云南省普通国省道干线公路隧道渗漏水病害调查及成因分析

吴斌

摘 要：渗漏水作为山区隧道结构病害中存在的主要问题，对行车安全具有一定的安全隐患。通过对干线公路隧道进行定期检查，采用现场调查、数理统计等方法探究干线公路隧道渗漏水病害成因。认为导致干线公路隧道渗漏水病害的主要因素有3个方面：自然因素、设计因素、施工因素。研究成果对于开展云南片区隧道病害防治及处治提供基础数据，同时也可为其他地区或全国干线公路隧道渗漏水病害的统计分析提供参考。

关键词：运行隧道；渗水裂缝；渗漏水；病害调查；统计分析

中图分类号：U457 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）27-0164-04

1 概述

隧道作为道路上的重要构筑物，在山区道路上修建隧道缩短线路总长。但是，目前有很多干线公路隧道出现了衬砌开裂和渗漏水等病害，严重威胁着道路的通行安全。

云南地形、地质环境复杂，地震烈度高，断裂带纵横交错，这就导致隧道病害较多[1]。目前，干线公路隧道所面临的病害情况越来越复杂，隧道衬砌开裂、渗漏水等病害也越来越多。截止2015年底，我国大陆已建成公路隧道14006座，总里程12683.9千米，同比净增1602座，1927.2千米，其增长率分别为11.4%、15.2%，隧道里程增长率高于高速公路本身增长率。随着隧道数量增多，运行时间增长，隧道病害逐步显现，运行隧道渗漏水病害成为未来一段时间内研究的一个重点问题。据调查统计，国内建成10年以上的隧道，约80%存在衬砌开裂、渗漏水病害现象[2]。通过对云南省干线公路隧道的定期检查，探究了干线公路隧道渗水裂缝、渗漏水的原因。

2 云南省干线公路隧道渗漏水调查

2.1 云南省干线公路隧道概况

云南省作为一个经济欠发达的高原山区边疆省份，占全省92%的运输依靠公路运输完成，显然云南省的公路交通应该两条腿走路，一方面基础设施要实现跨越式发展，另一方面公路运输保障能力必须得到大幅度的提升，这样才能支持全省经济社会发展，也方便人民群众安全便捷出行。云南省94%的国土面积为山区、半山区，作为一个公路大省，其公路上的隧道结构物占了相当大的比例，截止2012年底，隧道里程数达338356米，共有565处隧道，其中本次隧道检查合计69223.78m。

2.2 检查方式及内容

本次检查采用了隧道智能检测车（新桥牌BDK5070XJC

01）、裂缝测宽仪、照相机、皮尺等设备，对隧道渗水裂缝等病害进行现场调研。检查的主要内容为：渗水裂缝情况：裂缝走向、宽度、所在位置等。

2.3 检查范围

根据隧道的线路分布、建造时间以及维护情况等因素的考虑，选取云南省普通国省道35条干线公路隧道进行了检查。本次所选取的干线公路覆盖了省内滇东、滇中、滇西3个地质分区。此次检查的干线公路位置分布情况如图1所示，典型隧道的渗水裂缝、渗漏水基本信息如表1所示。

此次检查任务重、时间紧，在隧道渗水裂缝调研中主要依靠隧道智能检测车检测，隧道智能检测车通过线性相机对隧道衬砌进行扫描，随后通过软件将扫描图像展开成隧道整体图像，可清晰看到隧道中的每一处病害，隧道智能检测车裂缝识别精度为0.2mm，因此在隧道衬砌裂缝统计时难免有疏漏，但并不影响统计结果的科学性。

3 隧道渗水裂缝检查分析

隧道渗漏水是由于多种因素造成的，隧道衬砌作为重要结构层，在隧道防水时起到了重要作用。隧道渗漏水会使结构潮湿、路面积水湿滑、地面摩擦力降低，影响行车舒适及安全，长期渗漏水会导致衬砌侵蚀破坏，影响隧道结构稳定、安全及耐久性；在寒冷地区，冰锥会威肋人车安全，且反复冻融会造成衬砌开裂破坏等[3]。

3.1 裂缝的几何形态

渗水裂缝是隧道病害的主要方式，降低了隧道结构的安全性和损坏了隧道结构的稳定性，影响隧道的正常通行，甚至危及行人、行车安全。渗水裂缝的特作主要包括裂缝宽度、走向、位置等。裂缝走向根据裂缝与隧道轴向的关系进行分类，有环向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、网状裂缝4类，此次调查结果如图2所示。

