光明隧道衬砌渗水和裂纹缝病害的原因分析及治理措施

王虎标

（中交一公局第四工程有限公司，南宁530000）

1 引言

六威高速公路光明隧道由中交一公局第四工程有限公司承建，位于贵州省毕节市威宁县庐山镇光明标村境内，为曲线形特长隧道，左线起讫里程为ZK70+238～ZK74+010，长3772m，最大埋深约178m；右线起讫里程为YK70+235～YK74+035，长3800m，最大埋深约150m；隧道进口采用端墙式洞门结构，出口采用削竹式洞门。在建设过程中，由于特殊的地理位置及复杂的地质条件，仍然出现衬砌表面伴有渗水、裂缝等病害出现；光明隧道在施工过程中采取边施工边治理的措施解决了隧道渗水、外观等质量问题，也降低了隧道施工中的安全风险，满足隧道施工整体进度要求。针对光明隧道施工中出现的以上问题做如下分析。

2 隧道渗漏水及裂纹缝病害的危害性简述

隧道渗漏水、裂纹缝病害的危害性衬砌裂缝在隧道使用过程中是比较普遍的问题。公路出现了衬砌裂缝的问题，如果不能及时进行处理，就会对隧道的其他部分造成影响，有时还可能出现渗漏水的问题。如果衬砌裂缝情况严重，就会对公路隧道的承受力造成严重的威胁，使得公路隧道丧失平衡性，容易造成坍塌。根据施工现场实际统计分析，隧道衬砌裂缝主要有以下4 种情况：（1）竖向裂缝，也就是在隧道中出现了垂直性的轴线裂缝，这种沉降缝、施工缝在不同部位融合处比较常见。比如，每个板模筑的混凝土中间位置就是出现竖向裂缝的高发地带，经常是从边墙开始出现裂缝，然后蔓延到拱腰处。（2）纵向裂缝，在隧道拱顶和拱腰附近比较常见，其数量要远远少于竖向裂缝，但如果不对其进行有效的处理，就会造成隧道的隧道衬砌断裂，严重的还会出现塌方。（3）斜向裂缝，在边墙和隧道拱腰位置比较常见。（4）组合裂缝，也就是上面3 种裂缝融合形成的裂缝，其形状为X 形或者Y 形，如果裂缝数量较多，就会出现网裂的问题。

2 隧道渗漏水及裂纹缝病害产生的原因分析

1）外界环境和温度的变化对隧道衬砌造成的影响主要集中在3个方面：分别是环境湿度、环境温度以及混凝土内水泥水化热。如果环境温度下降迅速，相应的因为温度造成的收缩变形也会增加，断裂的问题也就更容易产生。洞口段的隧道衬砌也会受到严重的影响，裂缝问题也最容易出现。在冬季，温度较低，混凝土冷收缩达到最大，而且因为一些客观因素的影响，中长隧道以及短隧道洞口出现衬砌开裂的情况也比较多。而且，如果所处的环境湿度比较小的话，隧道衬砌的混凝土收缩变形也会随之增加，出现相应的裂缝。现在对大流动性泵送混凝土的运用比较频繁，相应的混凝土等级强度也在提升，所以混凝土水泥的使用量也在增加，水化热的情况得到好转，散热问题开始出现。

2）受力层面主要表现为以下几个方面：（1）光面爆破不彻底，部分问题处理不到位，衬砌厚度不一致，使得局部断面的压力加大；（2）隧道偏压，受力不平衡，部分出现开裂的状况【1】；（3）混凝土不符合强度要求，随意去除模板和支撑，使得衬砌混凝土受力较早，出现衬砌开裂；（4）隧道仰拱地基以及拱圈在沉降方面不平衡，还有当地围岩与设计围岩种类不对称，使得衬砌断面与受力不相吻合；（5）上拱超挖，围岩与灌注衬砌混凝土密封不到位，如果上部岩石出现坍塌情况，就会使得上拱衬砌混凝土出现问题。

3）特殊地质原因。经现场踏勘并结合光明隧道设计文件及地质工程勘察报告，认为施工图设计详勘阶段的水文地质勘察成果与实际情况明显不符。附近煤系地层隔水边界，大量地下水富集。光明隧道岩溶等不良地质十分发育，隧道洞身周边的溶洞等不良地质较为发育，周边存在岩溶贯通通道，地表水及岩溶水集中渗透到隧道周围，导致隧道周围水压明显增大，从而出现隧道衬砌渗水、漏水情况。

