1、一、立項背景綜合分析公路隧道的防排水實際情況，應采用“以堵為主，限量排放”的原則，達到堵水有效、防水可靠、經濟合理的目的。防排結構應考慮以下幾個方面：（1）根據(jù)隧道所處的工程地質和水文條件，確定隧道合理埋深，選擇經濟有效地注漿方案。（2）研究地下水作用在襯砌規(guī)律，合理選擇防水板的鋪設范圍，選擇防水板的合理鋪設方法。（3）密切關注滲水量的監(jiān)測數(shù)據(jù)的大小，加大量測頻率，對防水板鋪設之后防水效果進行評價，對防排水系統(tǒng)進行深入研究。二、國內外研究概況（一）隧道防排水技術分類研究隧道作為常見的地下工程，它的防排水技術經過幾十年的發(fā)展，已有了許多成功的經驗。目前國內外對隧道的施工主要有沉埋法、新奧法和盾構

2、法三種：沉埋法常用于水下隧道的施工；新奧法主要用于山嶺隧道；盾構法常用于城市地下工程。隧道防排水技術主要有三種類型，一是從圍巖、結構和附加防水層著手以防為主的水密型防水，二是從疏水、泄水著手以排為主的泄水型或引流自排型防水，三是防排結合的混合型防水。主要做法有：（1）復合襯砌。由一次支護、二次襯砌以及防水層組成，防水層常采用PVC、ECB(乙烯一醋酸乙烯與瀝青共聚物)、EVA(乙烯一醋酸乙烯共聚物)等材料。復合襯砌防水是隧道新奧法施工的基本形式，廣泛應用于國內外大量隧道工程。如日本的北陸新干線一間獺隧道、東京灣渡海公路海底隧道等。復合襯砌的防水層設于一次支護與二次模注之間，表面光滑，除了防水，

3、它還能減少噴射混凝土與二次襯砌模注混凝土之間約束應力，防止二次模注混凝土產生裂縫。但復合襯砌也存在許多問題，主要是：初期支護難以保護；施工期長，施工工藝復雜；防水層材料難以選擇：PVC板及HDPE膜作防水層時，PVC板幅寬僅lm，接縫多，板間接縫采用熱楔焊，焊縫嚴密性差，防水可靠性降低；防水板用射釘穿破，固定于噴射混凝土上，防水整體性遭破壞；PVC板間接縫焊接時分解出有害氣體，對人體危害極大；HDPE膜幅寬9m，接縫雖少，但鋪設困難，且接縫需用專用焊槍焊接，要用與膜同材質的專用焊條，成本較高；二次襯砌施工時易將防水板撞破。（2）二次襯砌防水。二次襯砌防水是盾構隧道的一種防水技術，在盾構隧道內側

4、，增加二次襯砌，使隧道內的水分和氧氣與一次襯砌隔絕，這樣不但可以防水，而且可以對一次襯砌接頭的金屬構件和螺栓起防腐作。（3）單一襯砌防水。單一襯砌防水可認為是新奧法的一種延伸，分內防水和外防水兩種。（4）排水法防水。這種方法通常與其它防水方法結合使用，很少單獨使用。（5）注漿防水。注漿能起到提高隧道圍巖整體性、有利于改善襯砌所受壓力，它屬于隧道介質防水，其有效性可以通過注漿后達到的滲透性來評價。此外，20世紀90年代以來，國外在隧道防排水技術上采用了：（1）滲透灌漿，給鉆孔中灌漿形成一個地下帷幕從而攔截地下水；（2）噴射灌漿，往孔內高壓噴射漿液阻隔地下水并具有支撐土層作用；（3）冷凍截水等方法

