隧道内一般均应设置
隧道排水沟,为了保证隧道建筑不致因渗漏水造成病害,危及行车安全,腐蚀洞内设备,山区公路隧道排水系统阻塞病害直接影响隧道内围岩、衬砌渗透水分的外排效率,对隧道围岩、衬砌结构的长期稳定性极为不利,下面以隧道排水系统沉积阻塞病害对导致排水系统阻塞的各种根源进行分类分析,并针对性提出了相应的控制措施,经工程实践检验,处置效果良好。
在山区隧道运营过程中,由于地质结构复杂,自然环境具有很强的不可预见性,这些给山区隧道的安全、正常运营埋下重大安全隐患。地下水渗透导致的隧道排水系统阻塞是最常见的继发性病害,由于隧道排水系统被阻塞,导致隧道内部积水无法及时外排,大量的积水集聚在衬砌内,严重威胁到衬砌结构的强度及荷载稳定性,部分渗出的水分因无法排出滞留在隧道路面表面,严重影响到道路的正常通行安全。
一、隧道排水系统阻塞根原分析
(一)工程地质条件因素
工程地质条件因素可以细分为地质构造因素和隧道围岩因素两部分,省内山区大部分山体隧道岩石节理发育完全,石灰岩层的岩溶特性尤其明显,岩层的密封性较差,一旦地下水水位上升到岩层内指定高度,将导致大量的岩层地下水将大量的钙、镁、铁离子等各种盐酸根离子裹携到排水系统内,加速排水系统内阻塞进度,削减排水系统的使用寿命。此外,石灰石围岩中含有大量的可溶性碳酸盐类物质,在地下水和围岩渗透水的长期冲刷作用下,大块的可溶性盐酸类物质将分散成细小颗粒进入排水系统内,地下水在围岩中的运动受到多因素的耦合影响,难以通过一种单纯的控制技术彻底阻断围岩阻塞影响,且围岩渗透阻塞会随着围岩渗透性的增加呈现恶性循环,围岩内的渗透通道内径快速扩张,大量的岩层碎屑和难溶性盐类沉淀连续补充到排水系统内,最终造成排水系统的阻塞。
(二)外界设计施工扰动因素
早期隧道排水系统在设计过程中缺乏针对性,大部分设计人员直接将标准排水系统设计方案迁移到项目设计中,导致排水系统设计和实际工况严重偏离。正确的排水设计模式应该以隧道内围岩渗透水量和渗透速率为判定标准。如果排水系统设计直径过小,盐酸类沉淀物和各种碎屑泥沙将快速阻塞排水系统截面;如果排水系统设计直径过大,在较低的排水速率条件下,排水系统内的水分流动速率下降,渗透水中掺加的各种沉淀、碎屑及泥沙等沉淀物将无法以较快的速率排出管道,增加了各种沉淀物聚集在排水系统内的风险。除了设计因素外,施工因素对隧道排水系统的影响也不容忽视。排水系统设计标高直接决定了排水系统在隧道内的整体坡度和总体布局,如果实际施工的坡度范围偏离了设计范围,将导致预先设计的最优化水头值出现偏离,影响排水系统的最佳排水效率;在部分水流交汇位置没有设置专用的弯头,大量水流交汇位置存在“直上直下”的情况,一旦隧道内部水分外排压力增加,将引发严重的排水倒灌问题,不但不能及时外排渗透水,还将引起严重的隧道内积水;部分施工作业人员不重视排水管道内部清洁性,将大量的施工垃圾和废料随意堆砌在排水管道内部,造成内部排水不畅,削弱了排水系统的排水能力和效率,增加了隧道内排水系统的排水负担。
(三)降水因素
气候影响因素不同于设计施工及工程地质因素,属于非直接影响因素,区域降水量会影响隧道岩层内地下水的水位、水量及各种盐酸根离子的浓度指标。在夏季多雨季节,地表水对地下水的补给效应较强,但同时对地下水中各种不良盐酸根离子有不同程度的稀释作用,地表水的的补充打破了既有的地下水离子平衡,进而影响沉淀物类型和浓度。此外,强对流天气条件下的强降雨天气还会裹携大量的泥沙及岩层碎屑进入隧道内排水系统内,加剧了排水系统内的阻塞风险,部分强降雨因素和排水系统坡度不合理因素叠加在一起,在短时间内快速阻塞排水系统管道,造成隧道内涌水病害。
二、隧道排水沟的良好改治建议
(一)采用树脂混凝土线性成品排水沟
物理病害处治应尝试从排水系统坡度优化和管道内部优化两方面切入。通过调查省内隧道排水系统阻塞病害可知,超过80%的病害位置出现在纵向排水系统中,根本原因是纵向排水系统的坡度设计值较小,设计坡度基本介于0.8%至2%范围内,且渗透水分在纵向排水系统中的流速较慢,很容易引起沉淀物、岩石碎屑沉积。建议把传统的排水沟替换成树脂混凝土线性成品排水沟,树脂混凝土排水沟的材质不是普通的混凝土,而是一种新材质,国外叫“树脂混凝土”,俗名其实就是类似人造石的一种东西,主要构成成分也比较像人造石。在使用过程中可以保护自身惰性并不受到水中酸碱化合物的腐蚀。与此同时,还可以在高温或是极寒的条件下保持其结构的稳定性而不发生龟裂或是粉化,所以树脂混凝土排水沟的使用年限非常长久,不用更换,非常适合用于隧道排水沟。
(二)一体式树脂混凝土排水沟
高流量的地方,比如物流园区,集装箱装配区,城市隧道,试车场,摩托车道,快速道路以及机场,给路面排水提出了更高的要求。首先,排水系统必须能够承受重载汽车等动态重量;其次,系统必须能够保证路面的安全,必须确保大流量降水的情况下路面迅速排水;最后,它必须是经济的,无论在设计、安装还是维护中。一体式产品是一种为沥青和混凝土路面而设计的排水产品。一体式排水沟承重等级有D400、E600、F900,非常适合隧道排水沟,城市道路,物流园区,重工业厂房,仓储,机场等。
三、总结
综上,为了保证隧道排水系统的正常运转,最大程度控制排水系统内的沉积阻塞病害,应先对可能造成隧道排水系统阻塞的各种原因分类分析,并针对性提出相应的处治措施,优化既有的隧道排水系统,提升排水系统的可靠性和工作效率。