .d 以内。

 

我国自八十年代引入复合式衬砌结构以来，大部分复合式衬砌隧道设置了柔性防水层， 但渗漏水的现象也经常发生，说明防水层并不是必须的，其承担防水作用有限，只能起辅助防水作用， 但其可以起到隔离作用，减小二次衬砌的切向应力。为了减少二次衬砌混凝土开裂和提高防水效果，可采取其他隔离材料取代防水板或涂料，起到隔离作用，例如对于初期支护表面的明水可采用径向注浆 封堵，局部出水点可采用盲管或排水板引排，并采 用土工布包裹排水盲管和覆盖排水板，以防止回填 注浆堵塞排水盲管和排水板，在二次衬砌达到一定 强度后进行回填注浆，注入低强度的粘土-水泥浆或 水泥砂浆等，以阻断渗水通道，起到防水作用；文 献[18] 根据深圳地铁一号线会展中心～市民中心区 间正线隧道及西北联络线隧道的施工经验，也提出 了“对于采用喷锚构筑法施工的暗挖隧道或先做防 水层的明挖车站 ,建议取消防水层中的防水板 , 保 留无纺布”。无纺布作为初期支护与二次衬砌之间的 隔离层 ,允许围岩在二次衬砌结束后还有少量变 形 ,以减少围岩对二次衬砌的约束 ,降低二次衬砌 的 干缩裂纹”的观点。蒙华铁路段家坪隧道、高家 山隧道、西坪塬隧道已经进行了取消二次衬砌背后 防水板的试验，取得了较好的效果。

 

关于柔性防水层的检查，目前现场主要通过充 气检查防水板焊缝质量，为了保证整体防水质量， 需要对防水层的整体防水性能进行检查，因此应根 据模板台车每循环浇筑长度，将防水板（涂膜层） 铺设（喷涂）在预先铺好的垫层上，以 6~12m 为一 个单元，将防水板（涂膜层）两端搭接部位的基面 用防水砂浆找平，将防水板（涂膜层）一端牢固焊 接（粘结）在基面上，一端牢固焊接（或粘结）在 预先铺设好的防水卷材上（涂膜层），半包防水层应 将底边粘贴在基面上，在拱部、边墙、底板分别进 行充水检查，检查方法应参考现在的防水板搭接缝 检查方法，检查点数不应少于 4 个，其中拱部、左 右边墙、底板至少各 1 个，应能达到“压力 0.3MPa， 保持 120min，不漏水”，检查后，将水放掉，将检 查点补粘或补喷。

5.2 防水混凝土

防水混凝土是最重要，也是隧道防水的最后一 道防线，《地下工程防水技术规范》（GBJ108-2008） 第 4.1.4 条规定了不同埋深条件下防水混凝土的抗 渗指标，例如隧道埋深超过 30m，防水混凝土的抗 渗等级应达到 P12。按照《普通混凝土长期性能和 耐久性能试验方法标准》（GB/T50082）的规定的抗 渗试验的方法，P12 防水混凝土可承受 1.2MPa 的水 压力，且能够保证 96 个小时不漏水，圆梁山隧道等工程水压力监测表明，如果高水压长期作用，混凝 土会发生慢渗现象。目前对于现浇混凝土采用现场 钻芯进行室内抗渗试验检验抗渗效果，对于混凝土 预制管片、钢管片主要进行拼装试验，检查抗渗效 果，这些方法带有局限性，无法全面反映混凝土施 作完成后抗渗效果。为了全面反映混凝土施工完成 后的抗渗性能，在二次衬砌混凝土拆模后、应对每 一环（一般 6～12m）或几环混凝土衬砌的端头进行 密封，当混凝土达到设计强度后，进行回填灌浆， 当回填灌浆达到设计强度后，在拱顶、边墙、底板 中间位置分别钻孔进行压水检查，为了保证结构安 全，压水试验压力宜小于设计抗渗压力（0.2～0.3） MPa，压力保持时间应不少于 30 分钟，检查点不少 于 4 个，拱部、左边墙、右边墙、底板至少各 1 个， 检查孔宜布置在混凝土灌注孔附近，钻孔深度应不 小于衬砌厚度，整环抗渗检查合格，说明该环衬砌 混凝土及施工缝、变形缝、后浇带等接缝抗渗也合 格。

 

由于现浇混凝土施工工艺复杂，受原材料、配合比、搅拌、运输、灌注、振捣、养护等多种因素 影响，施工质量存在波动现象，有时局部会发生强 度不足、厚度不够、背后脱空或不密实、温度裂缝 等现象，设计的抗渗指标难以得到完全保证，因此 复合式衬砌隧道也应采用预制管片拼装的方法施做 二次衬砌。对于不掺引气剂的混凝土空隙率为 1%左 右，而钢材的空隙率一般在 0.2%以下，其密实度和 抗渗性深远大于混凝土，因此，对于设计水压力大 于 1.0MPa 的隧道二次衬砌宜采用钢管片、合金管片、 钢混组合管片等强度高、均匀性好、空隙率低的材 料，以保证结构在长期高水压作用下的抗渗能力和 稳定性。

