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防水型隧道主要技術措施和造價分析

文檔作者：曹詩定文檔來源：上海市政工程設計研究總院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月10日
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第3 期（總第185 期）
2016 年6 月CHINA MUNICIPAL ENGINEERING
No.3 (Serial No.185)
Jun. 2016
66
防水型隧道主要技術措施和造價分析
曹 詩 定
（上海市政工程設計研究總院，上海 200092）
地下水是困擾地下工程的主要問題。采用何種
防排水設計方案，將會直接影響水下隧道結構的設
計和正常運營。地下水的控制不僅影響隧道的施工
安全、運營安全，在一定程度上還決定運營維護費
用。如：青島膠州灣海底隧道日抽水量達4 000 m3，
年抽水費用達800 多萬元；廈門翔安海底隧道日抽
水量約12 000 m3，年抽水費用＞ 2 000 萬元，成為
工程運營的沉重負擔。
除了巨額的維護費用，對環(huán)境保護也是隧道設
計優(yōu)先考慮的問題。隧道設計采用“以排為主”的
原則，極易造成隧道地表井泉干涸、水土流失、生
產生活用水缺失以及地表塌陷等一系列環(huán)境問題[1]，
對后期運營留有隱患，故水下隧道設計時應摒棄“以
排為主”的設計理念。在隧道工程中，通過設定合
理的滲水量指標，采取科學的設計方案，降低滲透性，
將滲水量控制在一定范圍內，即可滿足要求。
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 種[2-4]。全包式防水適用于環(huán)境保護要求高
的工程，既保護地下水環(huán)境，又有效控制地層沉降。
半包式防水適用于環(huán)境保護沒有嚴格要求的工程。
結合必要的輔助措施和設備，為隧道結構的耐久性
以及安全運營提供良好環(huán)境條件?？刂菩头琅潘?
收稿日期：2016-03-02
作者簡介：曹詩定（1983—），男，工程師，碩士，主要從
事隧道及地下工程設計工作。
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 種。采用全包式防水和控制型防水模式的隧道為
防水型隧道。通過對防水型隧道及防水措施的分析，總結歸納隧道外防水、自防水及附加防水措施。結合深圳東
部過境高速公路連接線工程實例，對防水型隧道工程造價進行分析。
關鍵詞：防水型隧道；地下水；注漿圈；工程造價
中圖分類號：U453.6 文獻標志碼：A 文章編號：1004-4655（2016）03-00 66-03
DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2016.03.020
一種新型的隧道防水措施，既能降低全包式防水的
成本，又能滿足地下水環(huán)境保護，控制地層沉降。
國外典型水下隧道結構防排水設計也是以“全
封堵”和“限量排放”為主。國外典型水下隧道限
制排水量如表1 所示[5]。
表 1 國外典型水下隧道結構防排水設計匯總表
隧道名稱
陸域長
度/km
海域
長度/
km
水深/
m
巖層
深/
m
襯砌防
水類型
隧道每延
米每天允
許排水量/
(m3·m-1·d-1)
施工
方法
日本青函
鐵路隧道
30.550 23.30 140 100
控制型
防水
0.273 6
設超前
注漿/
礦山法
日本關門
公路隧道
2.681 0.78 — —
控制型
防水
—
設超前
注漿/
礦山法
日本新關
門隧道
17.833 0.88 29 24
控制型
防水/ 全
包防水
—
設超前
注漿/
礦山法
挪威埃林
索伊·瓦
爾德里
4.358 3.30 100 40
控制型
防水
