寒冷地区隧道渗漏水治理与预防

黎略

北京建达道桥咨询有限公司 北京 100020

随着经济发展我国的公路网不断完善，截止2018年底我国高速公路网总里程达到了约14.3万公里。且随着高速公路网的不断建设，公路隧道的规模也在不断的增加。

隧道工程在建设过程中由于质量控制等原因可能会导致施工缝、沉降缝和二衬裂缝等处出现漏水和路面出现反水现象。在隧道运营过程中如果漏水点挂冰和路面结冰，将会严重影响隧道运营安全。国内有许多隧道从业者和科研人员对隧道漏水处治做了大量的研究工作[1-4]。

1 工程概况

金盆湾隧道左、右线长度分别为3310m和3375m。隧址区属剥蚀丘陵山地地貌，地形起伏较大。山体自然坡度10-25°，植被不发育。

项目区属于典型的大陆性气候,气候干燥，风天较多，降水量少且集中于6、7、8三个月。暴雨多，蒸发量大。昼夜温差大，属季节性冰冻地区，最大冻结深度1.8m。

隧址区地表水不发育，未见明显地表水体。隧道山体冲沟发育雨季雨水汇集可产生暂时性水流。地下水主要为基岩中的风化裂隙水。地下水埋深12.0m，预测隧道正常涌水量左右洞合计约为336.99m3/d。

2 渗漏水情况及原因分析

2.1 现场渗漏水情况

2018年2月18日，K157+585处拱顶出现渗水，呈滴水状，同时侧墙也伴有阴湿状现象，三天后渗漏水停止，阴湿状消失，此后再未出现渗漏水，见图1。

图1 侧壁漏水结冰

2018年2月7日，ZK157+520南侧侧壁出现两处渗水点，水流较大，两天后停止；3月3日，该处再次出现漏水并呈喷溅状，随着气温回升漏水范围不断扩大至南侧墙纵向70m范围内，并且该漏水段附近ZK157+610至ZK157+640、ZK157+660至ZK+700两段路面出现反水结冰现象，见图2。

隧道左线出口段ZK157+520至ZK158+120的600m范围内南侧电缆沟内出现大量流水，经检查发现洞外中心排水管检查井及出水口已全部冻结，无法正常排水。经对洞外排水管进行紧急凿冰处理后，侧墙渗水及路面渗水逐步消退，直至消失，见图3。

2.2 原因分析

（1）通过现场查看发现二衬渗漏水部位主要是施工缝、沉降缝和二衬裂缝处。施工时施工缝和沉降缝处的止水带没有安装牢固，导致浇筑混凝土时止水带移位，使施工缝和沉降缝处成为防水薄弱环节并漏水。

图2 路面反水结冰

（2）本隧道为单坡隧道，纵向坡度0.5%，中心水沟流水缓慢，洞外检查井和出水口冻结，使中心水沟内流水不畅，最终导致纵向盲沟、横向导水管和环向盲沟内的水流受阻，通过防水板的破损处进入二衬背后，到冬季结冰产生膨胀力，在冻融循环作用下二衬薄弱部位出现裂缝，并漏水。

（3）由于中心排水管阻塞，管道内积水通过检查井和仰拱裂隙溢出路面，形成路面流水。

（4）依据水文地质勘探资料，本段落地质较破碎，为地下水富水区域，地下水逐渐在隧道周边及仰拱底部汇集形成压力水，通过隧道仰拱施工缝和裂隙溢出，形成路面渗水。

（5）因水碱、排水管变形等导致隧道纵、横向及中心排水沟逐步淤塞和堵塞，汇水不能及时排出，隧道洞身周边和仰拱下形成承压水，通过沉降缝和施工缝渗入，形成路面泛水。

3 处治方案

3.1 侧壁渗漏水处治

侧壁渗水采用设置横洞集水井的方式阻断地下水通道，将衬砌后围岩裂隙水截留和收集到集水井内，通过横向管道将集水井与中心排水管联通，最后通过中心排水管流出隧道外；同时将侧壁及拱顶存在阴湿或者渗漏水痕迹的部位采用高分子材料封水的方式进行处理，见图4。

横洞集水井与隧道轴线方向垂直，沿隧道侧壁向围岩内设置8m长的横洞，宽6m，在横洞前4m范围内设置2m×2m×2m的集水井，并在集水井内设置φ50×5mm的引水钢花管。横洞口设置保温门。

图4 横洞集水井设计图

横洞集水井可以极大改善或解决局部段隧道水病害，改善局部地下水通道和收集围岩裂隙水，通过排水管将地下水引流出隧道；防止地下水向隧道下游或周边扩散，减缓其他段的病害。地下水通过集水井沉淀，可降低中心排水沟堵塞风险，并可通过集水井随时观察围岩地下水情况，收集资料，为全隧及类似公路隧道水病害处理提供理论依据，且采用集水井处理局部段渗漏水工程造价较低。

