隧道渗漏水病害的产生原因及整治技术

韩银辉

(中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750)

依据铁路工程实践和相关资料，绝大多数隧道病害[1]集中于如下三方面：显著的渗水和漏水，结构衬砌腐蚀损坏，仰拱以及铺底损坏等等。其中由于衬砌开裂引发的隧道渗漏水加剧、结构侵限、仰拱或铺底变形导致的翻浆冒泥质量缺陷，经常使行车安全无法得到保障，列车速度无法实现进一步提升，直接干扰交通运营的正常展开。

1 工程概况

桑植隧道里程为DK147+276.75～DK152+335，全长为5 058.25 m，其设计断面如图1所示。

图1 隧道标准段横断面(单位：cm)

由于该隧道工程位于典型的中低山区范畴，当地地形坡陡山翘，林木丰茂，部分盆地谷底与村落农田错落分布，国道以及省道等等周折回转于其中，交通通畅性难获保障。

该隧道属于典型的双线隧道，埋深差异较大，最小处仅为7.3 m，最大处则高达449.5 m。本标段地层主要为第四系全新统坡洪积粉质粘土、碎石类土，三叠系灰岩、白云岩，二叠系上统、下统碳质页岩、灰岩，泥盆系中上统砂岩、页岩，志留系页岩、砂岩。底层断裂带由一系列的顺向、向、背斜断裂组合成一弧形构造体，地层的连续性比较好，形成了多个较完整的水文地质单元。岩溶水大多以管状的地下河形式或树枝状水流系统集中排泄，范围非常广，部分地下河数十公里长，最大流量可达7 300 L/s，依据统计，已探明的有180多条地下河；地表岩溶形态非常发育，落水洞、岩溶洼地等分布非常普遍，降水由此流入地下河，形成一种垂直径流带，侵蚀基准面以上的地下河把河流作为一种主要排泄带。

本标段特殊地质地段需要处理的主要有岩溶发育引发的突水、突泥，浅埋段水系改变引发的地面塌陷，隧道穿越煤层可能引发的瓦斯危害、山体水系破坏引发的周边居民生活水源问题等。

2 隧道渗漏水病害概况

桑植隧道正洞分为进、出口两个作业面施工，进口衬砌已施作里程为DK147+276.75～DK148+382，完成1 105.25 m；出口衬砌已施作里程为DK152+335～DK151+508，完成827 m。施工中检测到的隧道渗漏水部分情况如表1所示。

3 隧道渗漏水原因分析

3.1 隧道开挖对地下水的影响

地下水流动往往遵循特定流线，自高压水位起始，流至低压水位区域。隧道开挖过程中，必将使围岩应力释放，同时应力重分布，围岩力学特性发生变异，四围水流开始逐步汇聚于隧道区域，进而致使衬砌及底部等部位发生渗漏水。隧道开挖对水流汇聚的影响程度与具体范围，难以厘清，渗透系数、水位降深、过水断面及当地水文环境等均与之相关，该隧道病害段涌水压力1.869～2.708 MPa，涌水量平均达到14.311 m3/(d·m)。

表1 隧道无损检测情况及渗漏水情况

3.2 施工缺陷致使混凝土存在空隙

(1)拌合混凝土拌合过程中，倘若其和易性未能得到保障，或是施工质量存在缺陷，造成混凝土内部不均匀；再者水泥浆没有按照骨料表面粘结的规定环节进行操作，或表层被污染，导致水泥内聚力高于集料附着力，出现缝隙造成透水；除此之外，混凝土拌和物在灌注捣实方面未能达标，亦会致使密实度欠妥，甚至存在诸多缝隙。

(2)灌注衬砌混凝土未能够针对工作缝进行有效处理，存在结合问题，进而导致漏水缝隙发生。

(3)变形缝止水带操作不规范时导致漏水问题发生。

3.3 隧道裂缝病害

隧道二次衬砌施工过程中产生的裂缝大多位于环与环之间，拱墙之间的纵向缝以及混凝土施工过程中因停工而产生的水平、斜向裂缝属性均为施工缝。现在我国对于施工缝处理有较为全面的规定，但是仍然会由于材料选择不当或技术选用不合理而出现渗漏问题。

为了确保结构不出现均匀变位而设计变形缝，但由于施工质量不合理或结构变位控制不当则会出现渗漏。

混凝土裂缝是隧道施工中较为常见的问题，其产生原因在于砂石料、外加剂质量不过关、配比不当、振捣不密实或养护操作不当。如果裂缝深度较大足以贯穿衬砌厚度，则可能产生渗漏。

3.4 衬砌混凝土中的泌水

混凝土浇筑过程中水灰比设置不当导致硬化过程中，存在多余水分蒸发等。

3.5 防水板安装问题

由于防水板安装操作存在缺陷，没有处理搭接区域从而出现渗水。

4 隧道衬砌结构损害原因

一般来说，隧道衬砌结构损害是指结构出现变形、片块脱落，从而出现大范围坍落。具体来说，结构恶化成因多种多样，但产生机理是类似的：首先是有水的来源，即渗水处与衬砌外地层存在水力联系或结构内存在渗水通道；再者是前期勘察设计阶段对水文地质条件掌握不清楚，采取的防排水设施不完善；三是施工质量有缺陷，如混凝土施工过程中振捣不到位，引起衬砌蜂窝、麻面、洞穴或由于混凝土级配或水灰比不当产生泌水通道、排水管沟堵塞或防水板破损等等。

4.1 自然地质因素

自然因素主要是指地质因素，围岩结构较为软弱区域常常受到地下水影响，导致隧道围岩结构出现软化，进一步出现偏压等问题发生开裂。由于地层偏压，但施工中没有进行对应处理，从而出现衬砌裂缝问题。原有滑坡结构不稳定，出现山体滑移问题，隧道衬砌造成开裂。