 

但预制拼装管片存在加工和安装需要专用装备、 技术和工艺复杂、加工和安装精度要求高、防水和 密封要抗高水压等问题，目前在盾构隧道的正洞与 联通通道交叉位置使用较多，需要在今后的工作中 进一步深入研究和完善。目前中铁隧道集团等单位 联合在重庆东环线襄渝联络线上的胡家沟隧道 V 级 围岩地段，开展了隧道拱部二次衬砌预制拼装试验， 取得了成功。为了更好地推广，应进一步研究以下 问题：

 

（1）结构计算问题：初期支护和预制管片的在 外荷载作用下受力变形、承载能力、稳定性及耐久 性问题，在不同地质、环境、使用条件下，初期支 护、管片的荷载如何分配，结构及连接件安全系数 确定等。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩中，建议将围岩和初 期支护作为主要受力结构，适当减薄管片厚度和配 筋率，以降低工程造价。 

 

（2）管片加工和安装精度问题，建议采用目前 《盾构施工和验收规范》（GB50446-2017）规定的 加工和安装精度要求，该规范提出的相关指标经过 实践检验是比较合理的。 

 

（3）接头问题：管片的纵向和环向采取的连接 方式，是采用螺栓连接还是采用榫接，如果管片需 要抵抗高水压，建议采用螺栓和榫接组合方式。 

 

（4）防水问题：为了抵抗高水压，管片端面应 设置两道弹性密封垫进行防水，管片安装前，初期 支护表面应进行注浆堵水，做到没有明水（流、滴、 流挂等）现象，管片背后应安设环向、纵向排水盲 管、中心排水盲管及排水板，通过排水盲管或排水 板、横向排水管等将管片背后水排出洞外，以降低 和控制管片背后的水压力。管片背后环状空隙应灌 注豆砾石并进行回填灌浆，防止脱空。 

 

（5）为了实现快速拼装问题，应生产专用设备 用于管片运输、安装和挤紧，建议安装设备设置撑 靴，以提供反力纵向挤紧管片。 

 

（6）进一步提升信息化，智能化施工水平，在 施工和运营过程中应加强管片受力变形、隆沉、开 裂、渗漏水等监测和智能化分析，以监控和评价构 件及结构安全状况，并及时维修养护，实现信息化、 智能化施工和管理。

         

六、结论与展望   

（1）隧道允许排水量和水压力是隧道设计的非常重要的指标，其关系到隧道的抗渗要求、结构稳 定、环境安全、运营成本等，因此在隧道设计中应 依据地质、环境、使用功能、运营条件进行深入分析、合理选择和确定，并制订具体的限量排放的措 施和标准，以保证隧道渗漏水达标、结构稳定和运营、环境安全。  对于采用复合式衬砌的隧道，如果环境及使用功能没有特殊要求，其全隧道排水量宜 控制在 1.0m3 /m.d 以内，二次衬砌背后承受的水压力最大宜控制在 1.0MPa 以内。     

 

（2）对于高水压、富水隧道，隧道底板是防排水的薄弱环节，在高水压和动载作用下，容易发生底板混凝土开裂、隆起及翻浆冒泥，因此，为了减 少隧道渗漏水发生的概率，并保证隧道结构稳定， 可考虑将拱、墙防排水体系和仰拱防排水体系分开 设置，拱部、侧墙部位的渗水直接排入侧沟，仰拱部位的水主要通过纵向中心排水盲管排出，当水压 力高时，通过与中心排水盲管连通的横向排水管将 水引入新增的侧沟，并通过在横向排水管出水口安 装的阀门进行限量排放。 

 

（3）降低围岩渗透系数和提高围岩强度及完整 性是减小隧道涌水量和二次衬砌背后水压力的重要 措施，应通过地面隔离墙（咬和桩）、地面注浆、 洞内注浆、旋喷、超前管棚、超前管幕、施作双层 衬砌等措施，阻断和减小来水通道，提高地层强度 和完整性，降低隧道涌水量和衬砌背后的水压力， 并降低大量排水对运营和环境的不利影响。 

 

（4）由于受多种因素影响，复合式衬砌隧道现 场浇筑混凝土的强度、厚度、抗渗存在一定的波动 性，其整体性能无法和工厂化生产的相同抗渗及强 度等级的预制混凝土相比，因此二次衬砌采用预制 拼装混凝土（钢管片、刚混复合结构等）将是一个 发展方向，同时现场对实体工程的整体抗渗检测和 评价也是一个值得重视的问题，应继续研究相关的 方法和标准。 

 

（5）本文重点对隧道允许排水量、衬砌背后的 水压力、防排水体系等问题进行了探讨，但隧道的 安全稳定与土压力、动荷载、单位长度出水点个数 及单点的涌水量、水压力、泥沙含量等也有很大关 系，在下一步的研究中，应对该方面的问题进一步 分析和探讨。

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