0 引言

　　对于海底隧道而言，结构防排水系统的合理性和可靠性是海底隧道成功的关键，也是控制运营费用的主要部分。海底隧道防排水的设计与施工，应根据隧道的地质情况、埋深、海水深度等情况，确定防排水设计原则，即确定是采用全封堵式、全排式还是限排式。同时，需要根据隧道的渗水量，确定泵房蓄水池的容积和排水策略。Ⅱ级围岩岩性较完整，采用无仰拱结构。Ⅱ级和Ⅲ级围岩海域段施工主要考虑对局部裂隙进行注浆堵水;Ⅳ级和Ⅴ级围岩海域段施工主要考虑将注浆止水与加固围岩结合，采用全断面(帷幕)超前预注浆技术。由于隧道所处围岩裂隙较发育，海水压力高，注浆止水的成功与否对施工安全和隧道运营期渗水量的控制有十分重要的影响。此外海水会渗透到支护体系中，海水环境中Cl^-和SO₄^2-对衬砌结构中的混凝土和钢筋有着严重的腐蚀作用，制约着结构安全、耐久性并且增加后期运营、维修费用，因此如何处理海水的渗入也是海底隧道防排水的关键技术之一。

　　1 工程概况

　　厦门第二西通道(海沧海底隧道)工程是国内第3条钻爆法施工的大断面公路海底隧道(见图1)，是连接海沧区和本岛的重要通道，起于海沧区马青路，以海底隧道形式穿越厦门西海域，进入本岛后，再以隧道(暗挖+明挖)形式沿兴湖路前行，与成功大道相交，并与在建的第二东通道衔接。线路全长7.1km，隧道长6.3km，跨海域段2.8km，设双向六车道，设计速度80km/h。全线设地下互通1处，风塔2座。批复概算56.48亿元，建设工期54个月，于2016年6月份开工。

　　

　　图1 隧道横断面布置  

　　 

　　2 防排水总体设计

　　2.1 防水设计思路

　　1)隧道结构的防水设计采用“以防为主，多重设防，防排结合，限量排放，因地制宜，综合治理”的原则，排水设计坚持“雨污分流，分类收集、分离排放”的原则，如图2所示。

　　

　　图2 隧道防排水设计 

　　 

　　2)防水设计:以综合超前地质预报系统分析前方地质破碎带→超前预注浆→初期支护→初支径向、补偿注浆→防水层施工→衬砌结构自防水系统，重点关注硬岩裂隙注浆预堵水。

　　3)不同的围岩段采用不同的防排水方案，对Ⅳ，V级围岩，断层破碎带和节理密集带等富水围岩段，渗水量较大，在此地段采用全封闭方案，控制较大水量涌入隧道，减少运营费用(见图3)。对于地质条件好的Ⅱ，Ⅲ级围岩地段，采用后注浆措施控制渗水量，设计采用限量排放方案(见图4)。

　　4)加强各环节的自防水能力、钢筋混凝土结构的抗裂防渗能力，改善钢筋混凝土结构的工作环境，提升耐久性。

　　2.2 防水等级标准

　　

　　图3 富水围岩段全包防水  

　　 

　　

　　图4 限量排放段半包防水  

　　 

　　防水等级应满足GB50108—2008《地下工程防水技术规范》规定的二级防水标准，即隧道内不允许漏水，结构表面可有少量湿渍;总湿渍面积不应大于总防水面积的2/1 000;任意100m²防水面积上的湿渍不超过3处，单个湿渍的最大面积≤0.2m²。隧道结构采用自防水高性能C50混凝土，抗渗等级采用P12。

　　结合本隧道的地质情况，参考国内外海底隧道的经验，特别是厦门翔安海底隧道的经验，本隧道的防水标准为:行车隧道平均排水量<0.2m³/(m·d)，服务隧道平均排水量<0.1m³/(m·d)。隧道总排水量控制在3 000m³/d左右。

