山岭隧道动态防水探析

张丽霞

(天津泰达建设集团奥亚工程管理有限公司，天津 300450)

0 引言

山岭隧道大都具有一定的埋深，在建造及运营过程中，地应力重新进行分布，导致隧道在各个方向的变形是不均匀的。山岭隧道大多在地下水以下，有些隧道围岩裂隙还有可能与地表水相通，造成季节性水量变化，如果隧道排水不畅，防水材料如有破损就可能导致渗漏，在较大水压下有可能造成较大面积的渗漏水，特别是在运营阶段进行堵水修补将造成很大的经济损失及社会影响，因而这些动态特点客观要求山岭隧道除了做好系统性的综合防排水外，动态防水更能显示其优点。

1 动态防水特点

动态防水是充分调动山岭隧道所有防水工程措施，根据围岩应力、地下水具体分布及压力情况，依靠工程自身的特性及特殊工艺措施，充分利用混凝土的自修复能力和材料自动调节能力做到动态防水，动态防水主要分为材料的动态防水与结构的动态防水，动态防水的特性主要有以下特点:

1)防水的自我修复能力。防水的自我修复能力主要是混凝土的自我修复能力与防水胶条的自我修复能力。混凝土自我修复能力主要指混凝土进一步水化及混凝土中的钙矾石、氢氧化钙、水中杂质的作用，对于微小裂纹进行自愈合。防水胶条主要根据材料的物理性能止水，材料吸水膨胀特性，包括材料与水反应结晶沉淀、吸水生成胶粘体及耐侵蚀性等特性。在安装的偏差范围内能够主动适应安装偏差，达到自动防水特性。

2)适应结构变形的能力。大多数的山岭隧道采用钻爆法施工，加上围岩坍塌及岩爆，造成初期支护面凹凸不平，防水材料铺设后，在二次衬砌灌注混凝土过程中，混凝土会对防水材料造成较大的拉伸力。同时，地下水压力也会对防水材料造成较大的张拉作用力，这都要求防水材料具有较大的适应变形能力，防水材料自身具有足够的抗拉强度来抵抗外在荷载，同时需要防水材料具有较高的延伸性能来适应较大的结构变形。

3)新型材料、新型工艺的不断发展。动态防水是一个新兴的学科及工艺，对于混凝土结构性裂缝可采用埋入修复材料灌胶愈合的方法，主要包括内置液芯胶囊法、多孔纤维网修复法、内掺有机化合物法等方法;另一种方法是电解沉积法。

2 材料的动态防水

材料的动态防水是利用某些物理特性及化学特性来达到防水的目的，主要有利用材料的遇水膨胀特性，材料水化学反应特性，材料较大的延展特性等来达到防水目的。

2.1 利用材料的水化反应特性

结构混凝土或防水材料中某些化学成分能与水在一定条件下进行成分合成，生成体积较大的新物质，沉积或结晶于结构裂缝处，达到堵塞裂缝的目的。较典型的例子是混凝土裂缝附近的CaO与水化合形成Ca(OH)2，Ca(OH)2溶于水，随水顺着裂缝流到洞壁处同空气中的CO2发生化学反应形成体积较大的白色沉淀物CaCO3，随着沉淀物CaCO3不断增多聚集从而堵塞裂缝。自愈的条件是裂缝宽度在0.1 mm～0.2 mm左右，水头压力不大，水头小于15 m～20 m才容易发生，结构渗漏随时间逐渐减缓直至全部自封。当围岩内水压过大，裂缝大于0.3 mm则不会发生自愈合现象。

2.2 利用材料的遇水膨胀特性

材料吸水膨胀特性是指材料含有吸水性物质，吸水后体积增大，从而挤压裂隙，填补裂缝的空间，堵塞渗水的通道，从而达到止水目的。最常用的是遇水膨胀橡胶，在山岭隧道施工缝中被大量使用。另一种有效而经济的止水材料是利用天然的膨润土合成的防水板，膨润土被水浸湿后形成泥浆，自动寻觅裂缝，从而使衬砌混凝土裂缝得到复合，达到止水目的，这是因为膨润土颗粒与水结合，体积迅速增大到原体积的10倍～15倍，并形成一层凝胶状不透水层。由于隧道在运营过程或地震等作用而造成的膨润土板移动或断裂，在裂缝处的膨润土也会很快形成防水凝胶层，达到永久自愈的防水效果。

图1为防水层中膨胀材料自封结构裂缝示意图。

图1 膨润土板裂缝自闭示意图

2.3 利用微细材料渗透特性

微细材料的渗透特征的应用是在山岭隧道常年渗水量过大的衬砌地段，将衬砌混凝土加入特殊有机化合物并充分拌合，形成“生物水泥”。其中有机化合物按要求可以形成盐度比普通地下水高的溶液，该溶液可以渗透到混凝土中，此种过程既可以逆水压也可顺水压进行。另一种有机化合物通常是不加固化剂的环氧树脂类物质，在碱性环境下环氧树脂缓慢硬化，形成自封闭的微胶囊，一旦有裂缝出现，微胶囊便破裂并充满裂缝与水泥中成分进行水化反应，形成不溶于水的物质，从而使裂缝进行自动修复，达到防水的目的。

