过江隧道渗漏水病害探查及治理技术研究

全强 秦旺

摘 要：由于过江隧道所处环境复杂多变，防水工程施工条件及质量难以保证，渗漏水病害探查及治理成为隧道工程全寿命周期内必须面对的挑战之一。因此，本文在调研了隧道工程渗漏水病害探查及治理技术最新进展的基础上，探讨了渗漏水类型及机理、运营期隧道渗漏水检测技术与加固措施等，并指出目前研究中的不足并给出建议。结果表明：渗漏水病害诱发原因极其复杂，与水文地质条件、防水工程、施工环境等有关;渗漏水处治的主要方法是注浆封堵，但注浆材料不具备普适性。因此，需进一步明确渗漏水类型与诱因的作用关系，研发高性能隧道渗漏水修复材料，形成适用于过江隧道的渗漏水防治方法及施工工艺等关键技术体系。

关键词：隧道  渗漏水机理  检测  治理技术

Abstract： Due to the complex and changeable environment of river crossing tunnel， it is difficult to ensure the construction conditions and quality of waterproof engineering. So the detection and treatment of water leakage diseases become one of the challenges that must be faced in the whole life cycle of tunnel engineering. Therefore， in this paper， based on the investigation of the latest progress of water leakage disease detection and treatment technology in tunnel engineering， water leakage type and mechanism， water leakage detection technology and reinforcement measures in operation period are discussed， and the deficiencies in current research are pointed out and suggestions are given. The results show that the causes of water seepage are very complicated， which are related to hydrogeological conditions， waterproof engineering and construction environment. The main treatment method of seepage water leakage is grouting， but the grouting material is not universal.Therefore， it is necessary to further clarify the relationship between water leakage types and inducements， develop high-performance tunnel water leakage repair materials， and form key technology systems such as water leakage prevention methods and construction technology suitable for river tunnel.

Key Words： Tunnel; Leakage mechanism; Detection; Management technology

1 隧道滲漏水病害分类

1.1 按渗漏形式分类

隧道工程的渗漏水灾害根据形式可划分为点渗漏、缝渗漏和面渗漏。点渗漏的渗漏面积较小，各点之间相对独立，彼此之间未连成线状或面状;缝渗漏多指变形缝、施工缝和结构混凝土裂缝处出现的渗漏，这种渗漏部位清晰、渗漏水比较集中，且渗透点已连接成线;面渗透的渗透部位面积较大，现象较普遍，渗透线已连接成面，其大部分由壁后空洞引起。

1.2 按渗漏水流量分类

按照渗漏水流量，隧道工程渗漏水可分为湿渍、渗水、水珠、滴漏和涌水。湿渍的特点为衬砌内表面或地下建筑结构表面呈现出色泽明显变化的潮湿斑;渗水的特点为地下水或地表水从隧道衬砌结构内表面或地下建筑结构内表面渗出，可观察到明显的流挂水膜现象;水珠的特点为悬垂在衬砌内表面顶板或地下建筑结构顶板的水滴，其滴落间隔超过1min;滴漏的特点为衬砌内表面拱顶或地下建筑结构顶板渗漏水的滴漏速度每分钟至少1滴;涌水属于严重渗漏，存在较大水压，并可同时见水头、水柱或漏泥沙现象，其特点为渗漏水呈线状或喷泉状。

1.3 按渗漏水发生部位分类

按照渗漏水发生的部位，地下建筑工程渗漏水可分为顶板渗漏、侧墙渗漏、底板渗漏、变形缝渗漏、施工缝渗漏等;隧道工程渗漏水可以分为拱顶渗漏、侧墙渗漏、仰拱渗漏、掌子面渗漏等。

2 隧道渗漏水病害产生机理.

通过系统调研隧道工程渗漏水病害产生机理研究现状，结合大量经典隧道渗漏水案例具体分析，将运营期隧道渗漏水病害的形成原因主要归纳为4个方面，分别是水文地质因素、设计因素、施工因素和使用环境因素[1-3]

2.1 水文地质因素

隧道运营期间，衬砌所处地应力、地下水压力、构造活动情况及环境温度变化等原因是造成衬砌破损的根本原因之一。由于隧道围岩应力状态是一个动态变化过程，衬砌所受应力不断变化，特别是存在断层破碎带等构造区域，应力变化更为显著，当地下水进入构造后，受温度影响极易出现干湿交替和冻融现象，产生膨胀或干缩应力集中区域[4]。因此，当隧道穿越含水量丰富、水压力高的地层或岩层时，地下水往往从岩体结构面、断裂面、裂隙带、溶洞及其他不良地质区域涌出。衬砌多在上述多种因素产生的应力作用下破损严重，导致渗漏水发生。