图2 隧道衬砌裂缝走向分类统计

由图2可以看出：隧道渗水裂缝中数量最多的是环向裂缝，占所有裂缝总数的63.26%；其次为纵向裂缝，所占比例为28.49%。在检查中发现，环向裂缝一般发生在沉降缝。施工缝的位置，常发生在洞口或不良地质带与完整岩石地层交接处，而纵向裂缝在边墙部位居多。

3.2 渗水裂缝所占比例

隧道裂缝宽度根据规范[4]中关于不同裂缝控制等级所容许的裂缝宽度，根据现场检查及隧道智能检测车的检测情况，将裂缝宽度分为3类：小于等于1.0mm的小裂缝、1.0～3.0mm的中裂缝、大于等于3.0mm的大裂缝，隧道裂缝中有一部分存在渗漏水，其渗水裂缝占裂缝总数的具体情况如图3所示。

由图3可以看出：渗水裂缝主要存在于中裂缝和大裂缝中，据试验资料，当裂缝宽度为0.1～0.2mm时，裂缝虽然不能完全胶合，但可逐渐自封，当裂缝宽度超过自愈范围后，裂缝漏水量和裂缝宽度呈三次方比例。由此可知，并不是所有的裂缝都会产生渗漏水，但隧道渗漏水病害却主要取决于裂缝宽度和汇水通道的形成[5]。其中小裂缝形成的主要原因在于混凝土水灰比不当，养护不周，使水泥石在硬化过程中物理化学收缩引起干缩裂缝；还有施工过程中较大的温差导致了混凝土的收缩裂缝，混凝土的早期抗拉强度较低，因此，如果混凝土的水泥用量、浇筑温度、水泥规格使用不当就会导致混凝土的早期温度过高，随着混凝土温度的下降，裂缝也就随之产生[6]。并不是所有的小裂缝都会形成渗漏水，但在长期作用下由于混凝土徐变，水分子进入混凝土内部腐蚀钢筋，影响隧道的耐久性。

4 隧道滲漏水调查结果及分析

4.1 隧道渗漏水类型endprint

根据隧道衬砌渗水量，将隧道渗漏水类型分为5类：即喷射（渗漏成线呈喷水状态）、挂冰（形成冰锥）、涌流（水直接从衬砌裂缝或施工缝涌出）、滴漏（衬砌漏水成水滴状态，间断下滴，有明显漏水点）、浸渗（衬砌表面呈面状湿润状态）。在此次现场调研中，未发现水直接从衬砌裂缝中喷涌，因此将云南省干线公路隧道渗漏水的类型分为4类：涌流、挂冰、滴漏、浸渗。

隧址区的自然环境决定了地下水是否富集在隧道区域，而隧道开挖后使地下水渗流路径发生改变，集中渗向隧道方向，同时隧道围岩发生应力重分布，压力直接作用于衬砌结构上从而形成裂缝，而裂缝为地下水进入隧道提供了通道，此次统计结果如图5所示。

由图5看出：云南省干线公路隧道渗漏水类型主要以浸渗、滴漏为主，分别占71.1%和26.5%的比例，其渗漏水量相对较小，涌流所占比例仅为2.3%，其渗水量较大，易形成路面积水，道路湿滑，使行车不安全。在云南西北部，冬季气温较低，隧道渗漏水则易形成挂冰，对行车安全造成极大威胁。

4.2 隧道渗漏水部位

隧道渗漏水根据所在的位置将其大致分为拱顶渗漏水、拱肩渗漏水、边墙渗漏水、拱脚渗漏水四类，不同位置隧道渗漏水产生的原因也不相同，其统计结果如图6所示。

由图6看出：隧道渗漏水主要集中在边墙处，占渗漏水总数34.5%，然后是拱肩、拱脚，分别占26.22%和25.95%，拱顶所占比例较低，仅占13.3%。其主要原因在于衬砌防排水失效，混凝土密实度不够，泌水通道发育，且拱肩、边墙、拱脚是裂缝易产生部位，为地下水渗入隧道提供了路径，还有地下水对衬砌混凝土的化学腐蚀[7]。从受力方面分析，拱顶混凝土一般是内侧受压，从而导致开裂、剥落；拱脚裂缝则会形成衬砌错动；拱腰主要是因为混凝土内侧受拉张开；边墙裂缝由于混凝土衬砌内侧受拉张开错动，使隧道失稳。环向裂缝因为纵向受到不均匀荷载，以及沉降缝处理不当、围岩地质变化等因素，往往发生在洞口或不良地质带交接处；斜向裂缝一般由于混凝土衬砌的环向应力和纵向受力组合而成的拉应力造成。

