小嶺頭隧道滲漏水原因分析及防治技術(shù)研究

常立峰

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

隨著我國高速公路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，隧道工程所面臨的地質(zhì)地貌、氣象水文等條件越來越復(fù)雜，伴隨而來的隧道病害也越來越多，例如隧道襯砌剝落、開裂、基底隆起、滲漏水等，其中滲漏水病害最為嚴(yán)重[1]。隧道滲漏水病害的危害主要有：影響隧道混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性；降低隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備的安全性；損害隧道路面，惡化行車環(huán)境；容易引起襯砌凍脹變形及開裂；冬季隧道拱墻掛冰侵入限界，路面形成“冰湖”，嚴(yán)重影響行車安全[2]。因此，應(yīng)重視隧道滲漏水機(jī)理及其防治技術(shù)的研究。

1 工程概況

小嶺頭隧道位于晉陽高速公路中段，晉陽高速位于山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”第十橫，連接晉城澤州、陽城兩縣，起點(diǎn)與晉長高速公路相接，終點(diǎn)與陽濟(jì)公路相接，于K3、K25處分別與晉城環(huán)城高速公路、陽翼高速公路相通，全長36.119 km，是晉南地區(qū)承東啟西的一條重要通道。

1.1 地形地貌

沿線隧道地質(zhì)構(gòu)造從區(qū)域構(gòu)造看，屬新華夏構(gòu)造體系與陽城山字型體系的復(fù)合部位，在析城山坳緣翹起帶北部。區(qū)域間有晉城陳溝—南峪一條東北西南的大斷裂，另陽城蘆葦河一帶有3條較短的南北向小斷裂，對(duì)已建項(xiàng)目影響不大。

1.2 地層巖性

隧址區(qū)沿線大部第四系黃土覆蓋。全新統(tǒng)Q4黃土分布在沖溝底部和坡腳地帶；上更新統(tǒng)Q3黃土分布于Ⅱ級(jí)階地和溝谷兩側(cè)斜坡地帶，中更新統(tǒng)Q2黃土主要分布于Ⅱ級(jí)階地后緣、Ⅲ級(jí)階地山及斜坡坡腳地帶。五佛山、牛王山為巨厚層塊狀石灰?guī)r夾中厚層狀泥灰?guī)r；陽城北音附近為中厚層狀泥灰?guī)r中間夾薄層泥巖，因節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化破碎較嚴(yán)重，產(chǎn)狀不穩(wěn)定。另潤城—陽城縣城局部地層為二迭系，分布于沿線第四系黃土下部和基巖區(qū)山體中部，由砂巖、泥巖、煤層、鐵礦等組成。由于地層較復(fù)雜，所以產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害也較多。

1.3 水文地質(zhì)

隧址區(qū)內(nèi)主要有沁河及其支流潤城附近的東河和八甲口附近的蘆葦河，河流上均架有大橋通過，對(duì)該病害整治無影響。由于整治隧道傍山跨溝，山上有層潛水，但該區(qū)域的地下水不是特別發(fā)育。小嶺頭隧道所處區(qū)域?yàn)樾⌒捅承睒?gòu)造，且該背斜兩翼產(chǎn)狀傾向與隧道斜交，隧道穿越的地層巖性為砂巖、泥巖，受圍巖裂隙影響，圍巖中的裂隙水進(jìn)入到了隧道周邊。

2 滲漏水概況

由于設(shè)計(jì)以及施工階段對(duì)滲漏水情況估計(jì)不足、防水意識(shí)差等原因，晉陽高速公路通車1年后，小嶺頭隧道就出現(xiàn)了不同程度的襯砌開裂，滲漏水、洞口排水不暢以及消防系統(tǒng)失效等病害。隧道滲水較嚴(yán)重部分，滲水匯集到路面，導(dǎo)致冬季路面結(jié)冰，襯砌上出現(xiàn)“掛冰”現(xiàn)象。小嶺頭隧道洞口排水不暢，導(dǎo)致消防水池被泥沙掩埋，消防系統(tǒng)基本失效。

小嶺頭隧道內(nèi)局部存在滲水，而且滲水情況越來越嚴(yán)重。該隧道滲漏水為非連續(xù)段滲水，主要集中在二襯施工縫處，滲漏水量受季節(jié)影響較大，雨季時(shí)期滲水量增長幅度較大。滲水隧道段主要為：K33+085—K33+090、K33+105—K33+112、K33+120—K33+132，滲水總長度約為24 m。小嶺頭隧道滲漏水具體情況如圖1、圖2所示。

