隧道防排水监控量测耐久性设计.docx
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隧道防排水监控量测耐久性设计
防排水
防排水采用“防、截、排、堵相结合,因地制宜,综合治理”的原则,达到防水可靠,经济合理,不留后患的目的。
隧道防水等级必须达到国家标准《地下工程防水技术规范》(GB50108-2008)规定的一级防水等级标准,衬砌结构不允许渗水,表面无湿渍。
防排水设计
1、洞顶地面截水沟。
作用:
防止地表水冲刷仰坡。
位置:
距边坡开挖边缘至少5m的地方,黄土地区应在10m以上。
坡度不小于3‰,纵坡过陡时设急流槽或跌水连接。
沟底宽度不小于40cm,深度不小于60cm。
洞顶截水沟一般采用梯形断面,C25混凝土铺砌,以防冲刷。
2、明洞防排水
明洞开挖线以外设天沟,当出洞方向为下坡端的洞口接长明洞,天沟底坡度与线路坡度一致,反之做成3‰的反坡。
条件允许时,在山坡较低一侧拉槽排水。
洞顶回填土表面设黏土隔水层,且应与边坡搭接良好,防止地表水渗入,隔水层表面种草防护,防止雨水冲刷。
3、洞内外水沟衔接
洞内外连接水沟应加设钢筋混凝土盖板,连接水沟与洞内水沟盖板面高程不同时,应在连接处用钢筋混凝土隔板堵塞,防止砂、石等掉入沟内。
桥台进洞
1、在桥台台尾内的1.5m堵头墙进行中心水沟加深,设汇水池一处,以汇集洞内中心水沟流水并通过横向排水管引排至侧沟附近的转向井。
中心汇水池采用与洞内中心沟一致的钢筋混凝土盖板,两侧对称设置1根Φ600mm钢筋混凝土管。
、
2、将转向井内的水引排至桥台进洞断面的侧沟后,再将水引排至洞口后,侧向排至沟谷低洼处。
桥隧相邻
1、在桥隧连接处洞内2m范围内断面加深,同时中心水沟加深,设汇水池一处,以汇集洞内中心水沟流水并通过横向排水管引排至侧沟附近的转向井。
中心汇水池采用与洞内中心沟一致的钢筋混凝土盖板,两侧对称设置2根Φ400mm钢筋混凝土管,横向排水管设置坡度为4%.两侧侧沟底设置Φ300mm硬质PVC管,将侧沟内流水引排至转向井。
2、将转向井内的水通过Φ400mm硬质PVC管引排至洞口后,侧向排至沟谷低洼处。
洞内防排水
1、隧道内均采用双侧水沟加中心矩形盖板水沟排水,侧沟主要用于汇集地下水,同时起沉淀作用;中心水沟主要起排水作用,中心水沟与双侧排水沟相连通。
2、寒冷地区隧道,两端洞口各800m范围内设双层盖板保温侧沟和保温中心水沟,双层盖板间填充聚氨酯保温材料,洞外设保温暗沟及保温出水口。
洞内水沟应满足以下
1.1洞身衬砌防水
(1)隧道二次衬砌拱部、边墙及仰拱采用防水混凝土,混凝土抗渗等级不低于P10,地下水发育地段不小于P12.
