甘肃某公路隧道二衬渗漏水处置措施研究

梅 华 曲 直 张昌军

（长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室，西安 710064）

隧道建成后，经常由于各种原因，二次衬砌会产生渗漏水病害现象.随着我国建成隧道里程的急剧增长，渗漏水病害正变得越来越广泛.尽管现有的新防排水施工工艺和新型防排水材料的推广应用，使得隧道的防排水技术有了很大的提高，也取得了较好的防水效果，但仍有不少隧道出现渗漏水病害现象.隧道渗漏水病害对隧道的正常运营易造成严重的危害，不仅会损坏隧道的顶棚、内装、通风、照明、安全等各种附属设施，而且会导致隧道路面的积水而引起眩光、车辆打滑等，严重影响车辆的正常安全行驶.特别是在严寒地区，冬季渗漏水在隧道上部形成吊挂冰柱，或在路面上形成易滑的冰面，极易造成交通事故.如果隧道内有大量的渗漏水，还会改变隧道内的结构受力状况，进而影响隧道的结构安全性.

为了便于有效治理病害和减少不良影响，不少专家和技术人员对于隧道渗漏水进行了大量的研究［1－11］，其中，主要集中在对于隧道渗漏水产生原因［2－4］和病害的治理方面［5－8］.隧址区的自然环境是产生渗漏水的客观原因，而人为因素是最主要的因素.隧道渗漏水病害的人为原因主要有，隧道开挖改变了原有的地下渗流场，防排水的设计［9－10］存在漏洞，在隧道施工中的质量控制不到位以及防水材料的不合格等.对于渗漏水的治理方法也较多，普遍采用的方法有凿槽引排法、注浆法、嵌缝堵漏等，根据点状渗漏水、线状渗漏水和施工缝［11］的不同特点，应采取不同的治理措施.

综上所述，隧道渗漏水病害发生的原因是多方面的，其治理方法也很多，且每种治理方法有其特定的适用范围.本文在详细阐述了甘南某隧道的二衬渗漏水情况后，分析了产生隧道渗漏水的原因，根据现场实际情况，对点状、线状和施工缝的渗漏水分别采取了相应的治理措施，通过治理后的连续观察发现其治理效果较好，为今后类似隧道渗漏水治理提供参考.

1 隧道渗漏水概况

1.1 工程概况

隧道位于甘肃省甘南州迭部县，为二级公路改扩建项目.设计为单洞双线两车道，隧道长度为1378 m，计划2013年8月竣工通车.隧址区处于青藏高原东部边缘，岷山山脉地区，平均海拔在2000m左右，地形起伏大，山高沟深，属典型的侵蚀中高山区.隧道穿越两道较大的断层，围岩节理裂隙发育，局部可见揉褶现象，围岩等级为Ⅳ级和Ⅴ级.隧道进出口浅埋段均处于风化堆积体中，为第四系冲洪积砂砾石和含砂及小砾低液限粉质粘土，以及破崩积碎块石土.隧道洞身段主要地层为二叠系上统迭山组（Pd3）和中、晚泥盆纪（D2－3）下吾那组，主要岩性为黑色炭质页岩和碳质板岩，含碳钙质页岩和板岩，灰褐色泥钙质千枚化板岩和深灰色碳岩，间夹白色石英脉.建设区气候属暖温带半湿润气候区，多年平均气温6.9℃，平均降雨量约700mm，地下水丰富，局部段落有涌水，隧道进口段洞顶山体冲沟内可见地表水流.

1.2 防排水设计

隧道的防排水设计采用全断面铺挂350g／m2无纺布和1.2mm厚EVA防水板，防水板的搭接长度应大于0.1m，接头处采用爬焊机焊接；横向排水管采用Φ116HDPE横向双壁波纹管，间距为10m；纵向排水管采用Φ116HDPE双壁半圆打孔波纹管，内径100mm，外径116mm；环向布设TMF12×3.5cm排水盲管，均按10m设置一环；中央排水沟采用Φ300半边打孔HDPE双壁波纹管；环向施工缝设置带注浆管的遇水膨胀止水条，间距9m，变形缝和沉降缝处均设置背贴式橡胶止水带，规格为10mm×300mm.

图1 隧道防排水设计布置图

1.3 渗漏水概况

二次衬砌渗漏水处均位于该隧道进口浅埋段，里程桩号为K56＋921～K56＋933，经统计共有13处出现渗漏水，具体见表1.左右两侧渗水处沿隧道里程方向向前分别编号为Z1～Z4和Y1～Y9，其渗水量见表2.

