真武山隧道渗漏水处治

2019-12-09王璐石王道良

筑路机械与施工机械化 2019年11期

王璐石，王道良，刘罡，王昆

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067； 2.公路隧道建设技术国家工程实验室，重庆 400067)

0 引言

近年来，随着公路交通事业的飞速发展，中国公路运营里程大幅增长。截至2017年底，中国公路运营里程已达477.35万km，其中全国运营及在建公路隧道共计16 229座，合计15 285.1 km。随着国家公路网的进一步完善，中国的公路行业将由“建设时代”进入“管养时代”。

随着公路隧道数量与里程的持续增加，隧道所处的环境，尤其是地下水环境日益复杂，导致目前公路隧道的运营情况不容乐观。根据调查统计，渗漏水病害是已运营隧道的主要病害之一，它将极大地影响隧道内机电设备的正常使用和寿命，同时会造成隧道衬砌开裂或掉块，威胁隧道内行车安全，还将缩短公路隧道的维护周期和使用寿命。

重庆地处四川盆地丘陵山区，以中低山及丘陵地貌为主，喀斯特地貌分布广泛，地下水发育。邹育麟等[1]选取了重庆地区15座渗漏病害比较严重的隧道进行归纳统计分析，对其渗漏水病害特征、致灾机制以进行探讨，提出了“排为主,堵为辅”的处治措施。刘赟君等[2]针对某高速公路6座隧道的季节性渗漏水病害，通过实地调查、病害监控，并结合病害成因分析、病害判定分级和病害整治研究，分析各类渗漏水的危害性，提出不同时期渗漏水病害状况和相应的病害整治措施。同时，杨甲奇、常修身等多位国内学者对运营隧道渗漏水病害均提出了相应的处治措施[3-20]。虽然上述文献中针对运营隧道渗漏水病害均提出了各自的处治措施，但是大同小异，尤其是衬砌施工缝处涌水的处治均采用凿槽埋管的方式。该方式的主要缺点在于开槽面积小，过水量较小，当衬砌背后涌水量较大时，易将埋置的半剖管冲出，不能及时排出衬砌背后的地下水，还可能影响行车安全；同时，由于凿槽埋管引排的开凿截面小，施工极不方便，很难达到设计要求的效果。

为此，本文结合真武山隧道大量涌水的实际情况，创新性地将接水盒引入运营隧道渗漏水处治，有效地解决了传统凿槽埋管引排存在的问题，对解决运营隧道渗漏水处治有重要的现实意义和参考价值。

1 工程概况

重庆市内环快速路真武山隧道位于重庆市东南部南岸区境内。该隧道在渝黔高速起点，连接内环高架与绕城高速二环线，是重庆内环高速重点控制工程，自1998年开工建设，于2001年12月31日建成通车。隧道横穿真武山(图1)，沿线有南山风景区、老龙洞岩溶风景区，穿过岩溶槽谷段、部队训练场、鱼塘、采石场、小厂矿、煤矿及居民区等。

图1 真武山隧道的地理位置

隧道横穿真武山西面的炮台山、东面的狮石梁及两峰夹持的高位岩溶槽谷，并在槽谷地带有110 m地段采用路堑形式，形成所谓的天窗段，把隧道分为真武山1号隧道和真武山2号隧道。1号隧道左线长927 m，右线长941 m；2号隧道左线长2 036 m，右线长1 993 m。

2 隧道工程地质条件

2.1 地形与地貌

真武山隧道地区属四川盆地东南部边缘地带的剥蚀型中低山地貌，隧道穿越的真武山山体由南温泉背斜隆起而成。真武山走向与背斜构造走向一致，背斜两翼地层构成真武山，即西侧炮台山和东侧石狮梁山的两峰地形夹一槽的山体，西坡较陡，东坡较缓。两峰夹持的岩溶槽谷走向与背斜构造纵向一致，呈北高南低状态，倾斜于长江直流南泉花溪河。槽谷底部岩溶作用强烈，落水洞、漏斗喀斯特现象发育。

