隧道内水泥混凝土路面渗漏水成因及病害处治

陈俊廷，仇玉良，李祖仲

(1.广西合浦县公路管理所，广西 合浦 536100；2.广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530021；3.中非国际建设工程有限公司，陕西 西安 710075；4.长安大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710061)

0 引言

随着我国公路建设的迅猛发展，公路隧道里程不断增加。公路隧道常穿越复杂地质岩层，尤其是富水地质和软质岩层给隧道防排水的设计、施工及后期养护带来了极大挑战。随着隧道常年运营，衬砌渗水和路面渗水病害尤为突出。通过现场勘测及调查研究，发现部分隧道内路面不同程度地存在渗漏水现象，对路面结构耐久性造成不良影响，同时威胁行车安全，给隧道运营带来隐患。路面渗水原因复杂多变，本文经深入分析其渗水成因，提出针对性强的处治方法，为工程技术人员解决此类问题提供参考，对隧道病害处治具有一定的参考意义。

1 项目地质、水文条件

该隧道穿越区域围岩裂隙发育、断层多，高压富水范围广，汇水面积约4 km2。从山体表观看围岩主要包含砂砾和黏土、角砾，成分极不均匀，裂隙密集发育。隧址区不仅风化花岗岩岩体破碎，裂隙发育，且裂隙将围岩切割至碎化。同时，隧址区属中亚热带季风湿润气候，雨量充沛，降雨集中，为突水涌泥提供了水源补给条件。这些条件都不利于隧道路面的渗水控制，从而使该隧道内部局部水泥混凝土路面不同程度出现渗水病害。

2 隧道路面结构与防排水体系

2.1 路面结构

隧道路面结构及其材料组成，对路面的渗水部位及病害程度具有较大影响。该隧道路面为水泥混凝土路面，路面结构与排水系统见图1，路面结构不同，涌渗水成因也有差异。

隧道中的水泥混凝土路面渗水主要出现在路面横向伸缩缝、纵向施工缝与部分裂缝处。

图1 该隧道路面结构与排水系统示意图(mm)

首先，水泥混凝土路面为多孔板块物质，混凝土内部存在少量大小不等的孔隙，地下水在压力作用下极有可能沿着这些孔洞不断发育形成渗水点，即使将这些渗水点进行封堵，但是地下水压力因为无处消散也会在水泥混凝土路面的其他范围产生新的渗水点；其次，随着水泥混凝土路面服役时间的延长，混凝土板块易在伸缩缝处断裂，使得纵向产生微小缝隙，地下水沿着缝隙上升，在行车荷载不断作用下，渗水加大，混凝土一旦出现贯穿裂缝时，便会发生严重的涌渗水现象；另外，在水泥混凝土路面材料设计时，混凝土的配合比设计未充分考虑到渗水病害，并且混凝土抗渗等级较高，冬季时渗水冻融，使混凝土冻胀开裂，缝隙增多，导致涌渗水严重。

2.2 路面防排水体系

结合路面不同渗水部位，发现隧道内部原有的防排水系统不够通畅，分析其主要原因如下：

(1)路面结构未设置防水功能层或防水功能层失效，造成地下水直接上渗至面层；

(2)路面防排水处理材料选用不当，防排水施工质量控制不佳；

(3)路面变形缝与裂缝封堵后，由于受力等长时间作用使裂缝发生变化，导致原化学浆体不能长时间防水；

(4)电缆沟若与纵向排水沟相通遇堵时，电缆沟的积水只能从沉沙井溢出路面，致使路面渗流；

(5)路面纵向施工缝渗水主要由隧道内两侧排水系统不畅引起，水从水泥混凝土路面侧面最为薄弱的地方涌出，造成路面渗水；

(6)隧道仰拱填充内横向排水管破损，导致混凝土路面下方存在水压力，在行车荷载的作用下，地下水会沿着路面裂缝或横向伸缩缝缝隙渗水；

(7)由于杂物或者水中形成的钙化物沉淀引起排水系统的堵塞，从而导致积水无法及时排出或排水不畅，造成路面渗水。

隧道防排水体系施工工序较为复杂，任何一道工序的疏忽都可能引起隧道内发生渗漏水。

3 路面施工状况

许多隧道在施工过程中，由于各种原因会导致施工质量控制不佳，主要有以下六方面表现：

(1)衬砌渗水防治不彻底，洞室排水不畅，路面施工工作面积水严重，导致路面防水层难以施工；

(2)隧道仰拱填充混凝土不密实，使得其空间脱空，大量积水；

(3)水泥混凝土路面摊铺过程中，大粒径集料随摊铺机滚动向两边分离，引起混凝土集料产生离析，造成局部空隙率过大，靠近路沿的路面易出现渗水；

(4)水泥混凝土路面铺筑过程中振捣不均匀，出现部分漏振、振捣时间不足等现象，致使混凝土结构局部不密实；

(5)混凝土路面接缝密封材料选用不当或失效，接缝处常出现渗水病害；

(6)未按规定的时间和养护方式对混凝土路面进行养护，致使混凝土路面过早出现裂缝。

4 隧道路面渗涌水综合评定

隧道水泥混凝土路面渗水情况较为复杂，应对路面渗水量进行综合评定，即对涌渗水量的预测与判断，这有助于采取相应的处治材料与工艺措施来解决渗水问题。本文将路面的渗水病害分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，其中Ⅰ级表示路面渗水较轻，Ⅱ为较重，Ⅲ为严重(详见表1)。工程上评定路面渗水的常用方法为经验法，即目测法。在病害发生后，维修人员观察渗水情况，若路面仅有少量浸湿而无积水，则渗水不严重；路面有轻微积水，则渗水较重；若路面浸水，说明渗水严重。由于人为观察会产生偏差，因而此方案具有一定局限性。