0.432 鉆爆法
丹麥斯多
貝爾特大
海峽隧道
7.900 75.00 20 —
控制型
防水
0.143
冰漬層
/ 掘進
機
英法海峽
隧道
49.000 — 21~70 —
控制型
防水
— 掘進機
日本東京
灣隧道
— — 60 —
控制型
防水
— 盾構
挪威
Byfjord 海
底隧道
5.800（海域+
陸域）
最低點位于
海面下
控制型
防水
進口0.046
出口0.258
鉆爆法
挪威
Mastrafjord
海底隧道
4.400（海域+
陸域）
最低點位于
海面下
控制型
防水
進口0.072
出口0.012
鉆爆法
67
2016 年第3 期
曹詩定：防水型隧道主要技術措施和造價分析
2 防水（限量排放）主要工程措施
防水型隧道通過多道防線層層設防，主要的堵
水防線有以下3 道：隧道外防水、隧道自防水及附
加防水措施。匯總如表2 所示[6-7]。
表 2 隧道主要防水措施表
防水措施分類主要工程措施
隧道外
防水
圍巖注
漿加固
超前帷幕注漿
通過注漿加固，封堵圍巖裂隙，
注漿加固圈，降低注漿圈圍巖滲透
系數(shù)，限制地下水滲入量
超前管棚、小
導管注漿
中空系統(tǒng)錨桿
注漿
襯砌自
防水
初襯自防水通過提高噴射混凝土、模筑二襯
混凝土抗?jié)B指標，提高隧道主體結
二襯自防水 構的抗?jié)B能力和抗裂性能
附加防
水
外包防水層通過在隧道外設置防水卷材，在
接縫處設置外貼式止水帶、中脈式
止水帶等減小二襯背后地下水往隧
道內的滲透
變形縫、施工縫防水
2.1　隧道外防水
隧道外防水通過對圍巖進行加固，形成一定厚
度的注漿圈，減小注漿圈圍巖滲透性，將隧道開挖
斷面周圍的涌水或滲水封堵于結構外，以限制地下
水滲入，是實現(xiàn)隧道“控制型防排水”的一項重要
措施。根據工程經驗，注漿圈經濟厚度為6 m ；當
厚度＞ 6 m 時，堵水防滲效果增加有限。
隧道外注漿視地質情況采用不同的施工工藝。
在圍巖破碎地段, 通過超前帷幕注漿在隧道洞室四
周形成注漿堵水圈；在圍巖較好地段，采用超前小
導管注漿，封閉圍巖裂隙。根據地下水滲透量，調
整襯砌初期支護中的環(huán)向系統(tǒng)注漿錨桿，進一步封
閉地下水流徑通道, 必要時在施工防水層前對初期
支護滲漏點處進行補充注漿處理。
2.2　隧道自防水
隧道主體結構自防水由初襯自防水和二襯自防
水組成。通過提高混凝土自身抗?jié)B指標、自密實性
能和抗裂性能，改善隧道自防水性能。
初期支護的基本作用是加固、支護圍巖, 其防水
作用往往得不到重視。由于初期支護的厚度較薄, 且
采用噴射作業(yè)，其均勻性和密實度一般較差, 難以抵
抗較高的水壓力。提高初期支護的抗?jié)B性，可使初
期支護承受一定水壓，達到一定防水效果。如廈門
海底隧道初期支護的抗?jié)B指標為P8，經計算F4 風化
深槽段初期支護承受的水壓為全水頭的30%[8]。
對于隧道二襯，除提高二襯混凝土抗?jié)B指標外，
還可通過摻加粉煤灰、抗裂纖維（如聚丙烯腈纖維、
鋼纖維）等措施，改善其自防水性能[9]。
2.3　附加防水
附加防水由隧道外包防水層和接縫防水兩部分
組成。
復合式襯砌中的防水層是隧道防排水技術的核
心。防水層為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。
復合式襯砌的防水層設于初期支護與二次模筑襯砌
之間，起到阻止地下水進入二次襯砌的效果。為防
止防水層被穿破出現(xiàn)滲流和竄流，在防水板與二次
襯砌之間做縱向分段隔離，即為分區(qū)防水。通過分
區(qū)防水，有效防止“一點失效，全線遭殃”的防水
事故。采用分區(qū)防水措施，發(fā)生滲漏時只需對滲漏
點所在防水分區(qū)進行注漿堵水處理即可。
接縫防水作為隧道附加防水的重要組成部分，
其重要性在隧道設計中往往被忽視。為保證隧道的
整體防水能力，避免出現(xiàn)防水薄弱環(huán)節(jié)，隧道變形
