曹诗定
(上海市政工程设计研究总院，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种。采用全包式防水和控制型防水模式的隧道为防水型隧道。通过对防水型隧道及防水措施的分析，总结归纳隧道外防水、白防水及附加防水措施。结合深圳东部过境高速公路连接线厂工程实例，对防水型隧道工程造价进行分析。
关键词：防水型隧道；地下水；注浆圈；工程造价
中图分类号：U453.6 文章编号：1004-4655( 2016) 03-0066-03
地下水是困扰地下工程的主要问题。采用何种防排水设计方案，将会直接影响水下隧道结构的设计和正常运营。地下水的控制不仅影响隧道的施工安全、运营安全，在一定程度上还决定运营维护费用。如：青岛胶州湾海底隧道日抽水量达4000m3，年抽水费用达800多万元；厦门翔安海底隧道日抽水量约12000m3，年抽水费用>2000万元，成为工程运营的沉重负担。
除了巨额的维护费用，对环境保护也是隧道设计优先考虑的问题。隧道设计采用“以排为主”的原则，极易造成隧道地表井泉干涸、水土流失、生产生活用水缺失以及地表塌陷等一系列环境问题，对后期运营留有隐患，故水下隧道设计时应摒弃“以排为主”的设计理念。在隧道工程中，通过设定合理的渗水量指标，采取科学的设计方案，降低渗透性，将渗水量控制在一定范围内，即可满足要求。
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种。全包式防水适用于环境保护要求高的工程，既保护地下水环境，又有效控制地层沉降。半包式防水适用于环境保护没有严格要求的工程。结合必要的辅助措施和设备，为隧道结构的耐久性以及安全运营提供良好环境条件。控制型防排水是一种新型的隧道防水措施，既能降低全包式防水的成本，又能满足地下水环境保护，控制地层沉降。
国外典型水下隧道结构防排水设计也是以“全封堵”和“限量排放”为主。国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
防水型隧道通过多道防线层层设防，主要的堵水防线有以下3道：隧道外防水、隧道白防水及附加防水措施。汇总如表2所示
2.1 隧道外防水
隧道外防水通过对围岩进行加固，形成一定厚度的注浆圈，减小注浆圈围岩渗透性，将隧道开挖断面周围的涌水或渗水封堵于结构外，以限制地下水渗入，是实现隧道“控制型防排水”的一项重要措施。根据工程经验，注浆圈经济厚度为6m；当厚度>6m时，堵水防渗效果增加有限。
隧道外注浆视地质情况采用不同的施工工艺。在围岩破碎地段，通过超前帷幕注浆在隧道洞室四周形成注浆堵水圈；在围岩较好地段，采用超前小导管注浆，封闭围岩裂隙。根据地下水渗透量，调整衬砌初期支护中的环向系统注浆锚杆，进一步封闭地下水流径通道，必要时在施工防水层前对初期支护渗漏点处进行补充注浆处理。
2.2隧道自防水
隧道主体结构自防水由初衬自防水和二衬自防水组成。通过提高混凝土自身抗渗指标、白密实性能和抗裂性能，改善隧道自防水性能。
初期支护的基本作用是加固、支护围岩，其防水作用往往得不到重视。由于初期支护的厚度较薄，且采用喷射作业，其均匀性和密实度一般较差，难以抵抗较高的水压力。提高初期支护的抗渗性，可使初期支护承受一定水压，达到一定防水效果。如厦门海底隧道初期支护的抗渗指标为P8，经计算F4风化深槽段初期支护承受的水压为全水头的30%。
对于隧道二衬，除提高二衬混凝土抗渗指标外，还可通过掺加粉煤灰、抗裂纤维（如聚丙烯腈纤维、钢纤维）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层和接缝防水两部分组成。