(2)隧道暗洞衬砌初期支护与二次衬砌之间拱部及边墙部位铺设EVA防水板,EVA防水板厚度不小于1.5mm,铺设防水层前需在喷射混凝土表面铺设缓冲层,缓冲层采用单位质量不小于400g/㎡的土工布。
(5)暗洞段二衬拱部每隔3m左右预留回填注浆孔,注浆孔采用Φ50mmPVC管延拱顶轴线布设,待混凝土强度达到设计强度后,进行充填注浆,注浆完成后应做封口处理,防止浆块脱落影响运营安全。
洞身衬砌排水
(1)隧道排水采用双侧沟加中心沟的方式。
衬砌背后的积水通过环向和纵向盲管的汇集后引入侧沟,再经过侧沟的汇集后通过横向导水管将侧沟水引入中心沟,由中心沟排出洞外。
、
洞内排水沟满足下列规定
1、水沟坡度与线路坡度一致。
2、侧沟在边墙衬砌侧预留进水孔,间距结合纵向、横向盲管设置。
侧沟在中心水沟一侧设置Φ100mm横向PVC排水管,间距10m,将侧沟水引入中心矩形盖板沟。
在电缆槽底面紧靠水沟侧的墙壁应预留泄水槽,泄水槽采用Φ30mmPVC管,间距5m。
3、道床两侧靠电缆槽侧壁处设Φ100mm半圆形排水槽以排除道床积水,设置踏步处为Φ100mm圆孔。
2.环向排水盲管施工
排水盲管施工工艺流程:
钻孔定位安装锚栓捆绑盲管盲管纵向环向连接。
2.1环向排水盲管施作方法
(1)环向排水盲管沿隧道法线断面布置,地下水不发育地段,环向每隔10-12m设一道Φ50mmHDPE打孔波纹管盲管,地下水较发育地段,环向每隔8-10m设一道Φ50mmHDPE打孔波纹管盲管,地下发育的富水地段,环向每隔6-8m设一道Φ50mmHDPE打孔波纹管盲管,对集中出水点必须单独设盲管并引入侧沟,大面积渗水适当加密。
环向HDPE打孔波纹管盲管在隧道侧沟泄水孔处,将排水盲管直接拉入侧沟。
环向盲管安装应牢固,采用PE板窄条固定,用5cm长水泥钉锚固在喷层面上,锚固间距按50-80cm布置。
(2)盲管在初期支护施作完成之后,防水板铺设之前,紧贴初支面渗水岩壁安设,以减少地下水由围岩进入排水盲管的阻力;盲管布置应圆顺,不得起伏不平。
(3)盲管下端进行圆弯接入隧道侧沟。
2.2纵向排水盲管施作方法
(1)纵向排水盲管沿隧道两侧边墙底部纵向设置Φ80mmHDPE打孔波纹管盲管,并分段12-20m引入隧道侧沟内,引排防水层背后的积水,纵向盲管采用PE板窄条固定,用5cm长水泥钉锚固在喷层面上,锚固间距按拱部50cm布置。
(2)排水管出口设置宜避开隧道施工缝设置,避免在止水带上打孔影响施工缝防水效果。
(3)纵向排水管在布设时,用土工布将纵向排水管包裹,使泥砂不得进入纵向盲管,再用防水卷材半裹排水管。
(4)采用三通与环向透水管、连接盲管相连。
(5)纵向排水盲管按设计规定划线,以使盲管位置准确合理,盲管安设的坡度与线路坡度一致。
基层处理
1、在铺设防水层之前应对基面(初期支护表面)的渗漏水、外露突出物及表面凸凹不平处进行检查处理。
2、渗漏水的处理宜采用注浆堵水或排水盲管将水引入侧沟,保持基面无明显渗漏水。
3、对于基面外漏的锚杆头、钢筋头、螺杆钉头等突出物应予割除。
4、基面应平整、无空鼓、裂缝、松塑,表面平整度应符合下式要求,否则应喷射混凝土或抹水泥砂浆找平处理。
D/L≤1/10
式中:
L-基面相邻两凸面间的距离(L≤1m);
D-基面相邻两凸面间凹进去的深度。
所有阴角部位均用水泥砂浆做成r=10cm的圆角。
铺设土工无纺布
1、铺设土工布前应在拱顶标出纵向中线,根据基面凹凸程度留足富余量,由拱部向两侧边墙铺设。
2、用射钉或膨胀螺栓将热塑性垫圈和土工无纺布平顺的固定在基面上,固定点间距宜为拱部0.5~0.8m、边墙0.8~1.0m,底部1.0~1.5m,呈梅花形排列,基面凹凸较大处应增加固定点,使土工布与基面密贴。
3、无纺布之间采用搭接法进行连接,搭接宽度不应小于5cm。
4、无纺布铺设时应尽量与基面密贴,不得拉得过紧或起大包,以免影响防水板的铺设。
防水板的铺设
防水板的规格尺寸及允许偏差
