多溶腔隧道滲漏水原因分析與處治

羅崴瑜

(廣東省南粵交通韶贛高速公路管理處，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

1.1 隧道工程地質(zhì)條件及水文狀況

韶贛高速公路白山隧址區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)為基帶的山地氣候，具有雨量充沛，日照充足，冬春冷、夏秋熱，雨熱同季，干濕分明等特點(diǎn)。多年平均降雨量1 537.4 mm，日最大降雨量308 mm，雨季一般5～9月，暴雨6～9月，雨季降雨量占全年降雨22%以上。隧址區(qū)屬低山丘陵地貌區(qū)，巖性主要為灰?guī)r，夾炭質(zhì)灰?guī)r，由于受多期次構(gòu)造及風(fēng)化作用影響，巖石溶蝕強(qiáng)烈，褶曲、節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖層往往被切割成碎塊狀，不穩(wěn)定、結(jié)合差，巖體為片狀碎裂結(jié)構(gòu)，巖溶發(fā)育，賦存有巖溶水，并發(fā)育有3個(gè)斷層。在ZK6+050及ZK6+220隧道洞身上方存在溶洞、ZK6+150隧道底部存在溶洞。ZK6+000～ZK6+240部分洞身區(qū)段為粘土及亞粘土夾孤石，地下水豐富，遇水呈流塑狀，溶洞、土洞、節(jié)理裂隙發(fā)育。隧道山頂有山塘，落水洞。地下水補(bǔ)給來源主要有大氣降水的滲入補(bǔ)給，山塘水下滲補(bǔ)給，洞內(nèi)承受的水壓力較大。

1.2 原隧道洞身防排水情況

(1)原洞身防水措施

除仰拱部位外初期支護(hù)與二次襯砌之間滿鋪防水層，防水層采用EVA塑料防水板+無紡布。變形縫位置設(shè)橡膠止水帶，同步設(shè)置背貼式止水帶；縱向施工縫和洞身深埋段的環(huán)向施工縫設(shè)置帶注漿管遇水膨脹橡膠止水條；環(huán)向施工縫設(shè)置背帖式止水帶。二次襯砌采用防水混凝土。

(2)原洞身排水措施

隧道地下水豐富區(qū)段拱部每間隔20 m設(shè)高抗沖聚乙烯排水板環(huán)向盲溝。二次襯砌施工縫背后設(shè)置環(huán)向雙排φ50HDPE單壁打孔排水管盲溝。邊墻底襯砌外側(cè)設(shè)置HDPE縱向排水暗管(φ100)，匯集高抗沖聚苯乙烯排水板、φ50HDPE排水盲溝以及拱墻外側(cè)的塑料防水板及無紡布中的地下水，均集中到左右邊墻底部的縱向排水暗管中。邊墻底部橫向每隔10 m設(shè)置一道φ100HDPE單壁無孔波紋管，引排邊墻底襯砌外側(cè)縱向排水暗管中集中水流，至隧道路面兩側(cè)設(shè)矩形邊溝中。路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)設(shè)置MF20型(20 cm×2.5 cm)塑料亂絲盲溝，疏排路面面板下方地下水。

1.3 施工期隧道塌方情況

施工期，韶贛高速公路白山隧道左洞ZK6+073～ZK6+156段發(fā)生塌方，該塌方段地質(zhì)條件復(fù)雜，位于炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)，巖層溶蝕極度發(fā)育，形成大范圍溶腔及溶槽。溶腔及溶槽內(nèi)有的充填流塑狀粘土，內(nèi)夾大量孤石，進(jìn)口段有的溶腔未充填，存在孤石，出口段地下水極為豐富。在塌方發(fā)生前夕，恰遇強(qiáng)降雨，使得本已豐富的地下水更加豐富，隧道側(cè)壁水流不止，猶如瀑布。進(jìn)口段圍巖遇水再度軟化，自穩(wěn)能力迅速下降，先從鋼拱架肋間擠出，隨即形成空腔，鋼拱架失去支撐功能，導(dǎo)致周圍土體失穩(wěn)，引起塌方。出口段緊鄰進(jìn)口，進(jìn)口塌方后，擾動(dòng)了出口拱肋上部空腔中的孤石，孤石滑落后，砸在本已修筑好的初襯上，導(dǎo)致被砸部位下凹，拉動(dòng)鋼拱架整體脫離土體，失去支撐功能，引發(fā)塌方。