表1 道面涌渗水综合评定表

当路面积水达到一定高度时，可考虑采用仪器测量积水的厚度，积水厚度越大，表明渗水病害越严重；或者对不同渗水部位水流的流淌面积大小进行测定，确定渗水面积后再评定渗水等级。还可以将积水的深度与流水面积结合起来综合考虑渗涌水病害的严重程度。

勘察结果表明该隧道路面的渗水点主要集中在纵向施工缝与横向伸缩缝位置，路面出现的其他裂缝处也会使得地下水沿其裂隙上升，长此以往造成水损害。另外，路面不同部位裂缝缝隙大小不一，其涌渗水量也不一致。因此，在一定条件下可以寻找并建立混凝土路面裂缝数量以及裂缝宽度和长度与渗涌水量的关系模型，通过裂缝来预测评定涌渗水病害产生的程度，具有长期研究的可行性。另外，路面渗水病害的形成受地下水、降雨期与降水量等因素共同影响，因此评定路面的渗水情况时应根据隧道当地一年时间内不同季节与降水量来区别判断。

5 隧道路面渗漏水处治

5.1 路面内部排水引流结构设计

隧道渗漏水产生的病害，一般应根据围岩的地质条件和水文地质条件进行综合分析判断，采取以排水为主，截、堵、排综合治理的原则进行处治。隧道水泥混凝土路面的渗水主要出现在路面横向伸缩缝、纵向施工缝和部分裂缝处。

由于路面缝隙较多，不能只采用单排水或单封堵方法对其涌渗水病害进行处治，否则会由于较大的工程量造成人力、物力的浪费，并遗留一定的质量隐患。本文采取以排水为主、封堵为辅的方式解决路面渗水问题。

设计隧道路面的排水引流结构，排水结构制作工序为：

(1)对路面渗水病害处进行现场调查，通过观察缝隙的数量以及宽度，计算涌渗水的水流面积，评定不同部位的渗水病害等级；

(2)刻槽：根据涌渗水量，在产生涌渗水的伸缩缝上凿刻约深15 cm、宽10 cm的凹槽，将凹槽彻底清洗干净；

(3)安装槽钢：采用5 cm宽的槽钢，预埋安装于凹槽内并确保槽钢压在渗水缝之上，可将大量涌水从此处排出到较低的盲沟。

5.2 填缝处治材料选取

为处治水泥混凝土路面的涌渗水病害，填缝材料的选用与质量直接影响处治效果。针对该隧道路面渗水的情况，建议选取的封堵材料主要有高聚物砂浆、早强型水泥基灌浆料等。

高聚物砂浆：高聚物砂浆是一种快速堵漏止水的水泥混合物，具有速凝、早强、抗渗、微膨胀、无毒无害及不含氯化物、阻烯燃等特点。本文使用的聚合物砂浆为速凝堵漏剂，其主要作用是可瞬间将涌渗水隔绝。

早强型水泥基灌浆料：其特性为流动性较好，在路面恢复中可充分密实且强度上升较快，可迅速达到通车要求的强度，但在使用过程中发现其泌水性较差。

5.3 填缝封堵处治工艺

通过排水引流结构将水害严重部位的涌水排出后，出水微弱段及其他水害段均采用填缝材料注浆封堵，并将水挤压至刻槽段落排出。填缝处治工艺如下：

(1)封堵：用土工布填充槽钢两边空隙部位，再用高聚物砂浆覆盖于土工布之上；

(2)填充整平：待高聚物砂浆堵漏剂表面干燥后，用早强型水泥基灌浆料填充并压实抹平凹槽，加强表面抗渗能力，恢复路面原状；

(3)养护：根据处治材料性能进行相应养护，确保一定时间内无裂缝产生。

6 处治后效果观测

隧道内水泥混凝土路面渗漏水不同于其他部位，因此本文对严重出水段进行刻槽引排；微出水段注浆封堵。用这种堵排结合、以排为主的方式处理该隧道水泥混凝土路面的渗漏水，基本可达到预期目的。该隧道内的原有路面渗水部位都不再出现渗漏水现象，表明所选用处治材料及工艺合理有效。

尽管处治后效果良好，但隧道路面内部排水抑水是一项长期工程，岩体、衬砌内部渗流场非常复杂，广度和深度很大，对路面渗流病害处治提出了新要求。因此后期仍需不断关注检测，进一步改进渗漏水病害处治方案。

7 结语

(1)从该隧道所处地理水文环境方面，分析其路面渗水的自然因素。从隧道路面结构形式、路面原有排水系统以及路面施工质量等三个方面深入分析路面渗漏水病害的主要成因，对隧道渗漏水病害处治具有重要的参考价值。

(2)隧道路面渗漏水并不是受单一因素影响而产生的，只有对前期隧道水文调研、路面防排水结构设计、施工及养护过程进行综合考虑，严格控制每道工序和选材，才能有效地减少隧道路面渗漏水病害。

(3)在分析渗漏水病害成因、确定渗漏部位及等级的基础上，设计路面内部排水引流结构，操作简单，所选填缝材料抑水效果明显，可以为富水山体的公路隧道水泥路面渗水处治提供参考。