表1 隧道进口段渗水统计结果

表2 隧道各渗水处渗水量测试统计结果

隧道进口段左侧边墙有4处二衬渗水处，其中2处为点状渗水，1处线状渗水和1处施工缝渗水.点状渗水量较小，分别为3.1m3／d和0.7m3／d.线状渗水位于K56＋926里程边墙检修道路面向上0.5～1.6m高的位置，渗水缝长度约1.1m，渗水量为12.3 m3／d，自2012年9月7日开始渗水，至2012年10月3日治理的时间段内渗水量增加较小，水流沿隧道壁面流下.施工缝渗水处位于K56＋933里程的拱腰至边墙左下角处，渗水量为25.9m3／d，渗水缝长度为4.5m，自2012年9月17日渗水，渗水水流沿隧道壁面流下，至2012年9月27日渗水量开始增大，距隧道地面高度约3.7m处水流喷射而出（如图2所示），施工缝处有明显水流冲洗的孔洞.

图2 左侧施工缝拱腰处渗水

隧道进口段右侧边墙有9处大小不同的二衬渗水处，均集中在K56＋921～K56＋933里程范围内的边墙处.其中Y3、Y4、Y5和Y7共4处为点状渗水处，渗水量很小，均小于2.5m3／d.Y1、Y2和 Y6为线状渗水处，渗水量较大，为6.2～13.5m3／d范围内，长度为0.3～0.9m，其中K56＋921处渗水量较大，有较大的水流沿隧道壁面流下.Y9为K56＋933里程施工缝渗水处，渗水量为21.2m3／d，缝隙沿施工缝边墙至拱肩处均渗水，渗水缝长度约4.0m，水流沿隧道壁面流下.

图3 右侧边墙一处渗水

2 渗漏水原因分析

隧道渗漏水区段为2012年5月份施工，在修建完成4个月后，出现了严重的渗漏水现象.针对这一问题，进行了实地勘察和分析后，得出了产生渗漏水的主要原因有以下3方面.

2.1 水文地质原因

1）丰富的地表水源和地下水.隧址区属于半湿润气候区，降雨量较大.周边的数条沟谷深度均超过20 m，总汇水面积较大，约105万m2.其中2条较大的常年有水的溪流，秋季水流量约200m3／d，在靠近洞门附近时经地下暗河和土体空隙，渗流至隧道结构外侧汇集.如图4所示.

图4 隧道进口段上方地表地形及水流情况

2）埋深浅、围岩破碎等地质情况.渗漏水处距洞口较近，埋深在30m以内.位于洞口坡积体下部靠近岩层面的位置，由于坡积体为碎石和粘土堆积，松散、空隙大且连通，隧道下部为较密实的岩层，且洞口附近原有一滑坡体，经滑动面渗流至隧道结构外侧形成地下水汇集区，如图5所示.

图5 渗漏水位置

2.2 施工原因

1）防排水系统施工不规范.由于该段围岩稳定性较差，施工中二衬紧跟，没有足够的时间和空间注重隧道的防排水系统施工，施工队伍的技术水平也相对较低.主要细部问题有:防水板搭接不密实；施工时防水板被刺破；防水板安装太紧，受变形过大被撕裂移位；遇水膨胀止水条安装不正确；排水管安装不合格，存在漏水.

2）隧道初支和二衬施工不合格.初期支护喷射混凝土一次成型，导致初支与围岩之间存在大量空隙，为汇水提供通道；由于初期支护变形过大，时有发生侵界现象，致使二次衬砌浇筑厚度不够；模筑混凝土浇筑不规范，形成渗漏水通道的缝隙、孔洞；在混凝土浇筑完成后，没有按规范进行养护，以致混凝土水化后形成渗漏水通道.

2.3 防排水系统原因

排水系统堵塞.施工中初期支护变形严重地段，采用了二衬适时紧跟，二次衬砌承受了较大的围岩压力，导致环向TMF12×3.5cm排水盲管被严重挤压，大大减弱其排水效果，在较大的水压下，加剧了隧道渗漏水现象.隧道渗漏水量较大，而洞口段中央排水沟由于纵向坡率的限值，排出水量很小，增加了衬砌背后的水压，进而导致二衬的渗水.

3 病害治理

隧道渗漏水病害发生后，为了减小隧道后期的施工以及通车后正常运营的负面影响，必须采取有效的治理措施.通过资料查阅和实际情况分析后，提出了对于渗水量小处以堵为主的治理原则，渗水量大处应以排为主和以堵助排为原则.