2 隧道滲漏水調(diào)查檢測及安全計(jì)算

2.1 隧道滲漏水專項(xiàng)調(diào)查時(shí)間

專項(xiàng)調(diào)查及檢測選擇在2015年5月底，在經(jīng)歷了20多天降雨后開展的，連續(xù)降雨后的調(diào)查及檢測數(shù)據(jù)更具有代表性。

2.2 隧道周邊地表環(huán)境調(diào)查

山頂植被茂盛，地表溝壑處粘土內(nèi)夾石灰?guī)r清晰可見，溝壑地表有小股水流，隨著向下游流動(dòng)，水流逐漸減少至消失，說明地表水、雨水容易下滲至山體。落水洞周邊有5處塌陷坑，山頂山塘水位比旱季明顯上漲。地表落水洞未發(fā)生明顯坍塌現(xiàn)象，周邊地下水順落水洞下滲(發(fā)出明顯水流聲)。

2.3 隧道洞內(nèi)滲漏水檢測結(jié)果

檢測范圍內(nèi)共存在36處襯砌表面開裂病害，從歷年檢測資料分析，襯砌表面裂縫沒有出現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢，大部分裂縫在歷年的隧道維修過程中已做封堵處理。隧道襯砌多處存在嚴(yán)重的季節(jié)性滲漏水現(xiàn)象，襯砌表面多處出現(xiàn)滲水、鈣化物析出。在拱部位置有滴漏，側(cè)墻個(gè)別裂縫位置存在股狀噴射。測量泄水孔水壓力為0.1 MPa，流量1 L/s，呈混濁狀?，F(xiàn)場采用pH試紙簡易檢查滲漏水pH值為7.0～8.0，對(duì)混凝土表面具有輕微腐蝕作用。

2.4 隧道襯砌背后密實(shí)狀況檢測結(jié)果

采用探地雷達(dá)對(duì)隧道襯砌背后密實(shí)狀況進(jìn)行檢測，檢測發(fā)現(xiàn)襯砌背后存在圍巖脫空、二次襯砌與初期支護(hù)間存在空洞和積水現(xiàn)象。

2.5 隧道襯砌厚度檢測結(jié)果

采用探地雷達(dá)對(duì)隧道襯砌病害進(jìn)行檢測，厚度值均滿足設(shè)計(jì)要求，見表1。

表1 隧道襯砌厚度檢測結(jié)果表

2.6 襯砌混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果

襯砌混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場回彈強(qiáng)度檢測共計(jì)30個(gè)測區(qū)，碳化深度值檢測共計(jì)90個(gè)測點(diǎn)，檢測結(jié)果表明混凝土強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度C25。隧道襯砌混凝土整體狀況良好，未存在材料劣化情況。

2.7 隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全計(jì)算分析

通過對(duì)韶贛高速公路白山隧道左洞ZK6+000～ZK6+240進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測可知，襯砌背后存在圍巖脫空、二次襯砌與初期支護(hù)間存在空洞和積水情況，如果空洞處積水并形成壓力，那么圍巖在水壓力作用下，勢必會(huì)引起圍巖失穩(wěn)，將影響到隧道結(jié)構(gòu)安全。因此對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全狀況進(jìn)行了模擬計(jì)算分析。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70—2004)表9.2.4-2中安全系數(shù)為1.7的要求，采用大型有限元軟件模擬隧道襯砌背后空洞及圍巖脫空、積水等場景，計(jì)算出幾種病害場景下襯砌鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù)，見表2；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)襯砌背后空洞或圍巖脫空進(jìn)行處治，可有效提升襯砌鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù)。

表2 模擬場景計(jì)算襯砌鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù)

3 隧道滲漏水病害原因分析

3.1 水文地質(zhì)因素

隧道ZK6+000～ZK6+240區(qū)段襯砌背后巖溶發(fā)育，共探測到15處巖溶發(fā)育區(qū)域，42處小溶洞，地下水豐富，巖溶及溶蝕鈣化物等隨水進(jìn)入隧道的排水設(shè)施，導(dǎo)致襯砌內(nèi)排水設(shè)施堵塞，造成排水設(shè)施排水不暢或失效。因襯砌背后的水不能及時(shí)排出，形成承壓水，導(dǎo)致隧道在襯砌承載力薄弱處出現(xiàn)開裂，發(fā)生滲漏水。