2.2 工程地质特征

工程地质条件不良的Ⅱ、Ⅲ类围岩总长2 928 m，占隧道总长的50.3%。岩体结构完整，自承能力及稳定性较差，主要受岩性组合、岩石强度、岩溶作用、地质作用、风化作用、地下水作用及隧道浅埋等多种因素的影响。

2.3 水文地质条件

真武山隧道地区的地下水类型分为松散堆积层孔隙水、基岩风化裂隙水、碎屑岩孔隙裂水和碳酸盐岩裂隙冻融洞水，水质较好，矿化度低，对钢筋混凝土无结晶分解侵蚀作用。

真武山隧道地区的地表水系由长江及其支流花溪河构成。长江枯季水位165 m左右，百年一遇的特大洪水水位191 m；花溪河常年水位250 m左右。真武山是花溪河与长江的分水岭，隧道地区的岩溶槽谷与长江的分水岭位于黄桷垭以北约1.5 km的春天岭，最大高程为682 m。真武山地区4/5的地表水以花溪河为排泄通道。由于真武山地区东西两峰之间的地块为高位岩溶槽谷，喀斯特地形发育，造成地表径流断缺，地下水位仅在局部地段经地下暗河出口露出地表，并形成短暂溪流，但很快又进入地下形成暗流，如仙女洞、老龙洞、石板堰至龙卷洞地段的水流时隐时现。

3 现场情况调查及检测结果

3.1 现场调查

随着隧道运营时间的增长，隧道内渗涌水病害越来越严重。以下为调查与收集的近年来暴雨期的隧道内水害情况。

(1)中心排水沟井盖及电缆沟涌水如图2、3所示。暴雨造成真武山2号隧道YK16+000右侧电缆沟涌水，涌水将电缆沟盖板冲开，并夹杂泥砂及塑料袋等垃圾，沿电缆沟、边沟及路面排出真武山2号隧道出口外。

图2 中心水沟检查井涌水

图3 电缆沟涌水

(2)衬砌破损处及施工缝等防水薄弱部位出现漏水，如图4、5所示。

图4 施工缝、变形缝喷水

图5 变形缝渗漏黄泥水

3.2 隧道检测结果

根据检测报告，真武山隧道拱墙部位的水害主要统计结果为：1号隧道左右洞出现不同程度的渗水79处，外观可见渗水白渍，但多数检测未见浸渗，为季节性渗水导致，渗水部位多出现在拱顶、拱腰裂缝部位；2号隧道左洞出现不同程度的渗水59处，右洞出现80处，大部分只见白渍，为季节性渗水导致，渗水部位多出现在拱顶、拱腰裂缝部位。

4 隧道病害原因分析

隧址区域属典型的构造剥蚀和侵蚀溶蚀地貌，隧道横穿岩溶槽谷，槽谷走向与背斜构造一致，槽谷底部岩溶作用强烈，落水洞、漏斗、溶洞、暗河等岩溶现象十分发育，出现地表径流断缺现象，地下水仅在局部地段经地下暗河出口出露于地表，很快又进入地下形成暗河；在K15+200～K15+400槽谷段，存在3条暗河。暗河在老龙洞口出露地面，老龙洞洪水季节水流量为109 441 m3·d-1，平水季节水流量为12 732 m3·d-1，枯水季节水流量为1 040 m3·d-1，季节性差异大。隧道在天窗段上斜跨一条大型地下暗河通道，跨暗河处采用桥板通过，保持暗河原有水流通道畅通。

通过对真武山隧道运营时水害产生过程的调查及现场踏勘，认为隧道的水害主要由以下几方面的原因引起。

(1)暴雨时大量地表水及浅层地下水汇入隧道口或隧道内。真武山1号、2号隧道之间的路堑段及2号隧道进口段为炮台山与狮石梁岩溶槽谷低洼地带，导致周边的地表、地下水都朝此地汇流。由于此区域为灰岩溶蚀区，构造裂隙、溶洞、溶蚀通道、地下暗河极其发育，隧道顶部居民区地表降水、生活废水被排入落水洞或直接渗入地下，存于溶洞、地下裂隙构成的地下水通道，暴雨期间地表水大量汇集，水压增加，并于2条隧道之间及洞门等位置涌出。