项目
厚度(mm)
宽度(m)
长度(m)
规格
1.5
2、3、4
20以上
平均偏差
不允许出现负值
不允许出现负值
不允许出现负值
极限偏差(%)
-5
-1
/
(1)防水板的铺设应采用台车从拱部向两侧边墙悬挂进行,下部防水板必须压住上部防水板,铺设松紧应适度并留有余量。
确保混凝土浇筑后防水板表面与基面密贴。
(2)防水板的固定应采用电热压焊器热熔缓冲层塑性垫圈,使防水板与热塑性垫圈融化粘接为一体;保证混凝土浇筑后与初期支护表面密贴。
(3)防水板的搭接应符合下列要求:
两幅防水板的搭接宽度不应小于15cm,分段铺设的防水板边缘部位应预留至少20cm的搭接余量,并对预留边缘部位进行有效的保护。
防水板搭接缝应与衬砌施工缝错开1~2m。
热合机不易焊接的部位可采用手持焊枪焊接,并确保搭接质量。
防水板铺设应超前二次衬砌施工5~20m,并与开挖工作面保持一定的安全距离,铺设完防水板的地段应采用可靠的保护措施防止损伤防水板。
防水板铺设采用自动爬行热焊机进行焊接。
防水板的焊接
(1)防水板之间采用双焊缝进行热熔焊接,防水板的焊接应采用双焊缝,单条焊缝的宽度不应小于15mm,焊接完毕后采用充气发进行检测,充气压力为0.25MP保持该压力不少于15分钟,允许压力下降10%。
如压力持续下降,应查出漏气部位并进行全面的手工补焊,焊接应牢固可靠。
二次衬砌施工缝、变形缝施工
施工缝处理
(1)环向施工缝
环向施工缝采用外贴式止水带+中埋式橡胶止水带的复合防水构造,并贯通二次衬砌拱墙、仰拱。
(2)纵向施工缝
纵向施工缝处采用中埋式橡胶止水带+中埋式橡胶止水条的复合防水构造。
施工缝防水
衬砌混凝土应连续浇筑,宜少留施工缝,宜与变形缝相结合设置。
施工缝表面需先用钢刷,将疏松、起皮、浮灰等清理干净并打毛,使施工缝表面基本平整、干燥、无污物,涂刷施工缝界面剂,界面剂采用水泥基渗透结晶型防水材料,也可采用聚合物基水泥涂层。
环向施工缝端头模板应支撑牢固,严防漏浆。
变形缝防水
1、隧道明暗分界处、洞口段、土石交界处设置变形缝一道,变形缝宽度2-3cm,变形缝部位混凝土应振捣充分,振捣时振捣棒不得触及止水带。
2、变形缝内嵌缝前,应对变形缝内表面用铁刷进行清理,然后用高压水进行冲洗,待缝内混凝土表面完全干燥后,用专用注胶枪进行注胶,中间不得有断点。
3、变形缝内侧采用密封膏进行嵌缝密封止水,密封膏要求沿变形缝环向封闭,任何部位均不得出现断点,以免出现串水现象。
中埋式止水带施工要求
1、采用橡胶止水带,宽度35cm。
2、采用小型热压机硫化搭接胶合。
搭接长度不小于10cm,焊缝宽度不小于50mm,接头强度不应低于木材的80%。
要求对接部位接缝严密、不透水。
3、采用专用钢筋夹固定
4、钢边部分进行机械连接,并采用未硫化橡胶腻子片外粘上一层1mm厚的橡胶薄片,进行填充补强处理,不得采用电焊连接,容易对橡胶造成破坏。
5、采用机械对接接头时首先将钢边橡胶止水带的两端接头用5cmU型箍件在其两侧分别对接,用铆钉将U型箍件与钢边止水带两侧钢板铆钉牢固,然后用丁基橡胶腻子片将钉在一起的接头部分缠绕紧密,然后用天然橡胶片包裹严实。
施工缝中埋橡胶止水带常见规格,宽35cm,厚度1cm。
变形缝中埋橡胶止水带,常见规格宽35cm、厚度1.5cm、半径1cm。
背(外)贴止水带规格尺寸宽度40cm、厚度0.8cm、凸高4cm。
注浆施工要求
1、注浆浆液一般为水泥砂浆,施工前浆液的配合比必须经现场的试验后确定。
2、注浆顺序为先无水、少水地段向有水或多水处,从下坡方向向上坡方向。
3、注浆结束的标准可根据注浆压力、注浆量及有关的检测资料综合判断确定。
4、注浆结束后应将注浆孔封填密实,封填物应保证质量,防止运营期间掉落危及行车安全。
混凝土结构自防水要求
1、选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,强度等级宜为42.5.