3 结构工艺动态防水

结构工艺动态防水是山岭隧道动态防水的基础，主要是采取结构性防水设计达到隧道防水。结构性的防水是基础，是通过系统性的防水设计及严格控制施工质量来达到防水的目的。

3.1 结构防排水施工

隧道结构防排水是关系到工程质量、运营安全的重要因素。隧道设计及施工时，针对不同隧道、不同的围岩类型、不同的地下水状态要采取不同的设计及施工方法，下面以秦岭终南山公路隧道设计及施工中采取的下列有效技术措施来进行说明:1)开挖采用光面爆破技术，使开挖面圆顺。喷混凝土，打锚杆，对开挖岩面水流进行有效处理，具体做法:大股水流用插管引导;较弱裂隙水用塑料网格平无纺布引导;大面积严重渗水用防水砂浆抹平，将渗水集中，然后开槽引排。2)湿喷混凝土确保喷层设计厚度。富水段及断层带的软弱围岩地段，采用小导管进行预注浆。边墙设φ100弹簧半圆排水管盲沟，间距5 m布置一环，并在隧道喷混凝土与模筑衬砌之间设复合式防水板。3)弱富水段、贫水段，边墙设φ100弹簧半圆排水管盲沟，间距10 m，初期支护和二次衬砌设EVA防水板和无纺布。4)EVA防水板的性质、性能、规格应符合设计要求。软式透水盲管固定在洞壁上，并与下部与仰拱泄水孔相接的PVC管接好，保证畅通。环式铺设无纺布加复合式防水板，两环防水板的搭接宽度应大于10 cm，搭接处用电动压膜机焊接，焊缝宽不小于2 cm，焊缝要求无漏焊、假焊、烤焦等现象。固定防水板的铆钉外用直径4 cm圆形塑料板电烙封堵，钉与钉间塑料板有一松紧量，做到防水板面与混凝土面密贴。5)隧道墙脚纵向设φ100的弹簧半圆排水管盲沟，与脚墙盲沟相通，墙脚泄水孔三通连接。6)对衬砌环接缝认真处理。在衬砌台车设计时，设计出定型挡头板，制作安装严密，确保接缝无漏浆，无杂物，同时在施工接缝处设置橡胶止水带。7)防水板铺设。防水板、土工布锚固细部构造见图2。8)防水板之间粘结结合部位采用真空加压检测，在0.2 MPa压力作用下5 min后不得小于0.16 MPa。防水板真空加压检测见图3。

图2 防水板、土工布锚固细部构造

3.2 加强防水薄弱地段的防水

山岭隧道二次衬砌的“三缝”即施工缝、伸缩缝、沉降缝是防水薄弱地带，山岭隧道大多数漏水是发生在这“三缝”地带。在设计及施工中要充分重视此区域，一般做法是在此区域适当加密软式透水盲管，并设置遇水膨胀型防水材料，通过排水盲管及排水管道将隧道周边的地下水顺畅排至排水沟，再加上遇水膨胀防水材料自我膨胀挤密裂隙，达到止水目的。

图3 防水板真空加压检测图

3.3 充分重视排水

山岭隧道发生渗漏水主要是因为防水材料后面有水，特别是水压过大更容易发生渗漏。因此山岭隧道防排水要以排为主，防排结合的综合防水为目的。针对不同的渗水量及不同的围岩类别设计不同管径及密度的排水管道，保证排水顺畅，特别在断层带软弱地层处更应加大排水力度，这是因为断层处多数与地表水相连，在雨季隧道承受较大水压，极易发生渗漏水工程事故。

4 结语

山岭隧道动态防水要遵循以排水为主，防、排结合的系统性防水，使防水材料与结构工艺密切结合，共同达到主动性、动态性防水。同时通过新型材料的开发与利用、新的防水理念的应用来达到动态防水的目的。具体施作要注意以下几点:

1)山岭隧道防排水是一项系统工程，从规划、设计、施工到材料的选用，每一个环节都要严格控制。好的防水理念要通过规划、设计来具体体现，要通过选用新型材料、施工过程严格控制施工质量来实现。结构工艺防水是基础，没有好的结构或者结构出现问题，动态防水也就无从谈起。

2)严格控制初期支护及衬砌施工工程质量，控制结构产生较大的变形。动态防水的基础是在结构发生微小变形产生细小裂缝下才产生作用。因此，要严格控制初期支护以及衬砌施工质量，并且加强运营期间的管理，才能更好地发挥结构与材料的动态防水效果。

3)正确使用膨胀型防水材料，减少材料膨胀空间。膨胀型材料在施工过程中严格进行防潮，严禁与水接触。在施工过程中，要严格控制防水材料粘贴时间与质量，减少施工偏差，在膨胀性材料膨胀约束范围内发挥止水作用。

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［3］吕康成，崔凌秋.隧道防排水工程指南［M］.北京：人民交通出版社，2004.

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