5 隧道渗漏水原因探究

对云南省干线公路隧道渗漏水病害进行检查，并根据云南地区的气象、地形地貌、水文地质条件，隧道的施工工艺等资料，综合分析后，认为导致干线公路隧道渗漏水主要有以下三个因素：

5.1 自然因素

从自然因素方面考虑，隧道地质环境和强降雨是导致隧道渗漏水的直接原因。一方面是地表水通过地下岩溶管道或围岩裂隙渗入地下，并排入暗河，当遇到强降雨时，岩溶管道、围岩裂隙渗漏水能力有限，使得大量雨水无法及时排走，涌向隧道处，使得隧道防排水设施超负荷运转。另一方面是隧道穿越暗河、溶洞及断层区域，在强降雨情况下，暗河流量骤增、溶洞积水和断层大量漏水，从而使得隧道防排水设施超负荷运转，无法及时排除涌入的地下水，导致隧道出现渗漏水[8]。另外在本次检查中，有极少数的裸洞存在，根据试验研究结果表明，裸洞隧道病害是损伤和渗流耦合强度因子在0.5左右产生的，随着隧道围岩裂隙的扩展和损伤程度的加剧，围岩塑性区半径随水压力的增加而迅速增大，导致了渗漏水的产生[9]。

5.2 设计因素

（1）由于隧道勘察设计主要倾向于隧道结构部分，对隧道防排水有所忽视。虽然防水板采用全包形式，并且设计了相应的排水系统，但是对于复杂地质区段，特别是穿越破碎带、溶洞以及软-硬围岩交接段等，未进行全面防排水处理，即没有采用初支背后围岩注浆堵水或未设置泄水孔等措施，从而使隧道出现渗漏水病害[3]。

（2）短隧道防排水设计往往忽视水文地质条件的变化，整个隧道采用同一种防排水措施，可能隧道围岩局部分布有富水层、破碎带等，未进行相应处理。

5.3 施工因素

在山区和半山区，地形多为“鸡爪形”地形，在隧道建设技术中，有不同地质环境下的技术方法。一般来说，自然地质病害在隧道勘察设计阶段，往往采取了相应的工程处治对策，重大地质病害往往也引起各级的高度重视，采取的工程技术对策一般也相对合理有效，可以起到很好的防治作用。但是，在隧道建设过程中，诱发的问题往往不可预见，具有隐蔽性和突发性，因此，往往给隧道建设带来一定的病害隐患。

隧道施工时，随着二次衬砌和喷射混凝土，支护结构承受较大围岩压力导致产生裂缝。目前修建的公路隧道衬砌常为复合式衬砌，在隧道施工过程中，止水条设置预留不合理，在预留缝里布设止水条后被水污染，影响后期止水条的性能，止水条固定不牢固导致浇筑混凝土时脱落或无法保证止水条与衬砌截面垂直。

6 结束语

随着社会经济的不断发展，我国的交通行业得到很大的提升。隧道逐渐成为主要的地下交通形式，为确保隧道通行安全，因此应加强对隧道渗漏水裂缝病害的研究，对其原因进行分析，并提出寻找解决办法。通过对云南省干线公路隧道衬砌裂缝、渗漏水的统计和机理分析，揭示了导致干线公路隧道渗漏水的主要原因，为干线公路隧道维护和病害防治提供重要的资料，并具有一定的现实意义和参考价值。

参考文献：

[1]柏松平.云南复杂地质环境公路地质病害诱发机理及其对策研究[D].云南：昆明理工大学，2008.

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[3]刘 君，张志强，谢蒙均，等.既有高速公路隧道渗漏水病害及整治措施[J].广西大学学报（自然科学版），2015（8）.

[4]GB50010-2010混凝土結构设计规范[S].

[5]邹育麟，何川，周艺，等.重庆高速公路现役营运隧道渗漏水病害统计及成因分析[J].公路交通科技，2013（1）.

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[7]曹玉，彭勇，腾伟福，等.运营铁路隧道渗漏水与衬砌裂损病害分析与整治[J].2003（6）.

[8]傅家鲲.高速公路隧道渗漏水成因及对衬砌结构的影响研究[D].成都：西南交通大学，2009.

[9]李明，陈洪凯，叶四桥.裸洞隧道病害形成耦合机理分析[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2008（4）.

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[11]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

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[14]GB50108-2008地下工程防水技术规范[S].endprint