隧道混凝土防水性能研究

段文超

(山西省交通建设工程监理总公司)

1 工程概况

康家楼隧道属于和榆高速中的控制性工程，其工程的左线(山西段)长6 831 m，右线(山西段)长6 769 m，工期是从2011年1月至2013年12月，由中铁12 局承包建设。但是由于当地地质条件恶劣，所以对工程施工造成了巨大的影响，为工程建设带来极大的压力。工程中至今洞内多处涌水，最猛烈的时候就像“暴雨”一般，而权洞涌水量高达17 000 m3/min，主洞月进尺最慢时约50 m 左右。但目前工程的建设任务仅仅完成了三分之一。而康家楼隧道作为和榆告诉公路头号控制性工程，已经安全的通过了告诉公路头号控制性工程，已经安全的通过了F5、F6 大型断层破碎带，这是康家楼隧道施工中成功突破重大风险源的又一重要标志。

2 隧道施工现状

和榆高速公路十标段康家楼隧道中的F5、F6 断层破碎带是中断距最宽的两条短层，在破碎带范围内的围岩地质构造经过强烈的变动，从而导致地质均为强风化泥岩和饱和粉细砂层，泥岩手可捏碎，隧洞中有多处涌水，而泥岩遇水后浸泡后坍塌，自稳能力弱，整体性较差，均为V 级及V 级浅埋围岩，在洞身开挖后，由于初期给支护带来的承载压力过重，因此出现多处开裂变形的情况。顺利稳妥的通过F5、F6 断层破碎带是康家楼隧道施工的重要目标。中国铁件十二局集团三公司和榆项目部主动积极的向工程的监理单位和业主进行施工详情汇报，邀请设计单位和隧道专家到现场进行会诊，拟定专项的施工方案，同时不但改善施工工艺和工法。为了保证主线隧道妥善的施工，从而采用了四步走的办法，将安全质量控制在一定的范围内。(1)对于存在极高风险断层区域，可以采用将TSP 超前地质预报、地质雷达和超前水平钻孔三种相结合的方式，提前获取前方地质信息方便制定施工方案。隧道开挖施工时，为了随时掌握前方围岩稳定情况，因此在每个循环中的不同部位都有隧道掌子面用风钻在进行打地质预报探孔。(2)结合探明地质的情况，可以对前方岩体采用超前棚支护、每循环超前小导管预加固、对岩体进行注双液浆等方法进行加固，释放水压，从而将开挖风险降至最低。(3)严格遵守“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的方针进行施工，加大施工进度的管理，每循环仅进尺一榀拱架，弱爆破或不爆破，削弱对围岩的震动。同时在每个循环中打上超前小导管，在核心土中预留三阶台进行施工。(4)全面清晰、正确的掌握隧道量变的实际情况，隧道初期支护后的断面每天要进行四次测量，不间断测量重点部位，要及时准确的掌握初期支护的收敛情况，如发现数据超限，为防止情况突变可以采用加固支撑和回填注浆等方式制止突变。

3 试验结果及分析

3.1 试验结果

对实验中的配合比编号1～4 中的混凝土试件的试验结果进行线性拟合，可以通过上述的式子计算出混凝土试件的渗透系数和启动压力梯度，同时结合试验测得的孔隙率小。

从实验结果我们可以看到出实验中数据点线性的相关性是非常紧密的，同时由于0.5 左右的水胶比的混凝土的渗透系数(10～18 m2)和启动压力梯度的低渗介质的渗透系数(10～15 m2)相比，明显是前者远远低于后者，因此我们在实验中可以很明显的看出，渗流的曲线不过坐标的原点，存在明显的启动压力梯度。

配合比实验中编号5 的混凝土试件，基本上不能在试验装置中进行科学测量，因为配合比编号5 的水胶比很低，渗透的系数也是极低的。在试验中为得到测量一定水压下渗透随时间变化的数据，可以采用混凝土抗渗仪通过常规的破损测渗透深度的方式等到。

从实验可以得知，低水胶在高水压条件下20 d 的渗透深度只有30 mm 左右，因此我们可以知道抗渗等级评价高强混凝土的防水性是无意义。同时我们还知道，随着时间的流逝，在一定时间后混凝土内的渗透深度基本不会变化。

3.2 试验结果分析

有上文分析得知，对实验中配合比编号1～4 的混凝土渗流曲线可以知道，水在混凝土中的渗流规律不符合一般认为的线性Darcy 定律，而是满足非Darcy 模型。

试验中，水在混凝土中的渗透运行不是一直变化的过程，它不会随着时间的推移不断的变大，而是在某一时间内达到一个“平衡深度”后停止渗透。当渗透达到平衡时式子有即式中的hb 是指渗透平衡深度。

根据上述，就可以更加直白的解释试验中渗透深度基本不随时间变化的现象。同时想要计算出混凝土按照抗渗等级评价时(试件高度150 mm)所需要的最小渗穿水压以及能够达到的抗渗标号可以利用上述的式子进行计算从而得出想要的结果。

4 结束语

综合以上所述，因为混凝提土中存在的启动压力梯度从根本上加强了混凝土的防水性能，因此我们可以得知混凝土出现渗漏现象的主要原因并不是混凝土本身。隧道的渗漏大多数发生在混凝土体积变形从而产生的接缝处，因此不断增加混凝土抗收缩、抗裂性能才是避免出现渗漏现象的重要环节。此外，我们从实验中得出以下几点结果。

(1)混凝提中的水不符合线性Darcy 定律，因为存在很明显的启动压力梯度。

(2)混凝土防水性的好坏直接取决于启动压力梯度，因此对隧道混凝土而言，抗渗等级是非常容易满足的一个指标，因此，抗渗等级不合适评价高强混凝土。

(3)站在隧道防水混凝土角度上看，衡量防水性能的首要指标指的就混凝土的抗收缩以及抗裂性能，而不是所谓的抗渗等级。

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