　　3 全面系统防排水措施

　　借鉴翔安海底隧道防排水施工经验，主要从超前预注浆、多阶段多层次注浆(包括初支径向注浆、补偿注浆、二衬拱部回填注浆，结构防排水)，可检修式路面盲沟等方面建立系统防排水措施(见图5)。此外采取一系列的温控措施，有效地控制了混凝土开裂，基本杜绝了二衬渗水。

　　

　　图5 海底隧道全面系统防排水措施  

　　 

　　3.1 超前预注浆

　　对软弱富水段进行超前帷幕注浆止水，在隧道洞室四周形成注浆堵水圈，封闭基岩中输水裂隙和涌水空间。根据超前探孔及孔内成像技术探明硬岩裂隙出水点，采用超细水泥进行超前注浆堵水，减少开挖过程中的渗水量，注浆完后，打设探孔，采用孔内成像进行效果判定。

　　超前预注浆采用喷射混凝土止浆墙，“钻注分离、全孔一次、精准注浆”，实现了快速、高效的注浆效果，注浆后渗水量大幅度减少，如图6所示。

　　

　　图6 软弱围岩段超前帷幕注浆  

　　 

　　3.2 多阶段、多层次注浆

　　根据超前预注浆后地下水渗透量的大小，隧道开挖过程中通过调整初期支护中的环向系统注浆锚杆对地层进行注浆堵水，进一步封闭地下水径流通道，减少地下水的渗入量。

　　在二次衬砌防水层施作前，对初期支护渗漏水处进行补充注浆处理，形成多阶段、多层次的防水措施，纳入施工工序进行管控，如图7,8所示。

　　

　　图7 隧道径向注浆  

　　 

　　

　　图8 隧道初支补偿注浆  

　　 

　　3.3 结构防排水

　　3.3.1 二衬结构自防水

　　1)为提高二次衬砌结构混凝土自防水功能，采用自密实高性能C50防水混凝土，通过加冰、埋设冷却管等温控措施，控制混凝土入模温度，有效地抑制了混凝土开裂，提高结构自防水能力，混凝土的抗渗等级采用P12，裂缝开展宽度≤0.15mm。

　　2)防水混凝土使用的水泥应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且强度等级不应低于42.5MPa。

　　3)防水混凝土所用石子的最大粒径不宜大于40mm，泵送时其最大粒径应为运输管径的1/4;吸水率不应大于1.5%;不得使用碱活性骨料。

　　4)防水混凝土所用的砂宜采用中砂。

　　5)防水混凝土可掺入一定数量的粉煤灰，粉煤灰的级别不应低于Ⅱ级。

　　6)每m³防水混凝土中各类材料的总碱量不得大于2kg。

　　7)防水混凝土的配合比，除满足耐久性要求外，还应符合下列规定:(1)水泥用量不得少于320kg/m³;掺有活性掺合料时，水泥用量不得少于280kg/m³。(2)水胶比不得大于0.45。

　　8)防水混凝土应采取保温保湿养护，养护时间不应少于14d。

　　3.3.2 交叉口衬砌整体式浇筑

　　隧道横通道与主洞交叉口采用双层防水加强及整体一次性浇筑工艺，解决该部位结构应力集中，防水施工薄弱，衬砌不均匀沉降等问题(见图9,10)。

　　

　　图9 衬砌交叉口防水工艺优化  

　　 

　　

　　图1 0 衬砌交叉口施工调整  

　　 

　　3.3.3 双连拱复合式中隔墙

　　为消除双连拱整体式中隔墙接缝漏水，通过优化断面形式，将电缆沟排列在同侧，将1.6m厚整体式中隔墙优化为0.7m+1.2m+0.7m复合式中隔墙结构;二衬受力更为合理，发生二衬开裂引起渗漏水的可能性更小，如图11,12所示。

　　

　　图1 1 1.6m厚整体式中隔墙 

　　 