4）施工原因。隧道施工原因主要体现在以下几个方面：（1）隧道拱部产生裂缝，特别是在施工的过程中出现裂缝，主要是因为使用了先拱后墙的施工方式；（2）施工过程中对支护处理不到位，或是没有支护，如果围岩出现问题，就会出现裂缝；（3）拱部衬砌后面出现了围岩不密实或回填不密实的情况，因为衬砌与围岩之间有一定的空隙，而且泥岩在自然环境中容易出现风化，从而使得围岩开始晃动，同时拱部应力也会不断增加，有时还会出现吊顶的问题。

4 隧道渗漏水及裂纹缝病害的治理方案

4.1 衬砌裂缝预防方案

衬砌裂缝出现渗漏水危害时，主要是采用事后修补、强化的模式【2】。虽然这种方式能够起到有效的治理效果，但会对隧道的外形状态和运行情况造成影响。所以，为了更好地处理砌裂缝问题，就需要进行相应的预防，并设计和施工的过程中强化预防效果。比如，对衬砌结构设计以及隧道开挖的施工管理进行强化，提升技术能力，减少后面出现隧道衬砌裂缝的问题。在隧道施工的过程中，还要不断提升施工质量，加强相应的施工管理，有效地提升隧道的运行质量，这也是解决隧道衬砌裂缝以及渗漏水病害的主要方式之一。

4.2 衬砌裂缝修复技术

如果隧道工程已经出现衬砌裂缝问题，就需要采取科学合理的修复方式进行处理。根据衬砌裂缝的种类，选择相适应的解决方式。如果裂缝过于严重，就需要使用衬砌拆换或者局部拆换的方式进行处理。实际上衬砌裂缝修复方式比较多，例如，套拱加固、钢带加固、锚杆加固等【3】。如果隧道衬砌受损严重，并且出现了剥落，就需要使用套拱加固的方式进行处理。主要是因为套拱加固的方式能够有效地提升隧道的承受力和耐力，这也是目前比较有效的一种加固方式。如果隧道部分出现了裂缝，而且范围比较大时，就需要使用衬砌拆换的方式来进行处理。

4.3 强化隧道工程的修护力度和维修强度

公路隧道工程正式运营时出现严重的衬砌裂缝问题，都是因为初期没有使用科学合理的方式进行维护，所以在平时的运营过程中，有关部门需要强化对于隧道的维修力度，定时进行检查和维修，进一步提升隧道的运行质量和效率，使得隧道能够发挥其最大的作用。同时，还要对隧道中出现的问题进行及时的处理，这样才能从根本上更好地解决隧道衬砌裂缝及渗漏水问题。

4.4 施工过程中采取的措施

鉴于隧道出口段为下坡掘进施工，贯通前无法自然排水，在施工掘进过程中加强洞身周边自然泄水通道保护，将中央排水沟及掌子面附近的水及时引入泄水通道，须设置横向排水沟。二衬施工前应在初支上掏槽，用水管主动将水引入中央排水沟，不得采用常规的半圆形环向排水管被动排水或封堵出水点。

4.5 变更施工设计方案

通过隧道洞内的排水系统排出岩溶裂隙渗水，采用加大排水措施和引排措施的手段实现迅速消散衬砌背后水压及排出渗水的目的。措施1：左右洞中心水沟协同调配，通过人行横洞或车行横洞两端的高差控制，实现左右洞中心水沟的排水协同作用，并在横洞内设置排水控制阀、溢流墙对水沟内水的流向进行控制。隧道在集中出水引排分流前，隧道的中心水沟加大至100cm×60cm。措施2：隧道内路面两侧增设排水暗沟，在隧道进口用中心水沟引排至隧道外。侧排水暗沟内净空宽40cm×40cm，右侧排水暗沟内净空宽65cm×高25cm。措施3：衬砌脚部增设横向导水管，隧道路面两侧排水暗沟侧壁水平斜向下打设4m 长横向导水管，导水管纵向间距5m，左右两侧交错布置。横向导水管收集围岩中的岩溶裂隙水，以达到降低衬砌背后水压力的目的。措施4：注浆堵水方案采用限排的方式对隧道周边围岩进行注浆封闭止水，以减少隧道内岩溶裂隙水的入渗量。措施5：泄水洞截排水方案，泄水洞采用支洞形式将隧道大型岩溶管道联通，引水段衬砌打设φ200mm 引水孔引排岩溶裂隙水。

5 结语

综上所述，光明隧道衬砌裂缝及渗水问题是由多方面造成的，主要原因有外界环境、地质构造、设计方案、施工组织和施工技术等。隧道问题特别是隧道衬砌裂缝及渗漏水问题，对隧道整体的施工效率和质量都会造成严重的威胁。所以，在对隧道问题进行处理时首先要找出主要因素，然后采取针对性的有效措施进行处理，以保证隧道整体的工程质量满足要求。