5、。其中法國、瑞士、奧地利等國相繼采用了聚氯乙烯、聚乙烯等防水卷材進行隧道防排水。日本的防排水設計考慮相對全面，針對不同的隧道往往采用不同的方法。對山嶺隧道的防水采取以排為主，堵排結合；對海底隧道和城市隧道是以堵為主，堵排結合原則，其防水設計、施工的指導思想是要求把防水一次做好，不留后患，嚴格要求施工質量，隧道防水皆由專業(yè)公司承擔設計、施工，每道工序都有人檢查，嚴格按圖施工。日本的防水材料先進，他們有專門的研究單位從事材料的開發(fā)和生產。日本在對隧道的防水方面，已經不再局限與防水措施之類的就事論事，而是從地下工程的結構與整體設施全面考慮。其在施工技術上，以把電腦技術廣泛用于隧道施工，對作業(yè)面實施自

6、動記錄、監(jiān)理、繪圖；應用激光導向和光電傳感器與微機聯(lián)網自動采集數(shù)據(jù)，分析、繪圖。（二）隧道防水層研究 隧道的結構防水一般是通過在初期支護和二次襯砌之間設置防水層來解決隧道防水問題，普遍被認為是比較合理的方法。這與1988年10月就開始施行的“鐵路隧道新奧法指南”中規(guī)定的防排水原則是一致的。目前構筑防水層主要有下列方法：（1）噴涂防水膜。在初期支護與襯砌結構之間噴涂防水膜，這樣形成的防水膜要求初期支護的底層平整，否則將影響防水膜的附著力，降低防水效果。一般采用噴涂防水膜的防水措施，只適用于沒有涌水隧道，不足之處在于防水膜的厚度難以控制。此外，防水層完全隔斷水的滲漏而不能把滲水排出，所以二次襯砌結

7、構要承受一定的外水壓力。（2）設置防水隔板。在初期支護與襯砌結構之間鋪設平板或帶助板。平板材料為聚乙烯或聚酯。采用平板防水層的優(yōu)點是：能在涌水條件下施工，質量易于保證，對初期支護底居的平整度的要求比噴涂防水膜低。采用帶肋板做防水層的特點是：不僅可以隔斷滲漏水或者滴水，并且還可以把隔斷在板后面的水疏導排出，即在墻基部位設置集中導水管把水排出。二次襯砌一般不會受到外水壓力的作用，這在很大程度上就克服了因隧道超挖而造成的防水難題。對于圍巖注漿堵水，減小隧道周邊巖體的滲透系數(shù)來降低滲水量；抗?jié)B噴射混凝土與模筑混凝土的研究的施工技術已經比較成熟。通過這幾個方面的研究，我國隧道目前最終形成了洞內外進行放排

8、水的設計，即襯砌自防水，二次襯砌鋪設復合式防水層、注漿堵水和三縫的止防水等措施，在隧道防排水方面取得了較大的成績。（3） 隧道防排水常見問題研究 近年來，盡管我國在隧道建設方面取得了不錯的成績，在隧道的防排水及滲漏水的防治研究和工程實踐也取得了豐碩的成果和經驗，但絕大部分隧道仍出現(xiàn)不同程度的滲漏水，有些隧道的滲漏狀況相當嚴重。這是由于隧道作為一個地下工程，其防排水是一個系統(tǒng)工程，它與工程地質及水文地質勘察、防排水設計、防排水材料選擇、施工技術與工藝、管理水平等都密切相關。所以在勘測、設計、施工、管理等任何一個方面的不足都可能引起隧道滲漏水問題，目前隧道防排水技術存在的問題集中體現(xiàn)在以下四個方面

9、：（1）隧道防排水的等級不明確。大部分規(guī)范對防水等級的劃分比較模糊，我國相對于國外的隧道防排水規(guī)范，各種隧道的防水要求和等級都相對不明確。（2）隧道防水的設計依據(jù)不充分。由于地質情況的復雜性，勘探費用昂貴，因此很難通過勘探來掌握隧道所處的地質情況。同時地下水的運動時一個非常復雜且不能準確計算的問題，他對結構主要產生滲透作用。而設計人員在設計之前，對其工程地質及水文地質情況了解的不夠細，對襯砌周圍地下水水源、水量、流向及水質勘察不全。（3）隧道防水的施工做法不規(guī)范。盡管規(guī)范對不同隧道的防水進行了規(guī)定，但國內對不同的防水措施沒有從經濟、效率上進行系統(tǒng)的研究，對防水施工措施缺乏規(guī)范。另外，施工隊伍專