圖1 小嶺頭隧道襯砌拱墻滲漏水情況

圖2 小嶺頭隧道襯砌拱肩滲漏水情況

根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F60—2009）對(duì)滲水級(jí)別的規(guī)定，小嶺頭隧道的滲水級(jí)別處于1A[3]。

3 滲漏水原因分析

3.1 地質(zhì)因素

隧道穿越二疊系砂巖、泥巖層和石炭系砂巖、泥巖、灰?guī)r。地質(zhì)構(gòu)造為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀，節(jié)理發(fā)育，圍巖裂隙水較發(fā)育。

根據(jù)小嶺頭隧道的滲水情況進(jìn)行分析，該隧道的滲水主要為地下水，其次為地表水，且地表水對(duì)滲水的影響不大。地下水主要是由于隧道的開挖使得原有地層形成匯水廊道，地下水匯集到低壓力區(qū)，破壞了原有水系的平衡。隧道開挖會(huì)引起圍巖的松動(dòng)，而在圍巖松動(dòng)區(qū)，地應(yīng)力重新調(diào)整，圍巖發(fā)生變形，引起裂隙張開，地下水沿裂隙下滲，使得隧道襯砌結(jié)構(gòu)外地層積聚較多的地下水。

3.2 設(shè)計(jì)原因

查閱了小嶺頭隧道設(shè)計(jì)資料，隧道防水層設(shè)計(jì)采用400 g/m2無紡布和1 mm厚LDPE防水板，橫向采用φ30的泄水孔，將襯砌拱角背后的積水引入排水邊溝[4]。由于該隧道的防水等級(jí)較低，且隨著運(yùn)營年限的增長，防水系統(tǒng)老化，已不能滿足現(xiàn)有防滲水要求。

3.3 施工原因

由于初期支護(hù)平整度較低，防水板極易被初期支護(hù)突出部分頂破，且防水板接縫處焊接不密實(shí)，造成滲漏水。

4 滲漏水防治技術(shù)

傳統(tǒng)的滲漏水處治方法貫徹“防排結(jié)合，以排為主”的治理原則，注重于加強(qiáng)隧道排水能力。然而在工程實(shí)際中，大量排水極易引起地下水位下降、水環(huán)境破壞，與現(xiàn)有的“保護(hù)環(huán)境”觀念背道而馳。因此，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)淖{方法，同時(shí)選取適當(dāng)?shù)呐潘到y(tǒng)，從而既減小了地下水排泄量，保護(hù)了水環(huán)境，又避免了過大水壓力對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的危害。小嶺頭隧道滲水整治采用“防排結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的總體原則。隧道內(nèi)部采用“以排為主、以堵為輔、排堵結(jié)合”的方式。即采用：注漿+封堵裂縫+安設(shè)排水管。

4.1 注漿

對(duì)隧道拱頂及拱腰部分進(jìn)行注漿，以期達(dá)到充填裂隙，凝結(jié)土體，隔斷水源之目的。鉆孔注漿工序如下：鉆進(jìn)→埋設(shè)孔口管→安裝進(jìn)漿及保護(hù)閥→壓水→注漿→終孔。

在隧道滲水段布置注漿孔，采用梅花型，沿隧道拱頂及兩側(cè)拱腰每4 m設(shè)一注漿管，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

采用φ45風(fēng)鉆垂直對(duì)二次襯砌混凝土鉆孔，鉆孔深度穿過襯砌，鉆孔深度80 cm?？卓诠懿捎忙?5×4.5的無縫鋼管，長120 cm，每根管纏上麻絲，用錘將其打入鉆孔內(nèi)，孔口管進(jìn)入孔中的長度不小于孔深。在鉆孔時(shí)遇到鋼筋，應(yīng)重新布孔，和原來的孔位偏差±100 mm。

注漿材料采用325硅酸鹽水泥及35～40 Be的中性水玻璃。漿液為水泥+水玻璃的雙液漿，可加入適量抗?jié)B劑，當(dāng)遇到注漿量較大時(shí)，可先用粗骨料填充。根據(jù)壓水試驗(yàn)及混凝土基底凹凸不平，適當(dāng)選擇漿液的濃度及水玻璃的用量。水灰比采用1∶0.75～1，水玻璃用量一般是水泥漿重量的25%～30%，這樣就控制了凝膠時(shí)間。具體水玻璃的用量可在施工中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