2、采用高效减水剂和优质引气剂,控制水胶比即(水:
水泥+参合料)≤0.45.
3、混凝土入泵塌落度控制在12±2cm,出厂塌落度与入模塌落度差值应小于3cm。
4、混凝土应振捣密实,灌注混凝土的自落高度不应超过2m,否则应采取设施分层灌注。
5、严格控制混凝土的入模温度,夏季入模温度不宜高于气温且不超过30℃,冬季施工时,混凝土出机温度不宜低于10℃,入模温度不宜低于5℃,新浇筑与邻近已硬化混凝土或围岩之间的温度差不宜大于20℃。
6、采取有效的保温保湿养护措施。
监控量测
监控量测的目的
1、确保施工安全及结构的长期稳定性。
2、验证支护结构效果,确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据;
3、确定二次衬砌施做时间;
4、监控工程对周围环境影响;
5、积累量测数据,为信息化设计与施工提供依据;
监控量测项目
1、必测项目
洞内外观察、拱顶下沉、净空变化、地表沉降
2、选测项目
围岩内部位移、隧道隆起、爆破震动、孔隙水压力、水量;
地表沉降点布设纵向间距
隧道埋深与开挖宽度
量测断面距开挖工作面的距离(m)
2B 20-50 2B 10-20 2B 5-10 地表沉降测点横向间距为2-5m,在隧道中线附近测点应适当加密,隧道中线两侧范围不小于沉降点到洞顶距离+隧道断面宽度,点应布设在同一个断面上。 横向间距2-5m,在一个量测断面应设7-11个测点。 净空变化与拱顶下沉点断面间距 围岩级别 量测断面间距(M) V ≤5 IV ≤10 III ≤30 II ≤50 台阶法、三台阶法净空变化点同一断面布置两条测线,且在同一里程同一高度,不同断面测点应布置在相同部位,测点应尽量对称布置,以便数据的相互验证。 监控量测频率 按距开挖面距离确定的监控量测频率 监控量测断面距开挖面距离(m) 监控量测频率 (0-1)B 2次/d (1-2)B 1次/d (2-5)B 1次/2-3d >5B 1次/7d 注: B为隧道开挖宽度。 按位移速度确定的监控量测频率 位移速度(mm/d) 监控量测频率 ≥5 2次/d 1~5 1次/d 0.5~1 1次/2-3d 0.2~0.5 1次/3d <0.2 1次/7d 双线隧道初期支护极限相对位移 围岩级别 隧道埋深h(m) H≤50 50<h≤300 300<h≤500 拱脚水平相对净空变化(%) Ⅱ — 0.01-0.03 0.01-0.08 Ⅲ 0.03-0.10 0.08-0.40 0.30-0.60 Ⅳ 0.10-0.30 0.20-0.80 0.70-1.20 Ⅴ 0.20-0.50 0.40-2.00 1.80-3.00 拱顶相对下沉(%) Ⅱ — 0.03-0.06 0.05-0.12 Ⅲ 0.03-0.06 0.04-0.15 0.12-0.30 Ⅳ 0.06-0.10 0.08-0.40 0.30-0.80 Ⅴ 0.08-0.16 0.14-1.10 0.80-1.40 注: 1本表适用于复合式衬砌的初期支护,硬质围岩隧道取表中较小值,软质围岩隧道取表中较大值。 表列数值可在施工中通过实测资料积累作适当修正。 位移控制基准 类别 距开挖面1B(U1B) 距开挖面2B(U2B) 距开挖面较远 允许值 65%U0 90%U0 100%U0 注: B为隧道开挖宽度,Uo为极限相对位移值。 位移管理等级 管理等级 距开挖面1B 距开挖面2B Ⅲ U<U1B/3 U<U2B/3 Ⅱ U1B/3≤U≤2U1B/3 U2B/3≤U≤2U2B/3 Ⅰ U>2U1B/3 U>2U2B/3 注: U为实测位移值。 