公路隧道滲漏水病害的預(yù)防措施研究

姬兵亮

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

滲漏水是公路隧道最為常見的病害，極難治理，往往誘發(fā)和加重其他病害，對隧道的運(yùn)營存在嚴(yán)重影響。長期的滲漏水造成隧道侵蝕破壞、降低使用壽命；寒區(qū)隧道反復(fù)凍融使得襯砌破壞；地下水的長期滲流帶走大量泥沙造成隧道背后出現(xiàn)洞，圍巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性降低，威脅結(jié)構(gòu)安全；路面結(jié)冰嚴(yán)重威脅行車安全，路面的翻漿冒泥嚴(yán)重影響通行等。如何科學(xué)有效地預(yù)防、減輕和處治公路隧道滲漏水值得深入研究。

1 隧道滲漏水原因分析[1]

隧道的修建，破壞了穿越區(qū)域圍巖內(nèi)的水系統(tǒng)平衡，隧道成為所穿區(qū)域圍巖地下水集聚的通道。如果圍巖內(nèi)含水豐富，而襯砌的防水及排水設(shè)施不完善時(shí)，就有可能產(chǎn)生滲漏水病害。歸結(jié)起來隧道滲漏水的主要原因有以下幾個(gè)方面。

1.1 地質(zhì)勘查

由于各方面的原因，很多隧道的地質(zhì)水文勘查工作開展的較為粗糙，獲取的資料不充分、準(zhǔn)確，隧道線路沒有避開復(fù)雜地質(zhì)或不良地質(zhì)，給隧道施工及防排水帶來困難，為后期隧道滲漏水埋下隱患。

1.2 防水設(shè)計(jì)方面

部分設(shè)計(jì)單位沒有對隧道的圍巖特征、水文特性深入了解，沒有采取有針對性的、科學(xué)的防排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致隧道防排水系統(tǒng)的應(yīng)對能力不足，后期隧道滲漏水。

1.3 材料使用

目前我國防水材料生產(chǎn)廠家眾多，材料性能參差不齊，設(shè)計(jì)中往往對防水層的參數(shù)指標(biāo)要求不具體，導(dǎo)致可選擇的廠家很多，施工單位往往選擇價(jià)廉的防水材料。

二是防水層的耐久性無配套實(shí)驗(yàn)方法，工程試驗(yàn)中雖然對材料物理指標(biāo)如拉伸、撕裂、刺破等性能有較多的試驗(yàn)檢查，可避免在施工過程中不受損壞，但耐久性指標(biāo)卻往往缺乏重視，但一些工程運(yùn)營一定時(shí)間后開始滲漏水。

1.4 防水施工

隧道防排水系統(tǒng)施工中往往不能嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范施工，導(dǎo)致防排水系統(tǒng)存在原始缺陷，造成隧道滲漏水。隧道防排水施工中常見的問題有[2]：

a）排水系統(tǒng)銜接不暢，公路隧道的排水系統(tǒng)由環(huán)向排水管、縱向排水管、排水邊溝或中心排水管等組成，施工過程中若排水管上下沒有銜接好或中間斷開、三通管連接不暢、縱向排水管反坡設(shè)置和排水管中間淤塞等，使隧道在運(yùn)營中不能將地層中的滲水暢通排出，造成襯砌壁后水壓增高而引起隧道滲漏。

b）鋪設(shè)基面粗糙損傷防水層，在巖石地層或噴射混凝土基面上，未按照規(guī)范對基面進(jìn)行處理，二次襯砌混凝土澆筑時(shí)，塑料防水層受到擠壓力或直接被尖銳物刺破，以及混凝土收縮時(shí)，防水板受到剪力，導(dǎo)致防水板損壞。

c）隧道施工縫或沉降縫處止水帶安裝不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致隧道在施工縫或沉降縫處存在薄弱面，成為隧道滲水主要區(qū)域，事實(shí)上很多隧道滲漏水主要發(fā)生在施工縫或沉降縫處。

d）隧道二襯混凝土質(zhì)量不佳也是隧道滲漏水的一大要因，二襯是隧道防滲的最后一道防線，但許多隧道二襯內(nèi)部尤其是拱頂部位存在不密實(shí)、空洞區(qū)域，成為又一薄弱點(diǎn)，滲漏水可能性加大。