(2)真武山1号、2号隧道天窗段地域广阔，地形低洼，洞口边仰坡设截水沟、排水通道，但其影响范围有限，或功能发挥不够完全，排水能力差，周围地表水易汇聚于2条隧道之间的较狭小区域。

(3)中心排水沟排水能力差，污泥、垃圾等引起中心排水沟堵塞，导致水从中心排水沟井盖或电缆沟位置涌出。

(4)真武山1号、2号隧道之间有一条地下暗河斜穿通过，原暗河断面较大，隧道修建后侵占一部分暗河断面。隧道修建时还可能向暗河内倾卸洞碴等，削弱了地下暗河的排泄能力，造成瓶颈段上游水压加大，使大量暗河水涌入隧道内，同时亦会引起隧道围岩中构造裂隙、溶洞、溶蚀通道等的水压力增大，加剧隧道防水薄弱部位的渗漏水现象。

(5)隧道部分衬砌施工缝、变形缝及裂缝存在渗漏水现象，暴雨后加剧。隧道周围裂隙水中的钙物质及大量泥土等造成了排水系统的堵塞；防水板及止水带的老化失效以及防排水设施的施工质量问题等，造成了隧道衬砌存在破损或施工缝等防水薄弱部位出现漏水。

(6)隧道已有排水系统易堵塞，排水不畅。调查发现，隧道两侧边沟内存在垃圾、杂物等，暴雨时隧道内中心水沟内水流通过检查井倒灌入隧道(可能是下游中心水沟堵塞严重)，在暴雨季节应加强隧道防排水系统的维护工作，保持排水的畅通。

通过对暴雨时隧道现场水害的调查，将其产生的原因归结为以下几点。

(1)1号、2号隧道两侧山体为隔水岩层，中部低洼地带为岩溶槽谷，导致周边的地表地下水流、浅层地下水流向隧道内汇集。

(2)隧道衬砌的部分施工缝、变形缝之间的防水构造失效、裂缝的逐步发育和防水材料的逐步老化，加剧了漏水现象。

(3)岩溶、裂隙发育，在极端暴雨下，大量地下水从路面薄弱部位涌出，在槽谷灰岩无仰拱地段尤为严重。

(4)隧道已有排水系统的排水能力有限，且缺乏维护，加剧了水害的实际影响，出现流水占据车道的现象。

5 隧道病害处治设计

5.1 总体设计思路

考虑到隧道运营多年，衬砌裂缝逐步发育，受汽车尾气等因素的影响，混凝土逐渐劣化、强度下降，结构的可靠度、安全度亦受到较大影响，本次针对水害进行处治的原则是：以排为主，以堵为辅，尽量不削弱现有的衬砌结构，不增加二次衬砌结构的附加压力。处理后可解决隧道衬砌在中等暴雨条件下的渗漏水问题。

根据以上原因分析，本隧道的水害处治方案主要从减缓洞口地表水及浅层地下水对隧道的影响、加强隧道拱墙部位的防水排水、增强隧道底部排水等方面进行综合处治，才能达到最佳的效果。隧道顶部大部分地块将用于城市化建设，届时地表将被硬化，形成城镇排放管网系统等，有效地减缓洞口地表水及浅层地下水对隧道的影响。

5.2 缝渗型渗漏水封堵

隧道内不利于引排的纵向裂缝、斜向裂缝、水流分散的网状裂缝渗漏水处及渗漏水量较小的个别出水点，在设有局部引排措施的条件下，采用凿槽封堵进行处治：在原二次衬砌表面，沿渗漏水裂缝开凿倒梯形沟槽，用高压水冲洗干净后涂刷界面胶，再用水泥基渗透结晶型堵漏剂封堵，并在外表面涂刷防渗的水泥基渗透结晶型浓缩剂，如图6所示。