10、業(yè)技能水平較差，施工質量難以保證，這都為隧道的滲漏埋下了隱患。（4）科研、設計、施工單位之間缺乏交叉滲透，缺乏組織協(xié)調和分工協(xié)作。科研開發(fā)又往往是低水平、著眼主導產品多，而對配套洞內防水和施工技術的研究不夠，妨礙了隧道防排水技術總體水平的提高。從近幾年國內外隧道的防水技術可發(fā)現(xiàn)，一道設防能勝任較高的防水要求是一個發(fā)展趨勢；強調防水材料的研究和工藝相結合，尤其在防水材料開發(fā)的同時要考慮施工環(huán)境及與之相匹配的新穎、實用、簡便的施工工藝和施工檢測方法是一種趨勢；結構自防水的設計、材料、施工和工藝也是防排水技術發(fā)展的一個方向；國際上防水材料的發(fā)展，越來越呈現(xiàn)出一種復合材料的趨勢。如隧道上選用的橡膠止水

11、條如今很多國家大都選取橡膠與遇水膨脹材料復合，既發(fā)揮兩種材料各自的作用，也獲得了良好的經濟效益與工程效益。隧道的地下水處理一直是個難題，它不但影響工程的正常使用，而且影響隧道的施工安全和建成后的結構安全，還可能導致一系列的生態(tài)環(huán)境問題。隧道工程對生態(tài)環(huán)境的影響主要發(fā)生在隧道的施工期，會不同程度地干擾和破壞工程所在地的地下水平衡，其重點影響因素主要為隧道廢渣和地下水。隧道開挖都要產生大量廢渣，通常為各種巖石碎塊，或風化巖類與泥土的混合物，無法當作種植土來直接利用。由此可見，如何經濟、合理地處理好地下水問題，往往關系到隧道工程的成敗。隧道洞內防排水是一項系統(tǒng)工程，應該以排為主，防、排、堵、截相結合

12、的綜合治理辦法。要注意避免排而不防或者排而不堵的傾向，一味的排水可能會流盡隧道之上潛水和排干水塘、水庫、農田等地表水，影響附近人們生產與生活，甚至造成植被失水枯死；防而不排或者堵而不排，就會使襯砌周圍的水無路可走、越積越多，最終因水害而導致隧道損壞。因此，研究隧道工程的防排水設計、施工技術對隧道結構安全和水土保持、生態(tài)保護都具有相當重要的意義。三、項目研發(fā)方案 項目研發(fā)方案主要分為4個專題：專題1：隧道地下水作用研究及危害評價指標體系建立通過對隧道工程中地下水環(huán)境效應的分析，建立隧道工程與地下水相互作用鏈，通過收集水文地質資料和現(xiàn)場勘測資料，建立隧道結構和地層的水文地質概念模型，通過對國內外部

13、分具有代表性的隧道地下水危害狀況的數(shù)理統(tǒng)計，建立可能出現(xiàn)的地下水危害指標評價體系，指導隧道防排水系統(tǒng)的設計、施工。專題2：隧道防排水工程措施提出及量化研究通過收集和實測水文地質資料，對隧道防排水工程措施的提出依據(jù)、注意事項等進行研究，同時某隧道為實例，根據(jù)ANSYS和涌水量預測程序對隧道的涌水量進行預測，結合隧道區(qū)水文地質條件和其他的因素，提出隧道各區(qū)段的防排水工程措施，將所提出的工程措施作為約束條件代入初始的數(shù)學模型，通過計算量化評估工程措施的安全有效性，從而為分析治理同類地區(qū)隧道施工中的涌水災害提供理論基礎。專題3：隧道堵水限排的注漿控制研究在調研流固耦合相關理論及其基本方程的基礎上，建立