3.1 点状渗水治理

对于渗水量很小的6处点状渗水处，采用凿洞或凿槽堵漏的方法治理.先用切割机切割出以渗水点为圆心半径为10cm，深为约10cm的圆，然后用电动风镐将圆内混凝土破碎并清除，将凿好的洞用水冲洗干净，填涂堵漏材料，然后用水泥防水砂浆封堵填平，刷浆找平，等防水砂浆达到一定强度后，喷湿修复区域，刷1∶2普通砂浆找平，并涂一层聚氨酯堵漏防水涂膜.对于其中3处相距较近的渗水点，间距为0.3m和0.5m，采取合并治理的方法，凿出一条连通3个渗水点的沟槽，宽和深均约10cm.在治理后的3d内进行喷水养护.

堵漏材料为聚合物水泥基速凝型防水材料，水泥防水砂浆采用聚合物防水砂浆添加剂（改性剂）与水泥砂浆搅拌而成，聚氨酯堵漏防水涂膜为单组份聚氨酯防水涂料，其主要性能分别见表3～5所示.

表3 堵漏材料主要性能指标

表4 聚合物水泥防水砂浆主要性能指标

续表4 聚合物水泥防水砂浆主要性能指标

表5 单组份聚氨酯防水涂料主要性能指标

3.2 线状渗水治理

对于渗水量较大的3处线状渗水缝，采用凿槽引排法治理.先在渗水缝下方钻3个直径约4cm的孔，将隧道结构外侧汇集水排出，然后沿渗水缝两侧各切割出一条缝，将切缝间的混凝土破碎并清除，形成宽约10cm，深约10cm的槽状.用水冲洗干净沟槽，将Ω型弹簧半圆排水管紧贴沟槽底，然后用水泥钉固定排水管，用堵漏材料将排水管压紧固定，最后用防水水泥砂浆封堵填平，刷浆找平，等防水砂浆达到一定强度后，喷湿修复区域，刷1∶2普通砂浆找平.涂一层聚氨酯堵漏防水涂膜，并喷水养护3d.凿槽引排法处理如图6所示.对于渗水量较小且长度较短的2处渗水缝，采用凿槽堵漏的方法治理，具体方法与点状渗水治理的凿槽堵漏相同.

图6 线状渗水处理平面图

3.3 施工缝渗水治理

隧道K56＋933施工缝左右两侧边墙处由于渗水量较大，采用了环向围岩和衬砌注浆与凿槽引排相结合的方法进行重点治理.

对围岩采用环向水泥－水玻璃双液浆（CS浆液）注浆.沿整个施工缝每隔0.5m钻孔，孔深按2m和3 m间隔布设，并埋设Ф42注浆管，沿施工缝用快干型封缝胶刮涂临时封堵渗水缝，先用水试注，水压大于0.1MPa，以检查封堵是否严实并确定注浆量和压力参考.然后按自下而上的顺序依次注浆，压力控制在0.3～0.5MPa内.

隧道衬砌注浆采用水灰比为1∶1的超细水泥浆，埋设Ф42注浆管，间距为0.3m，注浆管长0.3m，压力控制在1.0～1.5MPa，以充填衬砌中细小裂缝.

图7 施工缝渗水处理平面图

在注浆完成2d后，沿施工缝凿槽，并埋设Ω型弹簧半圆排水管，用堵漏材料和水泥砂浆封堵填平，涂抹防水涂料.由于该施工缝距最近横向排水管较远，需要在隧道路面以下开凿槽埋设波纹管，将排水管与波纹管连接，将渗水引入中央排水管.

图8 边墙渗水引入中央排水管

3.4 地表水源引排

为了减少地表水流渗入地下对隧道的影响，采取在隧道上方对已有的排水沟和截水沟进行加强.将原有排水沟向山坡上延长至地表水流地段，并对2条较大水流的溪谷底部用水泥填平堵塞渗水通道.

4 结 论

1）通过对隧道渗漏水实际情况分析，认为当地特殊的地质条件、隧道施工工序和防排水措施是导致其渗漏水的主要原因.

2）根据渗漏水特点分类，对渗水量较小的点状渗水处和部分线状渗水处，采取堵漏的原则，运用凿槽或凿洞堵漏的方法进行治理，对病害处设置了以堵漏材料、防水水泥砂浆和防水涂料的多道防水层；对于渗漏水量较大的线状渗水处，采取了以排为主的原则，用边墙埋设排水管和路面下埋设横向排水波纹管，将渗水引入中央排水管；由于施工缝处渗水严重，渗水量大，为了保证后期施工和今后运营正常，采取堵排结合的方法，在围岩和衬砌中注浆的堵漏方法和凿槽引排的排水方法；由于地表水汇水量较大，采取了延长原有排水沟和截水沟并堵塞地下水通道的方法，以减少地表水渗入地下.

3）在对隧道的渗水治理后5个月内，通过连续观察没有再出现渗水病害现象，表明所使用的治理方法有一定的实际效果，可以为类似隧道渗漏水的治理提供参考.

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