3.2 拱顶施工缝、沉降缝渗漏水处治

对施工缝、沉降缝拱顶、侧壁渗漏水较严重的，沿隧道环向开槽U型槽，埋设半圆排水管，两侧墙角处通过路面开槽埋设横向排水管与中心排水管连接，将水排出洞外。并对环向半圆管外侧进行防水、保温，最后采用环氧树脂砂浆恢复衬砌，环向半圆排水管内设置温度监测控制器和发热电缆，在温度低于3C°时，启用发热电缆，防止U型槽内半圆管结冰。根据渗漏水情况在右洞K157+585，K157+640两处拱顶漏水处设置U型槽排水。

施工U型槽时采用切割机开槽，并尽量控制在设计范围内，切割前应进行金属探测，避开二次衬砌的主筋（环向钢筋），开槽后应尽快施做，尽早封闭工作面.见表5。

图5 U 型槽设计图

3.3 检查井改造

由于水质中结晶体含量高，为后期养护作业便于清理，按照合理的间距将部分暗检查井改造为明检查井，利用本次改造之机，采用市政管道疏通机和水平定向钻机对中心水管内的沉淀物进行疏通、冲洗，确保管道内沉淀物排出洞外。左洞改造明井8座，右洞6座。明井内径70cm，采用双层井盖，中间保温层厚度大于40cm，填充保温材料。

3.4 洞外排水系统改造

将左洞路基外排水管接长，并埋深至冻结深度（1.8m）以下，开槽埋设横向排水管穿左幅路基，在消防水池西侧设置蓄水池，采用管道与消防水池相连接，同时由蓄水池接横向排水管穿越右幅路基，与右洞排水管设置检查井相接。埋D600mm混凝土管至养护所西侧排洪沟内，混凝土管应埋置在冻结线一下，对出水口进行保温设置。

3.5 二衬裂缝处治

根据现场查看部分段落二衬存在裂缝，因此为止围岩水渗入二衬，形成侧壁渗漏水，必须对裂缝进行封堵处理。在本项目中采取对二衬裂缝高压注浆的方式进行处治，但注浆时不得破快原有的防水系统。施工时先在二衬裂隙周围钻深度不大于2/3二衬厚度的钻孔，钻孔角度宜≤45°，孔间距宜设置为30cm，然后采用注浆嘴向孔内注入防水高分子材料，注浆压力0.5mPa。高分子材料为多元异氨酸脂TD1、MD1、PAP1以1.25:0.75:0.25-0.8的质量比进行调配，其中PAP1的量根据现场温度进行适当调整，见图6。

图6 高压注浆孔平面布置图

4 处治效果

自从2018年对金盆湾隧道渗漏水现象进行处治以后，运营养护单位一直在对该隧道渗漏水情况进行观察，根据运营养护单位反馈，直至2020年12月，金盆湾隧道再没有出现过渗漏水情况，路面也没有反水结冰现象发生。

5 预防措施

5.1 设计措施

（1）地质勘察阶段要尽量探明隧道洞身范围的富水带，并采取超前帷幕注浆等措施将水封堵在围岩中，同时也可以避免隧址区地下水流失。

（2）对于涌水量较大的特长隧道尽量采用双向坡度，便于排水，当采用单向坡时纵坡宜大不宜小，但不得大于2.5%，当隧道长度大于5000m时纵坡不得大于2%。

（3）在寒冷地区宜采用中心水沟排水，在严寒地区可采用泄水洞进行排水，为防止中心水沟或泄水洞冻结，其埋深应在冻结深度以下。隧道洞口段二衬外设置保温层，防止环向盲沟、纵向盲沟和横向导水管等排水系统冻结。

（4）在涌水量较大段落可采用加密环向盲沟和横向导水管的方式排水。

（5）中心排水沟宜采用矩形沟，不宜采用圆形管，施工时圆形管施工质量不宜控制，且圆形管断面较矩形管小，管内容易有水碱淤积，堵塞中心水管。

（6）做好施工缝和沉降缝的防水设计，宜采用背贴式止水带和中埋式止水带进行防水，不得采用止水条进行防水。

5.2 施工措施

（1）控制二衬混凝土的施工质量，避免因施工原因产生裂缝。混凝土的配合比应满足浇筑工艺要求和设计强度要求。且混凝土必须采取强制式搅拌设备进行搅拌。混凝土入模温度应控制在5-32℃，浇筑后应充分振捣，且按相关规范要求进行养护。

（2）二衬浇筑时拱顶部分容易出现空洞，因此待二衬混凝土达到设计强度后需要对拱顶二衬背后进行压力注浆处治。

（3）按规范要求安装防水板，土工布与防水板不得黏合使用；严格控制防水板搭接、施工缝和沉降缝的止水带的施工质量。

（4）合理选择性能良好的防水层材料，可以有效规避渗漏问题，使隧道防渗工程的质量安全因此提高。选择的施工材料要具备较强的酸碱性，同时要具备抗渗性，降低水的侵蚀作用。此外选择的施工材料要具备韧性，这样才可以使隧道防渗漏水平因此提高。

（5）施工过程中避免混凝土掉入排水管沟内，确保横向导水管、纵向盲沟和中心排水沟的通畅。

（6）系统锚杆施工时严格按照设计注浆，系统锚杆注浆可以封堵围岩裂缝，阻断围岩渗水通道，减少地下水的流失。