3.2 隧道結(jié)構(gòu)因素

二次襯砌存在多條裂縫，施工縫位置存在環(huán)向裂縫(溫縮裂縫)，在地下水壓力較大的情況下，裂縫及施工縫發(fā)生滲漏水。

3.3 地表塌陷

隧道ZK6+000～ZK6+240區(qū)段山體頂部地表，存在沖溝及塌陷，周圍地表水流入塌陷區(qū)，使得塌陷區(qū)范圍加大。同時(shí)也增加了山體地下水的補(bǔ)給，引發(fā)隧道體部位發(fā)生水患。

4 韶贛高速公路白山隧道左洞ZK6+000～240區(qū)段滲漏水處治方案

4.1 地表處治

對(duì)韶贛高速公路白山隧道山體頂部的塌陷區(qū)采用回填粘土的方案進(jìn)行處治。填土后的區(qū)域略高于地面，周邊修筑排水溝渠，保持地表不積水且排水順暢，減少或杜絕地表水的下滲。

4.2 洞內(nèi)襯砌滲漏水處治

(1)邊墻打泄水孔處治。在襯砌滲漏水路段應(yīng)用新型可視化營運(yùn)公路隧道邊墻排水系統(tǒng)，在距離電纜溝蓋板高度約為50～100 cm的拱腳處打設(shè)2個(gè)Φ76 mm的泄水孔，邊墻鉆孔縱向間距為3 m，嚴(yán)重滲漏水段落可加密，泄水孔鉆孔深度3 m，內(nèi)設(shè)置全透型曲紋網(wǎng)狀PE韌性組合型透水管(Φ65 mm外管，Φ50 mm內(nèi)管)，邊墻部位設(shè)置可視化排水盒。

(2)隧道邊溝底井點(diǎn)降水。對(duì)于左洞ZK6+000～ZK6+240區(qū)段滲漏水嚴(yán)重段落，采用邊溝井點(diǎn)降水方法進(jìn)行處治。在隧道邊溝的底部增設(shè)間距為5 m、深為5 m的降水井點(diǎn)管，降水井成孔直徑150 mm，采用全透型曲紋網(wǎng)狀PE韌性組合型透水管(Φ110 mm外管，Φ60 mm內(nèi)管)。

滲漏水施工縫處治，采用沿施工縫安裝接水盒的處治方案。接水盒采用不銹鋼材質(zhì)，接水盒寬度為10～30 cm，必須包含住整個(gè)施工縫滲漏水區(qū)域，接水盒安裝必確保與襯砌表面接觸緊密，并用密封膠封閉，接水盒順延至墻腳，將水引入邊溝中。

滲漏水裂縫處治，采用低壓注漿方案，注射劑采用聚氨酯漿。

(5)襯砌點(diǎn)滲處治，先在二次襯砌混凝土中鑿深5 cm、寬10 cm的槽，涂刷界面膠后充填杜拉纖維防水砂漿。

4.3 襯砌背后溶洞注漿處治

采用填充m30防水水泥砂漿的處治方案。注漿管采用Φ42無縫鋼管，根據(jù)隧道地質(zhì)雷達(dá)檢測報(bào)告中巖溶的位置和深度調(diào)整鉆孔的布置和深度調(diào)整鉆孔的布置位置和深度；充填從兩個(gè)邊孔開始，注漿壓力0.2～0.5 MPa；當(dāng)有混凝土從中孔流出時(shí)，接著從中孔壓注水泥砂漿，直至出氣孔有漿體流出，此段充填結(jié)束。施工時(shí)應(yīng)控制好注漿壓力，同時(shí)密切觀察襯砌變形位移及周圍裂縫的發(fā)展情況，對(duì)襯砌進(jìn)行施工監(jiān)測，確保施工安全。