縫應設多道防水。如：廈門海底隧道在靠防水板側
設帶注漿管的背貼式止水帶，在二襯混凝土中部設
帶注漿管的中埋式橡膠止水帶，還在二襯混凝土表
面施作厚度≥ 3 cm 的聚氨酯密封膠[10]。
3 防水型隧道工程造價分析
3.1 工程概況
深圳東部過境高速公路連接線工程，起點為愛
國路立交，終點與東部過境高速近期實施段起點
（蓮塘水廠處）相接。工程西起北環(huán)布心路，以隧
道形式穿越現(xiàn)狀愛國路高架、東湖公園，向東與口
岸連接線合流后，接入東部過境高速公路主線，南
線隧道全長約3.1 km，北線隧道全長約3 km，隧
道平面布置示意圖見圖1。隧道在谷對嶺、蓮塘山
各設置一處“Y 形”地下互通立交，隧道縱斷面呈
“V 形”。
南線主線
NXK1+409.750~
NXK3+090.446
北線主線
BXK1+531.190~
BXK2+963.247
南線與蓮塘口岸連
接R0 線交接處
LTSEK1+488.919~
LTSEK1+523.490
圖 1 隧道平面布置示意圖
隧道位于水庫下游，主線隧道距離水庫最近僅
260 m。隧道水庫下游區(qū)段為三車道，隧道采用三
心圓斷面，隧道建筑限界及內輪廓示意圖見圖2。
68 2016 年第3 期
圖 2 隧道建筑限界及內輪廓示意圖
3.2　主要支護參數(shù)及防水措施
隧道工程地質條件復雜，具有以下特點。
1） 隧道下穿多條斷層破碎帶（F9、F10-1、
F10-2、F10-3、F10-4、F10-5 和裂隙密集帶LX-
1），斷層帶及影響帶圍巖情況差。
2）隧道南線下穿泄洪渠節(jié)點處，隧道拱頂以
上巖土中分布有卵石層，透水性強。
3）隧道毗鄰深圳水庫大壩，下穿眾多重要管
線和建筑物，如泄洪渠、供港二期、三期原水管、
供深圳原水管等。水庫大壩、重要管線及地表建筑
物安全保護要求高。
4）水庫下游段隧道基本為淺埋段，隧道頂部
多為強風化巖層，且地表為東湖公園，地表環(huán)境的
保護要求高。
根據工程特點、隧道圍巖情況及地面環(huán)境保護
要求，隧道在防排水設計時，分區(qū)段采用不同的防
水措施。隧道各區(qū)段主要防水設計原則見表3。
表 3 隧道防水設計原則匯總表
隧道區(qū)段防水設計原則防水模式
水庫下游段
圍巖級別IV~VI 級，拱頂圍巖差，
下穿眾多管線，且地表為公園，環(huán)
境保護要求高
全包式防水
谷對嶺、蓮塘山
分岔段
圍巖級別Ⅲ ~IV 級，圍巖完整性
較好。斷面跨度大，采用全包式防
水難以實現(xiàn)
控制型防水
蓮塘山段
圍巖級別Ⅱ ~ Ⅲ級，圍巖完整性
好，滲透性低
半包式防水
水庫下游段隧道基本防水設計原則為“全封
堵”，但要做到滴水不漏難度較大，因此，在防水
層外側布設縱向排水管，一定間距布設環(huán)向排水
管，控制型防排水。
水庫下游段采用表4 中的措施，達到防滲止水
的目的。
表 4 隧道采用的防水措施表
隧道外防水
圍巖注漿
加固
周邊超前帷幕注漿或上半斷面帷幕注
漿，注漿加固圈厚度6 m
φ42 mm 超前小導管注漿
φ25 mm 中空系統(tǒng)錨桿注漿
襯砌自防水
初襯采用C30 噴混凝土，摻加聚丙烯腈纖維，摻
量1.2 kg/m3
二襯采用C35 混凝土，抗?jié)B等級P10
附加防水
HDPE 自粘型防水卷材
變形縫：外貼式橡膠止水帶+ 中埋式鋼邊橡膠止
水帶+ 聚氨酯密封膠；施工縫：外貼式橡膠止水帶+
帶注漿管遇水膨脹止水條
3.3 防水型隧道工程造價分析
根據支護設計參數(shù)及深圳地區(qū)技術經濟指標，
測算隧道V 級圍巖段半包式防水襯砌（S5 型）與
全包防水式襯砌（S5w 型）延米分部分項工程費如
表5 所示。
表 5 隧道延米工程造價測算表
項目
S5 延米
工程量
S5w 延
米工程
量
單價/ 元
S5 延米工
程造價/
元
S5w 延米
工程造價
/ 元
超前
注漿
水泥漿— 17.5 m3 914.27 0.0 15 954.0
開挖
方量