1.5 運(yùn)營管理

隧道的運(yùn)營過程中應(yīng)該對可維護(hù)的防排水系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)，而很多隧道運(yùn)營管理機(jī)構(gòu)往往疏于這項(xiàng)工作，隧道內(nèi)排水系統(tǒng)堵塞、洞外截排水溝損壞及堵塞等間接造成隧道滲漏水。

2 隧道滲漏水的預(yù)防

2.1 隧道防排水設(shè)計(jì)[3]

隧道防水要“防患于未然”，首先從設(shè)計(jì)做起，要在水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，從工程規(guī)劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、施工工藝等方面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

2.1.1 公路隧道防排水設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

a）做好隧道的水文地質(zhì)勘查工作，獲取充分的資料，盡量避開復(fù)雜地質(zhì)、不良地質(zhì)尤其是富水地層。

b）對下穿江、河、村鎮(zhèn)、城市及對環(huán)境有特殊要求的隧道宜采取全封閉不排水的原則。

c）應(yīng)對附近的井泉、池沼、水庫、溪流等進(jìn)行調(diào)查，必要時(shí)進(jìn)行觀測和試驗(yàn)，設(shè)計(jì)采取相應(yīng)的預(yù)防和處治措施，如采用堵水施工工藝、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)防水性能設(shè)計(jì)等。

d）對巖溶、高壓水和適當(dāng)排水不會影響環(huán)境的隧道宜采取以堵為主，限量排放的原則。

e）排水對環(huán)境確無影響時(shí)宜采取排水的原則，并考慮排水措施的可維護(hù)性。

2.1.2 公路隧道防排水設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的方面

a）依照隧道降雨量、地質(zhì)水文狀況、圍巖及含水量等情況劃分區(qū)段進(jìn)行防排水設(shè)計(jì)，分別采取有針對性的防排水策略，精細(xì)化防排水設(shè)計(jì)。

b）在富水區(qū)段，采用注漿防水，可按照以下原則進(jìn)行注漿防水：根據(jù)地質(zhì)情況、掘進(jìn)和支護(hù)的方式、支護(hù)預(yù)期的變形量、相鄰隧道的相互影響及其他構(gòu)筑物的位移、沉降、水資源保護(hù)的要求進(jìn)行注漿防水方案的選擇；對地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報(bào)有大量涌水的軟弱地層地段，宜采用地表或洞內(nèi)全封閉超前預(yù)注漿；在開挖后如有滲漏水或大股涌水時(shí)，宜采用支護(hù)前圍巖注漿。當(dāng)初期支護(hù)表面有超出設(shè)計(jì)允許的滲漏水時(shí)，應(yīng)用回填注漿或徑向注漿進(jìn)行處理。

c）在隧道埋深大、節(jié)理發(fā)育、地下水豐富的情況下，為保證襯砌結(jié)構(gòu)外圍排水暢通，消除襯砌結(jié)構(gòu)靜水壓力，可在初期支護(hù)（噴射混凝土層）完成之前視情況埋設(shè)排水圓形半管或矩形排水半管（圖1），形成暗埋、永久式排水通道系統(tǒng)，將水引入隧道縱向排水管或通過盲溝（管）引入排水溝排出洞外。

注：圓形排水半管市場已有成品供應(yīng)，矩形排水半管可根據(jù)圍巖出水點(diǎn)的大小設(shè)計(jì)制作和安裝，材質(zhì)以不銹鋼板為最佳，塑料也可，但應(yīng)保證足夠的剛度。

圖1 矩形排水半管示意

d）二襯與初襯之間鋪設(shè)高分子防水板和無紡布，采用無釘鋪設(shè)。

e）二襯采用防滲混凝土，隧道混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B等級不得低于P6，設(shè)計(jì)采用防水混凝土?xí)r，其抗?jié)B等級不得低于P8，并重視施工縫、沉降縫的處理構(gòu)造和工藝。

2.2 隧道防排水系統(tǒng)的施工[4]