4.4 二次襯砌與初期支護(hù)間空洞充填處治

采用充填輕質(zhì)混凝土的處治方案。輕質(zhì)混凝土抗壓強(qiáng)度為10 MPa，容重1 200～1 300 kg。根據(jù)隧道地質(zhì)雷達(dá)檢測報(bào)告中襯砌脫空位置進(jìn)行注漿孔布置，鉆孔時(shí)，應(yīng)根據(jù)檢測報(bào)告中襯砌厚度嚴(yán)格確定鉆孔深度，鉆孔和注漿鋼管禁止破壞原有防水層，注漿管采用Φ42無縫鋼管，注漿端頭部位采用絲扣連接長度為20 cm的導(dǎo)管。充填順序應(yīng)由低向高，由周邊向中間進(jìn)行，工作壓力小于0.1 MPa，當(dāng)有水泥漿液從中孔流出時(shí)，接著從中孔壓注輕質(zhì)混凝土，工作壓力保持0.3 MPa，直至出氣孔有水泥漿流出，此段充填結(jié)束，位置最上端一孔作為出氣孔，待注漿完畢后，用輕質(zhì)混凝土充填該注漿端頭空洞，以使得注漿孔與周邊二襯混凝土表面平整。若注漿后出現(xiàn)滲漏水則采用安裝接水盒的處治方案。

4.5 注漿施工監(jiān)測

隧道ZK6+000～ZK6+240區(qū)段注漿期間，開展了隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測，以保證隧道的安全運(yùn)營。隧道注漿變形監(jiān)測采用攜帶式測量機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)測，每20 m設(shè)置1個(gè)監(jiān)測斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測，合計(jì)12個(gè)斷面。每個(gè)監(jiān)測斷面在隧道拱頂布置一個(gè)拱頂下沉點(diǎn)，在襯砌兩邊布置兩對(duì)水平收斂點(diǎn)，在超、慢車道外側(cè)路面布置一對(duì)隆起監(jiān)測點(diǎn)，共7個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)采用永久放置的固定棱鏡。注漿期間，襯砌沉降點(diǎn)共監(jiān)測96點(diǎn)次，襯砌收斂點(diǎn)共監(jiān)測384點(diǎn)次，路面隆起監(jiān)測點(diǎn)共監(jiān)測192點(diǎn)次。從各個(gè)斷面的周邊收斂、拱頂沉降、地表隆起數(shù)據(jù)分析來看，總體數(shù)據(jù)變化小，數(shù)據(jù)變化未達(dá)到預(yù)警值2 mm，施工注漿未引起各斷面變形，可以判斷各斷面較穩(wěn)定，隧道注漿區(qū)域總體穩(wěn)定。

4.6 注漿驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

(1)襯砌背后溶洞注漿效果檢測

采用淺層地震儀對(duì)襯砌背后溶洞注漿效果進(jìn)行檢測。在ZK6+000～ZK6+240段縱向布置測線，左右線均布設(shè)，測線環(huán)向間隔為4 m，測點(diǎn)縱向間隔為0.5 m，對(duì)進(jìn)行注漿的溶洞及其前后10 m范圍內(nèi)進(jìn)行檢測，測線長度為1 623 m，共3 246測點(diǎn)，包括隧道拱頂、拱腰和邊墻上，共計(jì)7條測線。圍巖溶洞注漿效果檢查顯示，除拱部存在2處小范圍不密實(shí)外其他位置的注漿效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(2)二次襯砌與初期支護(hù)間空洞注漿效果檢測

采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧道初支與二襯間空洞注漿效果進(jìn)行檢查，共計(jì)檢測注漿位置22處，未發(fā)現(xiàn)空洞異常，滿足注漿要求。

5 結(jié)束語

自2018年韶贛高速公路白山隧道左洞滲漏水專項(xiàng)處治完工后，截止2022年2月，韶贛高速公路白山隧道左洞ZK6+000～ZK6+240路段未再發(fā)生滲漏水病害。目前洞內(nèi)引排水設(shè)施有效，洞內(nèi)新型可視化營運(yùn)隧道邊墻墻腳排水系統(tǒng)工作正常，排水順暢，排水狀態(tài)可視化，且泄水孔內(nèi)排水管可更換，有效解決了泄水管鈣化堵塞等問題。證明多溶腔隧道ZK6+000～ZK6+240路段滲漏水原因分析正確，處治方案有效。