当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时,应停止掘进,及时分析原因,采用处理措施。 二衬施做前应满足: 1、水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降; 2、隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上。 3、对浅埋、软弱围岩等特殊地段,应及时施做二次衬砌。 监控量测数据分析及信息反馈 1、监控量测数据取得后,应及时进行校对和整理,同时应注明开挖方法和施工工序以及开挖面距监控量测点距离等信息。 2、监控量测数据分析一般采用散点图和回归分析方法。 3、信息反馈以位移反馈为主,主要依据时态曲线的形态对围岩稳定性、支护结构的工作状态、对周围环境的影响程度进行判定,验证和优化设计参数,指导施工。 4、应确保监控量测信息传递渠道畅通,反馈及时有效。 5、监控量测数据的分析处理应包括数据校核、数据整理及数据分析。 每次观测后应立即对观测数据进行校核,如有异常应及时补测。 每次观测后应及时对数据进行整理,包括观测数据计算、填表制图、误差处理等。 6、监控量测数据分析 (1)、根据量测值绘制时态曲线; (2)、选择回归曲线,预测最终值,并与控制基准进行比较 (3)、对支护及围岩状态、工法、工序进行评价; (4)、及时反馈评价结论,并提出相应工程对策建议。 7、实时分析: 每天根据监控量测数据进行分析,发现安全隐患应分析原因并提交异常报告; 8、阶段分析: 按周、月进行阶段分析,总结监控量测数据的变化规律,对施工情况进行评价,提交阶段分析报告,指导后续施工。 9、在数据反馈不安全时采取工程对策 稳定开挖工作面、调整开挖方法、调整初期支护强度和刚度并及时支护、降低爆破震动影响、围岩与支护结构间回填注浆、超前支护如超前锚杆(杆)、大管棚等、需要变更时进行设计变更。 耐久性设计 碳化对混凝土性能的影响 优点: 适当提高混凝土的抗压强度。 缺点: 使混凝土收缩增大,导致混凝土表面产生拉应力,降低了混凝土的抗拉强度和抗折强度,严重时直接导致混凝土开裂,降低了混凝土抗渗性能,加速碳化作用,降低了耐久性。 碳化作用使混凝土碱性降低失去混凝土强碱环境对钢筋的保护作用,导致钢筋锈蚀膨胀,严重时使混凝土保护层沿钢筋纵向开裂,直至剥落,进一步加速碳化和腐蚀,严重影响混凝土的力学性能和耐久性能。 影响混凝土碳化速度主要因素 混凝土的水灰比: 水灰比影响混凝土孔隙率和密实度。 水灰比大,混凝土碳化速度就快。 水泥品种和用量: 普通水泥水化产物中Ca(OH)2含量高,碳化速度就慢。 其他水泥如矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、及高掺量混合材配制的混凝土,Ca(OH)2含量低碳化速度相对较快。 施工养护: 搅拌均匀、振捣成型密实、养护良好的混凝土碳化速度较慢。 环境条件: 空气相对湿度为50%-75%时碳化速度最快;当相对湿度小于20%时,由于缺少水环境,碳化终止。 提高混凝土碳化性能的主要措施为: 尽可能降低混凝土的水灰比,提高密实度;加强施工养护,保证混凝土均匀密实,水泥水化充分;根据环境条件合理选择水泥品种;用减水剂、引气剂等外加剂降低水灰比或引入封密气孔改善孔结构等。
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