隧道結(jié)構(gòu)防排水必須按照設(shè)計(jì)施工，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

a）對于覆蓋層較薄和滲透性強(qiáng)的破碎巖層，地表處置與地表水的放排堵截宜及早處理，應(yīng)經(jīng)常檢查高水位水池，防止水流泄漏，洞內(nèi)施工臨時(shí)排水應(yīng)經(jīng)常清理疏通，防止積水。

b）應(yīng)重視初期支護(hù)的防水能力，做好施工縫和變形縫防水，確保盲溝、排水管（溝）排水暢通，中心排水管埋好后，應(yīng)進(jìn)行通水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)積水漏水及時(shí)處理。

c）依據(jù)功能要求、類型及技術(shù)要求合理選擇防水板材；充分重視防水板的敷設(shè)工作，防水板材敷設(shè)前應(yīng)對初襯表面進(jìn)行清理整平，杜絕鋼筋頭、錨桿頭、石塊等尖銳物遺留，對較大坑洼應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)噴平順，避免防水板刺破和漲破；選擇合理的防水板材敷設(shè)和焊接方法，掌握好預(yù)留松弛量，確保松緊有度，避免在澆筑混凝土?xí)r漲破。

d）應(yīng)充分利用混凝土自防水能力，二襯混凝土施工時(shí)加強(qiáng)振搗，避免出現(xiàn)內(nèi)部不密實(shí)、空洞等缺陷，拱部混凝土澆筑時(shí)應(yīng)在拱頂預(yù)留注漿孔，注漿孔間距不大于3 m，且上坡端頭部位應(yīng)不少于1個(gè)，在襯砌強(qiáng)度大于100%后進(jìn)行逐一注漿，注入砂漿強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，注漿壓力控制在0.1 MPa以內(nèi)；待漿液凝固后采用地質(zhì)雷達(dá)探測，如發(fā)現(xiàn)拱頂仍存在不密實(shí)及空洞現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。

e）附屬洞室與正洞連接處的防排水系統(tǒng)應(yīng)與正洞同時(shí)同標(biāo)準(zhǔn)完成。

2.3 隧道基底防排水設(shè)計(jì)與施工

為避免公路隧道在運(yùn)營過程中路面出現(xiàn)翻漿、冒泥及坑槽等病害，隧道位于富水特別是有承壓水的區(qū)段應(yīng)進(jìn)行隧道基底防排水的設(shè)計(jì)及施工。

a）隧道基底圍巖較好、巖石遇水不易軟化時(shí)，出水量較小，宜采用滲井排水法，沿中央排水溝按照一定間距設(shè)置與其相通的滲井，設(shè)置間距根據(jù)基底的出水量大小綜合確定，滲井宜采用圓形，直徑以小于中央排水溝寬度10 cm為宜，滲井內(nèi)填碎石及塊石，為了便于檢查和清淤，可將滲井同中央排水溝檢查井設(shè)置在一起。隧道基底排水滲井示意見圖2所示。

圖2 隧道基底排水滲井示意圖

b）當(dāng)隧道基底圍巖較差、巖石遇水易軟化時(shí)，出水量較大，為及時(shí)排除圍巖來水，宜采用密滲井暗管排水法，沿中央排水溝密設(shè)滲井，間距依據(jù)基底的出水量大小綜合確定，且宜大于5 m，滲井底部通過設(shè)置在仰拱底部的縱向暗管相連，暗管直徑宜為30～50 cm，采用C15無砂混凝土制成。隧道基底密井暗管法排水示意見圖3所示。

注：無砂混凝土的特點(diǎn)為排水性好，基底滲水可快速通過無砂混凝土暗管排出隧道，達(dá)到疏干基底地下水避免基底軟化的目的。

圖3 隧道基底密井暗管法排水示意圖

2.4 二襯端頭鋼模板固定止水帶施工技術(shù)的推廣應(yīng)用

公路隧道施工縫設(shè)計(jì)安裝中埋式和背貼式橡膠止水帶，利用橡膠的高彈性，在荷載下可以產(chǎn)生較大的彈性變形，從而起到堅(jiān)固密封防止?jié)B漏水的作用。

傳統(tǒng)的止水帶安裝施工技術(shù)難以牢固固定止水帶，止水帶定位及安裝質(zhì)量難以達(dá)到要求，在二襯混凝土澆筑過程中極易跑模，影響防水效果，因此運(yùn)營隧道在沉降縫及施工縫處常出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