硬巖、軟巖155.3 m3 158.6 m3 177.96 27 637.2 28 224.5
超前
支護
φ42 mm ×
3.5 mm 無縫
鋼管
76.5 m 104.5 m 84.40 6 456.6 8 817.1
臨時
支護
C25 噴混凝
土
4.2 m3 6.4 m3 1 462.74 6 070.4 9 405.4
d8 鋼筋網0.1 t 0.1 t 7 331.03 603.7 929.9
d22 藥卷錨
桿
70.0 m 87.0 m 49.63 3 474.1 4 317.8
I20b 型鋼（S5
采用I18）
0.8 t 1.9 t 4 659.13 3 880.7 8 745.1
初支
C30 噴混凝
土
14.2 m3 15.3 m3 1 839.47 26 120.5 28 162.3
φ8 mm 鋼筋
網
0.1 t 0.4 t 7 331.03 894.8 2 577.2
φ25 mm 中
空注漿錨桿
176.0 m 273.0 m 73.29 12 899.0 20 008.2
鋼架I20b 型鋼1.9 t 3.4 t 6 696.77 12 715.6 22 621.2
鎖腳
錨桿
φ42 mm×
3.5 mm 鋼花
管
64.0 m 96.0 m 84.40 5 401.6 8 102.4
二次
襯砌
拱墻C35
（P10）混
凝土
15.4 m3 16.7 m3 744.39 11 467.3 12 401.5
仰拱C35
（P10）混
凝土
11.0 m3 11.9 m3 657.06 7 217.8 7 796.0
拱墻鋼筋2.3 t 2.5 t 6 091.79 13 956.5 15 530.1
仰拱鋼筋1.6 t 1.8 t 6 091.79 9 952.1 11 060.3
初襯背
后注漿
水泥漿0.8 m3 0.8 m3 648.26 518.6 518.6
二襯背
后注漿
水泥漿0.8 m3 0.8 m3 648.26 518.6 518.6
仰拱
填充
C15 片石混
凝土
18.0 m3 18.0 m3 540.77 9 733.9 9 733.9
防水卷材
（含無紡布）
42.6 m2 42.9 m2 50/179.06 50/179.06 7 681.7
曹詩定：防水型隧道主要技術措施和造價分析
（下轉第71 頁）
71
2016 年第3 期
表 1 HDPE 中空壁纏繞內襯修復非結構性損壞計算參數(shù)表
參數(shù)D/mm EL/MPa μ C q/% DE/mm DI/mm K N
取值820 400 0.45 0.83 2 840 800 7 2
驗算內襯管修復半結構性損壞的管道是否能滿
足上式要求。管壁單位長度截面慣性矩I 應采用式（4）
進行計算，得I = 633 mm4/mm ；圓環(huán)屈曲破壞極限外
壓Pcr = 0.040 1 MPa = 40.1 kPa ≥ 35 kPa。
采用該種型式HDPE 中空壁纏繞內襯能滿足
內襯管為承受35 kPa 地下水壓力的修復半結構性
損壞排水管道的要求。不僅驗證HDPE 中空壁纏
繞內襯用于半結構性損壞的排水管道的修復的可行
性，而且本計算方法對HDPE 中空壁纏繞內襯的
各種管壁型式具有較好的適用性，計算便捷，結果
可靠。
4 結語
本文針對國內行業(yè)標準對于半結構性損壞的排
水管道修復過程中內襯管壁厚計算的局限性，向
HDPE 中空壁纏繞內襯這一經濟性佳的內襯管型式
進行推廣，得出具備可操作性的驗算設計方法，并
且通過算例驗證， HDPE 中空壁纏繞內襯的管壁型
式能滿足應用于承受地下水壓力為35 kPa 的半結
構性損壞排水管道的要求。
參考文獻:
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with deformed polyethylene (PE) Liner ：ASTM F1606-2005（2014）
[S].