4.2 设计缺陷因素

隧道所处区域地势较低，地下水发达，降雨量大，因而地下水位相对较高，水压较大，给防水造成了一定的困难，高水压是造成该地下工程结构渗漏的根本原因。在进行设计工作时，设计人员对于工程的实际情况了解不够全面，如工程所处的自然环境、气候条件和气候特征等。线路选择过程中，需要人为避开不稳定地质路段，但是在设计过程中并没有予以重视，或在不良地段设计不合理，从而导致隧道衬砌结构强度不足以支撑围岩压力，出现损坏和病害。

5 裂缝渗漏水处治技术

结合是否渗水将混凝土裂缝分为两个类型，分别是有水裂缝与无水裂缝。而按照渗水总量由大到小，有水裂缝可以分为无润水、润水、渗水、漏水、喷水等五个类型。

裂缝处理属于一种修补措施，仅能处理漏水问题，并修缮外观，所以一般都要与其他修复技术共同应用，才能从根本上处理隧道病害。

5.1 无水裂缝的处治

具体施工工艺如下：依裂缝的延伸方向，凿出宽深各5 cm的沟槽，在长度方面则在裂缝起止点前后各延伸0.1 m。清洁浮尘之后，每隔0.5～0.8 m安设注浆管，在前段分叉直接注入裂缝中，用环氧树脂砂浆来完成嵌补，保证结构固定，在此之后压注环氧树脂浆液，最后去除外露部分，进行刷涂步骤。环氧树脂浆液配比，环氧树脂∶501稀释剂∶二甲苯∶乙二胺=1∶0．2∶0．35∶0．08。刮抹料配比，水泥∶细砂∶水=1∶2∶0．35。调色料配比，水泥∶白水泥∶107胶=5∶3∶1。处理过程见图2。

图2 无水裂缝处理断面

5.2 有水衬砌裂缝的处治

有水衬砌裂缝的渗漏大多发生在雨季，而旱季则不会漏水，所以可选用完全封堵。水泥类固化材料封堵具有较高的耐用性，嵌补材料采用遇水膨胀橡胶条和快硬水泥材料，余与无水裂缝处理相同。在施工过程中，从美观考虑，可先清洗干净裂缝表面，然后涂刷环氧树脂浆液2～3遍，接着通过调色料、刮抹料等对混凝土表面进行处理，确保其颜色和周围衬砌混凝土颜色大概相同。

如果裂缝渗水量不大，则可以直接采用注浆封堵，但是由于该类裂缝大多较小，不需要太多的浆液，可采用超细水泥浆、化学浆液。在固化后其具有较高的强度，并且和原混凝土结构有较好的结合性，因而实现较好的防渗效果。在施工工艺方面，首先沿着裂缝的方向进行开凿，从而形成一个宽5 cm、深6 cm的沟槽，随后通过清水冲刷的方式确保其整体洁净。之后可以继续沿着裂缝方向，大约按照每50～80 cm即设置一根注浆管道，管长可为10 cm，直径1 cm，并前端分叉，从而与裂缝精准对接，之后采用双快水泥的方式完成注浆管填充，进行固定操作，嵌补材料为双快水泥和高分子丙凝浆液。水泥逐步上升至目标强度，然后就可以查验堵塞情况，保证注浆管外没有渗漏。

一旦发现其他环节存在漏水隐患，应当第一时间进行继续封堵，随后完成管路以及注浆泵的对接，并从下方开始进行灌注，保持灌注压力为0.4 MPa左右，并对注浆效果进行检验，完毕后即可清除注浆嘴。为确保整体视觉观感的一致性，用调色料刷涂于表面上，从而修复裂缝产生的破坏。

5.3 变形缝的渗漏水处理

如果隧道变形过大出现变形缝渗漏水的情况，首先进行一般的排水处理，之后将处理部位打开，断面如图3所示，具体操作步骤如下：

图3 变形缝渗漏水处理(单位：cm)

(1)采用切割机和凿子对变形缝进行剔槽操作，将变形缝内的填充材料清除掉，形成深9 cm、宽4 cm的沟槽，而槽口部位的宽度为10 cm。

(2)用冲击钻进行钻孔操作，孔深控制在接近止水带，但避免将其穿透，中间维持20 cm内的间距。

(3)用钢刷清除槽内灰尘杂物。

(4)在孔内设置注浆嘴，填充膨胀腻子，厚度控制在2～3 cm，之后用厚度为2 cm的环氧砂浆覆盖。

(5)砂浆强度达到预期要求后，则在其内部注入环氧树脂，加固充填不密实的部位。

(6)注浆操作完毕后，将注浆管切断，并嵌入∅3 cm的弹簧排水盲管，确保排水盲管另一侧连接水沟。

(7)在盲管外侧涂抹厚度为2 cm的防水腻子、3 cm防水砂浆，表面和混凝土保持平整。

(8)混凝土表面涂覆防水涂料，之后用水泥砂浆覆盖。

(9)环氧树脂∶水泥∶细砂∶乙二胺∶二丁酯=1∶1．6∶3．2∶0．1∶0．12，其中乙二胺是固化剂，二丁酯是稀释剂。待环氧树脂砂浆有一定的强度后，以0．15～0．20 MPa压力压入水泥-水玻璃浆液或环氧树脂浆液。压浆结束后在0.2 MPa压力下压水检查压浆效果。

6 结束语

本文从设计、施工、水文地质等方面详细分析了隧道渗漏水病害形成原因，提出了相应的防治技术及建议。需要注意的是：在衬砌施工前，需要注意防止渗漏水的关键工序施工，确保最佳选材和合理施工，才能更好实现防水要求。