近年來鐵路客專發(fā)展起來一種止水帶安裝新技術(shù)，可顯著提高止水帶安裝及施工質(zhì)量，且有優(yōu)勢，公路隧道應(yīng)學(xué)習(xí)引進(jìn)并加以推廣利用。

a）技術(shù)原理 根據(jù)隧道輪廓及尺寸參數(shù)，設(shè)計(jì)制造內(nèi)、外弧形鋼模板，采用螺栓連接。止水帶設(shè)置在內(nèi)、外模板之間，除弧形鋼模本身連接外，并通過定型臺車內(nèi)側(cè)鋼板預(yù)留孔及端頭鋼管固定，實(shí)現(xiàn)止水帶安裝新工藝。

注：二襯端頭模板采用定制的內(nèi)、外弧形鋼模板，不僅可牢固定位止水帶，準(zhǔn)確控制預(yù)留長度，減少施工活動對其造成破壞；而且封端更加牢靠，增強(qiáng)了抵抗混凝土澆筑時(shí)側(cè)壓力的能力，利于縱向鋼筋的安裝及預(yù)留。

b）系統(tǒng)組成 安裝體系由模板系統(tǒng)、連接系統(tǒng)、止水帶本體、支撐系統(tǒng)及預(yù)留孔洞五大部分組成（圖4）。

圖4 端模板系統(tǒng)組成示意圖（局部）

c）端模板構(gòu)造 二襯弧形鋼模板厚0.5 mm，單元長度1 000～1 500 mm，半徑R較設(shè)計(jì)襯砌半徑加大50 mm。內(nèi)、外鋼模板組合寬度較設(shè)計(jì)厚度加大200 mm，安裝完成后與襯砌臺車邊模板平齊為宜。弧形鋼模板組合可調(diào)節(jié)厚度為30 mm，最大不超過50 mm。端模板構(gòu)造見圖5所示。

圖5 端模板構(gòu)造

d）技術(shù)要求 二襯端頭鋼模板安裝對初期支護(hù)平整度要求較高，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為了保證模板準(zhǔn)確定位，一塊模板范圍內(nèi)（即環(huán)向100～1 500 mm范圍內(nèi)）凹凸面高差小于等于50 mm/m2為宜。在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及規(guī)范施工，控制好隧道超、欠挖，保證噴射混凝土表面平整度達(dá)標(biāo)。

二襯端頭鋼模板固定止水帶施工技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（a）安裝便捷、省力，止水帶有一半外露，安裝質(zhì)量一目了然。

（b）減少了對木材的需求量，環(huán)保節(jié)能效益明顯。

（c）消除了隧道二襯止水帶施工中的質(zhì)量通病，提高了隧道施工技術(shù)水平。

（d）襯砌端模嚴(yán)密性較好，減少了混凝土澆筑過程中的漏漿現(xiàn)象，有效地提高了混凝土質(zhì)量。

2.5 運(yùn)營管理

在隧道的運(yùn)營過程中應(yīng)重視對防排水設(shè)施的維護(hù)工作，主要做好以下工作。

a）洞外截排水溝的日常維護(hù)工作 定期維護(hù)、清理截排水溝，保持排水暢通，避免明水下滲，將降雨及流水引排至遠(yuǎn)離隧道的區(qū)域，減小隧道圍巖含水量，降低水壓力。

b）洞內(nèi)中央排水溝的定期清理 定期清理疏通中央排水溝，使其暢通排水，釋放減小水壓力；洞外中央排水溝出口部位冬季加強(qiáng)保溫工作，防止排水洞口冰凍密封導(dǎo)致水壓增大。

3 結(jié)語

消除或減輕隧道滲漏水現(xiàn)象對減少隧道養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、改善行車條件、減少事故隱患均有重要意義。由于造成隧道滲漏水原因眾多，采用單一的預(yù)防措施的作用與效果總是有局限性的。因此，在面對這一問題時(shí)，必須采用系統(tǒng)性思想，把握全局，注重細(xì)節(jié)，采用創(chuàng)新技術(shù)，綜合考慮同時(shí)采用多種措施進(jìn)行綜合防治，并在施工中嚴(yán)格按照施工程序施工，做好質(zhì)量控制工作；當(dāng)運(yùn)營過程中出現(xiàn)病害時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)查明原因及時(shí)按照《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTG H12—2003)規(guī)定的方法處理，以免造成病害持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致滲漏水的發(fā)生發(fā)展。