　　

　　图1 2 优化为复合式中隔墙加强防水  

　　 

　　3.3.4 路面防排水

　　设横向排水沟、对路面施工缝进行防水处理、基层与面层间设双面防水板作为隔水层，加强防水，防止地下水冒出地面，如图13～15所示。

　　

　　图1 3 路面防排水结构设计  

　　 

　　

　　图1 4 路面横向排水沟 

　　 

　　

　　图1 5 路面基-面层间增设双面防水板  

　　 

　　3.4 可检修式路面盲沟

　　将位于混凝土路面下不便于检修的级配碎石+波纹管盲沟调整优化为在沥青路面下便于检修的矩形混凝土边沟，空间更大，利于检修(见图16,17)。

　　3.5 施工缝、变形缝防水

　　1)施工缝防水

　　

　　图1 6 不易检修的侧向盲管  

　　 

　　

　　图1 7 可检修式路面盲沟  

　　 

　　在边墙和拱部除铺设防水材料外，另外采用3道防水措施:二衬外侧增设2.0mm厚双面自粘复合防水卷材，中间设置中埋式钢边橡胶止水带，内侧设置遇水膨胀止水胶。施工缝按每10m设1道，如图18,19所示。

　　

　　图1 8 拱部及边墙施工缝防水  

　　 

　　

　　图1 9 水平施工缝防水  

　　 

　　2)变形缝防水

　　沉降缝在围岩级别变化处及衬砌形式变化处设置，且在浅埋地质条件较差地段每50m设置1道。

　　在拱部和边墙(设计标高以上范围)除铺设防水材料外，另外采用3道防水措施:二衬外侧增设2.0mm厚双面自粘复合防水卷材，中间设置中埋式钢边橡胶止水带，内侧预留13cm×38cm槽，内设可卸式止水带，并在可卸式止水带外设置环向接水盒，接水盒中的渗水通过50mm HDPE透水管引排至侧向盲沟，如图20所示。

　　

　　图2 0 拱部及边墙变形缝防水  

　　 

　　3.6 隧道排水总体设计

　　1)隧道洞口采用设置遮雨棚、路面横截沟等形式拦截洞外水，避免洞外水流入隧道内;洞口地面雨水汇入雨水泵房，雨水泵房汇入地面排水系统。

　　2)洞内暗洞衬砌通过设置纵、横向排水管将排水衬砌周边局部地下水引入隧道两侧水沟，汇入隧道废水泵房内;废水泵房内积水通过抽排至海沧端服务隧道洞口引入洞外排水系统。

　　3)集水池及排水泵按结构渗水与营运清洗污水、消防污水分离排放的原则设计。计算结构渗水量约4 000m³/d，洞内清水集水池有效容积按36h结构渗水量总和6 000m³确定。污水集水池有效容积按单次消防水量519m³确定。要求行车隧道每延米每天排水量≤0.2m³，服务隧道每延米每天排水量≤0.1m³。

　　4)施工期间排水:施工期间隧道内产生的水主要为围岩渗水和施工用水，要求根据实际施工情况设置集水坑，并进行逐级抽水。

　　4 结语

　　1)结合海底隧道复杂地质条件和高水头海水的特点，采用注浆堵水控制海水渗透量，从运营和结构受力上考虑，针对不同地质地段结构防排水，根据渗透量选取全包或半包排水，既减少运营期间排水费用也减少结构承受水荷载。在以排水为主的地段采用合适的措施确保排水系统的畅通，在以防水为主的地段采用合适的措施加强水的预防。对于海水环境的腐蚀，海域段采用环氧钢筋等，保证结构耐久性要求。

　　2)在翔安隧道的基础上，进一步提高了对隧道防排水的认识，创新了治水理念，采取了针对性措施，实现了大幅度减少隧道排水量的目标，建立了一整套科学有效的海底隧道防排水综合管控体系。