4.2 襯砌裂縫封堵

對(duì)于襯砌表面裂縫，可采用封堵材料對(duì)其裂縫進(jìn)行封閉處理，防止?jié)B漏水流出，通過對(duì)封堵材料性能的對(duì)比，建議采用901堵漏劑，該堵漏劑凝結(jié)速度較快，早期強(qiáng)度較高，抗?jié)B性能較好，無毒無害。注漿材料建議選用水溶性聚氨酯堵漏劑，該材料具有黏度低、可灌性好、親水性強(qiáng)。

a）施工方法 隧道襯砌裂縫造成楔形槽，深5 cm、內(nèi)寬6 cm，外寬4 cm的縫槽，將鑿槽用水沖洗干凈；在楔形槽內(nèi)每隔30～50 cm預(yù)埋φ10注漿管，管子長度為15～20 cm；封堵楔形槽時(shí)可分段封堵。

b）配料與攪拌 根據(jù)滲漏部位大小，稱取適量的速效堵漏劑置于皮碗或者其他容器內(nèi)，向容器內(nèi)加入堵漏劑約25%～30%的潔凈水，然后迅速用膩?zhàn)拥稊嚢?～2 min，使堵漏劑呈塑膠狀漿體，靜置待用。

c）堵縫 無滲水的縫隙，可用攪好的堵漏劑及時(shí)封堵并壓實(shí)即可；當(dāng)有慢滲時(shí)，應(yīng)待攪拌好的堵漏劑漿體表面開始收水發(fā)干、塑性較少、用手觸摸有微熱感覺時(shí)，迅速用手抓起，搓成條狀，立即壓入漏水裂縫中，用手向四周擠壓，然后按住漿體，并保持1～2 min，待堵漏劑發(fā)熱高峰過后，其漿體基本凝結(jié)硬化，即可放手脫開。待901堵漏劑凝結(jié)后，采用專用注漿泵，將堵漏劑從注漿管中緩慢注入混凝土裂縫。注漿后的第二天，將外露的注漿管切除，將表面整平。

4.3 設(shè)置排水管

對(duì)于隧道襯砌背后積水，采用開槽埋設(shè)半圓PVC管引排的方法，將其導(dǎo)入縱向排水管，其次通過橫向排水管導(dǎo)入中央排水溝，最終排出隧道。半圓PVC排水管的安裝工序?yàn)椋恒@孔→清除浮渣→安裝半圓PVC管→將半圓PVC管引入縱向排水管→用防滲混凝土封堵孔隙→鋪設(shè)縱向排水管保溫層。

對(duì)于隧道滲漏水嚴(yán)重區(qū)域，在隧道襯砌縱向上每隔2 m布設(shè)一個(gè)φ100半圓PVC排水管，其高度距離隧道路面一般為1 m。PVC半圓排水管在隧道襯砌縱向上的布設(shè)應(yīng)在滲漏水區(qū)域兩側(cè)延伸2 m，以避免由于襯砌背后注漿造成水位的轉(zhuǎn)移。

半圓PVC管埋設(shè)完畢后，應(yīng)在其下部末端用φ120風(fēng)鉆向下傾斜10度在襯砌混凝土上成孔，用風(fēng)管清理浮渣后，將φ100半圓PVC管放入空中，PVC管應(yīng)穿透隧道襯砌，且應(yīng)一直延伸到隧道拱腳，將水導(dǎo)入縱向排水管?？v向排水管的縱向坡度為0.3%，并延伸到隧道出口，為保證縱向排水管內(nèi)積水順利排水，在其縱向上每隔5 m連接一橫向排水管，將水導(dǎo)入中央排水溝。對(duì)于縱向排水管，鋪設(shè)巖棉保溫氈，防治其內(nèi)部滲漏水在冬季結(jié)冰而堵塞排水管。

5 結(jié)論

a）運(yùn)營隧道滲漏水病害對(duì)行車安全影響較大，且其防治過程具有控制難度大、影響因素多、隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此應(yīng)在準(zhǔn)確分析隧道滲漏水原因的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌安排、合理布局，做好防治施工的總體規(guī)劃。

b）小嶺頭隧道滲漏水病害發(fā)生的主要原因在于其地質(zhì)因素、設(shè)計(jì)因素、施工因素、水源因素、防水設(shè)施年久失效。

c）針對(duì)小嶺頭隧道滲漏水病害特征，采用“注漿+封堵裂縫+安設(shè)排水管”的防治方案可取得良好的效果。