14、裂隙巖體數(shù)值模擬常用的三類模型，分析地下水對巖體的力學作用、強度的弱化作用、對圍巖應力場的影響等。同時，研究地下水位、注漿與否、注漿厚度等滲流場控制因素對滲流場、圍巖應力和位移分布的影響規(guī)律，為實際隧道堵水限排時的應力與變形控制提供相應的理論依據(jù)。圍巖的地下水位對滲流場影響較大，注漿與否對圍巖的滲流場與應力場的影響均很大，如注漿前tresca應力值約比注漿后應力值大，而注漿厚度、系數(shù)的改變可以明顯的從各場的數(shù)值變化判斷注漿堵水的效果，從而選取最合理的注漿方案。建立隧道三維流固耦合模型，并對比注漿堵水前后模型，對該工程的堵水限排效果進行論證。專題4：隧道工程中的水土保持主要影響因素及控制體系研究

15、研究隧道工程對生態(tài)環(huán)境的主要影響因素和生態(tài)環(huán)境保護條件下控制型防排水的設計體系研究，嚴格控制地下水位的下降。同時研究植被生長與地下水位的關系，對該水位條件下襯砌結構尤其是止水措施的優(yōu)化設計，最終確定隧道圍巖注漿形式、注漿材料、導排系統(tǒng)、自動排水裝置等。四、研究方法及技術路線（1）研究方法以某隧道為依托，采用理論研究與分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗及現(xiàn)場監(jiān)控相結合的方法進行研究，各種研究手段分別解決相應的關鍵技術難題，并且互為印證。主要研究方法如下：研究采取的試驗包括：理論研究與分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗及現(xiàn)場監(jiān)控。現(xiàn)場試驗及現(xiàn)場監(jiān)控：主要監(jiān)測水量、來源及地下水與防排水系統(tǒng)間聯(lián)系；試驗主要是驗證注漿效果

16、和滲漏水路況，地下水位和生態(tài)之間的關聯(lián)。數(shù)值模擬：運用ANSYS軟件分析隧道中地下水與巖體間的作用效應，主要包括：地下水對巖體的力學作用，地下水對圍巖力學參數(shù)的弱化作用，應力場對滲流場的影響等，用涌水量預測程序對隧道的涌水量進行預測。理論分析：綜合流固耦合相關理論及其基本方程,從理論上分析流固耦合計算的合理性與可靠性，為流固耦合三維有限元分析打下基礎。研究隧道工程中的水土保持主要影響因素及控制體系。（2）技術路線專題1：隧道地下水作用研究及危害評價指標體系建立技術路線：通過現(xiàn)場勘查研究的前提下，采用理論推導數(shù)理統(tǒng)計和結構模型試驗方法。專題2：隧道防排水工程措施提出及量化研究技術路線：示范工程現(xiàn)

17、場應用統(tǒng)計分析，采取數(shù)值模擬試驗，程序模擬軟件的方法。專題3：隧道堵水限排的注漿控制研究技術路線：現(xiàn)場勘查后，依據(jù)理論推導、數(shù)值模擬和數(shù)理統(tǒng)計方法進行驗證。專題4：隧道工程中的水土保持主要影響因素及控制體系研究技術路線：通過研究文獻綜述結合現(xiàn)場試驗和監(jiān)控量測，研究隧道工程中的水土保持主要影響因素及控制體系，在保證隧道結構安全的同時，對生態(tài)環(huán)境也不能損害。五、推廣應用前景及經濟效益預測 六、申報單位和協(xié)作單位及分工申報單位：協(xié)作單位： 分工安排： 七、項目進度計劃八、項目經費（一）項目總經費100萬元項 目總經費（萬元）其 中（萬元）自 籌承擔單 位撥款協(xié)作單位撥款股份公司撥 款國 家撥 款其 它10010（二）經費支出明細表序 號支 出 科 目年 度金 額(萬元)1技術引進2方案研討3隧道監(jiān)控4資料印刷5材料及設備購置6檢測費7差旅費8其他9、 項目負責人及主要研究人員序號姓 名年齡單 位技術職務項目職務項目分工1中交路橋高級工程師項目負責人項目總體負責2中交路橋高級工程