[2] Drain and sewer systems outside buildings BS EN 752 ：2008[S].
[3] TIMOSHENKO S, GOODIER J N.Theory of elasticity [M]. McGraw-
Hill Book Company, Inc., 1951.
[4] 上海市城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復技術實施指南[M]. 上海: 同濟
大學出版社, 2012.
[5] 城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復更新工程技術規(guī)程：CJJ/T 210—2014
[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2014.
[6] 埋地用聚乙烯（PE）結構壁管道系統(tǒng) 第2 部分：聚乙烯纏繞結
構壁管材系統(tǒng)：GB/T 19472.2—2004[S]. 北京: 中國標準出版社,
2004.
曹依雯：HDPE 中空壁纏繞內襯應用于排水管道半結構性修復的驗算設計方法
經匯總可得半包式防水襯砌每延米分部分項
工程費為16.2 萬元，全包防水式襯砌工程費為
22.3 萬元。
全包防水式襯砌較半包式防水襯砌每延米造價
增加6.1 萬元，增加比例為38%。增加的造價中各
部分比例見表6。
表 6 全包式防水襯砌增加部分造價分析表
項目增加造價/ 元增加造價比例/%
防水措施21 505.7 35
結構受力30 581.8 50
其他措施9 369.4 15
4 結語
水下隧道應秉承“以堵為主、限量排放”和“全
封堵”的防水設計理念，針對不同地層，結構防排
水方案分別采用全包式防水或控制型防排水模式。
防水型隧道通過隧道外防水、自防水及附加防
水措施達到“全封堵”或“限量排放”的防水目標。
以深圳東部過境高速公路連接線工程為例，不采取
相應工程措施時，隧道每延米涌水量達3.4m3/d，采
用隧道外設置注漿圈、附加防水層等工程措施后，
隧道每延米涌水量控制在0.25 m3/d 以內。采用“全
封堵”或“限量排放”的防水設計理念，雖然前期
工程投資有所增加，但環(huán)境效益、社會效益明顯，
且后期排水費用大幅降低，工程全生命周期費用增
加不大，在環(huán)境要求高的工程中應推廣采用。
參考文獻：
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北京交通大學，2015.
[2] 王建秀，朱合華，胡力繩，等. 抗水壓隧道分類及其建設關鍵
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[3] 卓越. 鉆爆法淺埋水下隧道防排水理論及應用研究[D]. 北京：
北京交通大學，2013.
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國公路學報，2003，16（1）：68-73.
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[8] 梁巍, 郭小紅. 廈門翔安海底隧道防排水設計與施工介紹[J]. 地
下與隧道防水,2008（2）：23-27.
[9] 李厚祥，唐春安，熊健民.　隧道防水新材料及其關鍵技術的研
究[J].　混凝土，2006（3）：33-36.
[10] 梁巍，朱光儀，郭小紅.　廈門東通道海底隧道土建工程設計[J].
中南公路工程，2006，31（1）：99-102.
（上接第68 頁）

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