复合式衬砌中的防水层是隧道防排水技术的核心。防水层为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。复合式衬砌的防水层设于初期支护与二次模筑衬砌之间，起到阻止地下水进入二次衬砌的效果。为防止防水层被穿破出现渗流和窜流，在防水板与二次衬砌之间做纵向分段隔离，即为分区防水。通过分区防水，有效防止“一点失效，全线遭殃”的防水事故。采用分区防水措施，发生渗漏时只需对渗漏点所在防水分区进行注浆堵水处理即可。
接缝防水作为隧道附加防水的重要组成部分，其重要性在隧道设计中往往被忽视。为保证隧道的整体防水能力，避免出现防水薄弱环节，隧道变形缝应设多道防水。如：厦门海底隧道在靠防水板侧设带注浆管的背贴式止水带，在二衬混凝土中部设带注浆管的中埋式橡胶止水带，还在二衬混凝土表面施作厚度≥3cm的聚氨酯密封胶。
3防水型隧道工程造价分析
3.1工程概况
深圳东部过境高速公路连接线T程，起点为爱国路立交，终点与东部过境高速近期实施段起点（莲塘水厂处）相接。工程西起北环布心路，以隧道形式穿越现状爱国路高架、东湖公园，向东与口岸连接线合流后，接人东部过境高速公路主线，南线隧道全长约3.1 km，北线隧道全长约3 km，隧道平面布置示意图见图1。隧道在谷对岭、莲塘山各设置一处“Y形”地下互通立交，隧道纵断面呈“V形”。
隧道位于水库下游，主线隧道距离水库最近仅260 m。隧道水库下游区段为三车道，隧道采用三心圆断面，隧道建筑限界及内轮廓示意图见图2。
3.2主要支护参数及防水措施
隧道工程地质条件复杂，具有以下特点。
1)隧道下穿多条断层破碎带( F9、F10-1、F10-2. F10-3、F10-4、F10-5和裂隙密集带LX-
1)，断层带及影响带围岩情况差。
2)隧道南线下穿泄洪渠节点处，隧道拱顶以上岩土中分布有卵石层，透水性强。
3)隧道毗邻深圳水库大坝，下穿众多重要管线和建筑物，如泄洪渠、供港二期、三期原水管、供深圳原水管等。水库大坝、重要管线及地表建筑物安全保护要求高。
4)水库下游段隧道基本为浅埋段，隧道顶部多为强风化岩层，且地表为东湖公园，地表环境的保护要求高。
根据工程特点、隧道围岩情况及地面环境保护要求，隧道在防排水设计时，分区段采用不同的防水措施。隧道各区段主要防水设计原则见表3。
水库下游段隧道基本防水设计原则为“全封堵”，但要做到滴水不漏难度较大，因此，在防水层外侧布设纵向排水管，一定间距布设环向排水管，控制型防排水。
水库下游段采用表4中的措施，达到防渗止水的目的。
3.3防水型隧道工程造价分析
根据支护设计参数及深圳地区技术经济指标，测算隧道V级围岩段半包式防水衬砌（S5型）与全包防水式衬砌（S5w型）延米分部分项工程费如表5所示。
经汇总可得半包式防水衬砌每延米分部分项工程费为16.2万元，全包防水式衬砌工程费为
22.3万元。
全包防水式衬砌较半包式防水衬砌每延米造价增加6.1万元，增加比例为38%。增加的造价中各部分比例见表6。
4结语
水下隧道应秉承“以堵为主、限量排放”和“全封堵”的防水设计理念，针对不同地层，结构防排水方案分别采用全包式防水或控制型防排水模式。
防水型隧道通过隧道外防水、自防水及附加防水措施达到“全封堵”或“限量排放”的防水目标。以深圳东部过境高速公路连接线工程为例，不采取相应工程措施时，隧道每延米涌水量达3.4m3/d，采用隧道外设置注浆圈、附加防水层等工程措施后，隧道每延米涌水量控制在0.25 m3／d以内。采用“全封堵”或“限量排放”的防水设计理念，虽然前期工程投资有所增加，但环境效益、社会效益明显，且后期排水费用大幅降低，工程全生命周期费用增加不大，在环境要求高的工程中应推广采用。
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