2.2 设计因素

隧道衬砌厚度和强度设计不足，未充分考虑极端地质条件下对衬砌的技术要求，特别是在侵蚀性较强的地下水作用下衬砌极易开裂破损。此外，未根据工程特点、环境条件、地下水压力大小及来源等信息选择防水材料，或者对所选防水材料的基本特性了解不清。防水材料不合格会导致防水材料耐水性差、吸水率高、寿命短。

2.3 施工因素

施工因素对渗漏水病害的影响体现在两个方面，即施工工艺不达标及施工扰动。施工工艺不达标是隧道及地下工程渗漏水的重要原因，主要体现在5个方面[5]：（1）未按规范要求进行施工，隧道的衬砌防水能力差、洞内排水设施埋深不够;（2）结构地基处理不当，在自重作用下产生不均匀沉降，导致结构底板、边墙开裂;（3）混凝土结构、施工缝、变形缝和穿墙管等特种部位未按照设计要求与程序进行施工;（4）成品保护不到位;（5）细部做法错误。

施工扰动对隧道涌水的影响程度与施工方法及支护参数有关，一般情况下，采用分部开挖法等对围岩扰动较小的隧道开挖方法有利于减小隧道涌水的危害[6-7]。

2.4 使用环境因素

使用环境因素对渗漏水病害的影响体现在，隧道工程及地下工程在服役期间可能会遭遇暴雨、地震、台风、干湿循环、昼夜温差大等不可抗力，会造成防水层破损和建筑物破损。此外，气象状况的改变，包括降雨、温差及其他气象现象，对隧道涌水量也有着重要影响。[8]

3 隧道渗漏水病害检测与治理

3.1渗漏水病害检测方法分类

总体上，渗漏水病害检测方法可分为传统检测法和快速无损检测法两大类。3.1.1 传统检测法

隧道渗漏水的传统检测法是指以人工巡检的方式，采用目测、量测、拍摄等人工手段采集信息、处理数据，以定性判断渗漏水情况。

3.1.2 快速无损检测法

目前，隧道渗漏水的快速无损检测法主要包括红外成像法、温度梯度法、电导率法、地面激光扫描法和地质雷达法等;除此以外，回弹法、冲击回波法、超声波法和闭合回路成像法等也可用于隧道渗漏水的无损检测[9]

3.2 运营期隧道渗漏水病害治理技术

国内隧道渗漏水病害治理的方法主要有结构补强法、拆除重建法和注浆加固法等。[10-12]

（1）结构补强法采用堵塞表面孔隙、涂膜防水层等方式修补衬砌的缺陷，从而提高其抗渗性。

（2）拆除重建法是指新建衬砌结构，置换掉渗漏水、开裂等病害区段的衬砌。（3）注浆加固法通过注浆减小围岩渗透系数，形成隔水圈，填充衬砌背后的空腔，以及变形缝、施工缝等薄弱部位，从而弥补防水层的不足。

4 结论与展望

4.1结论

（1）隧道及地下工程渗漏水可根据渗漏形式、渗漏水流量渗和漏水发生部位分为不同类型;不同类型的渗漏水可能具有不同的诱发原因，因此应具体问题具体分析。一般而言，隧道及地下工程渗漏水诱发原因可概括为水文地质条件因素、设计因素、施工因素、使用环境因素及服役期的综合诱发因素。

（2）传统检测法已无法满足渗漏水检测对高精度、高效率和无损的要求。渗漏水快速无损检测法顺应发展要求，应用前景广阔，正朝着智能化、轻巧化和实时监测预报等方向发展。

4.2展望

（1）提高隧道及地下工程运营期渗漏水等病害无损检测技术的智能化、信息化和实时化水平。进一步扩充隧道渗漏水病害数据库，拓展设计病害特征，降低非病害因素对数字图像处理和计算机视觉技术精确度的不利影响。

（2）加大渗漏水治理新方法、新工艺、新材料的理论及试验研究力度。目前注浆理论研究严重滞后于工程实践，已有的预测浆液扩散范围的理论无法反映浆液的真实扩散情况，导致注浆参数无法实现精细化控制，因此需要进一步研究完善。

（3）根据渗水成因、渗漏水量、水害位置等信息进行研究筛分，科学地对渗漏水害进行类型划分。研发渗漏水表层及内部情况的快速识别方法，力争实现过江隧道渗漏水情况的快速识别和日常巡检。

（4）系统调研水泥基材料、高分子乳液、防水涂料等治理材料的性能特點，针对过江隧道渗漏水害特点，研发或改良适用于运营隧道渗漏水新型治理修复材料及其工艺技术，调研筛选出相应的注浆治理设备。

（5）为避免注浆量过多造成的浪费以及可能造成的变形过大等二次病害，应发展注浆实时监控与反馈调整技术，实现注浆精细化控制。

参考文献

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