隧道工程渗漏诱因及防治研究

毛洛锋

（杭州兆吉市政设施养护有限公司，浙江杭州 315500)

0 引言

在公路施工过程中，常面临特殊的地形，为了缩短行车距离、提升行车速度，需要建设隧道工程。隧道工程作为地下空间开发的重要形式，具有热稳定性高、空间密闭性强等诸多优势，但同时也因地下水及隧道所处岩层的状态受到不同程度的影响。地下水对隧道工程的影响可大致分为两方面：一方面是隧道土体埋深及地下水位高低带来不同程度的渗漏现象，另一方面是地下水水质较差，可能诱发结构性腐蚀破坏。因此隧道工程在无法完全规避地下水影响的情况下，在设计和施工过程中应重点考虑水影响，保证隧道全生命周期的正常维护运行[1]。

目前，我国隧道防水的设计和施工始终遵循“以堵为主，堵排结合，因地制宜，多道防设，综合治理”的原则。虽然在该原则的指导下隧道工程的防水能力得到极大提升，但从隧道工程质量问题统计结果来看，近30%的质量问题直接与隧道防水有关，渗漏问题始终是隧道工程的关键难点。

1 隧道渗漏类型与诱因分析

1.1 渗漏类型划分

不同类型的渗漏的诱发原因是不同的，因此渗漏排查应先行判断渗漏类型，根据不同类型的渗漏确定诱发原因，之后分类处理[2]。可以根据隧道渗漏发生的部位、渗漏的形式以及渗漏的水量划分渗漏类型。

1.1.1 按照渗漏发生部位分类

按照渗漏发生的部位，隧道渗漏可分为：拱顶渗漏、侧墙渗漏、掌子面渗漏、后浇带及变形缝处渗漏、穿防水层位置管根及预埋件处渗漏。

1.1.2 按照渗漏的形式分类

按照渗漏的形式，隧道渗漏可大致分为：点渗漏、线渗漏及面渗漏。点渗漏为分散不连续的渗漏点位分布，未形成串联渗漏；线渗漏为渗漏呈线性分布且连续贯穿；面渗漏为局部渗漏串联相交，渗漏范围较大。

1.1.3 按照渗漏的水量分类

按照渗漏的水量，隧道渗漏可大致分为湿渍、渗水、水珠、滴漏、涌水，渗漏水量及渗漏程度依次增大。湿渍为轻度渗漏，表现为结构表面呈现潮湿斑点；涌水为大水量严重渗漏，表现为渗漏水呈现线状（发生于隧道侧墙及拱顶）或喷泉状（发生于隧道底部）。

1.2 渗漏诱因分析

隧道防水工程在施工完成后隐蔽于保护层之下，当渗漏发生时不易判别具体诱因，且隧道渗漏原因往往非单项因素导致，大多数情况下渗漏发生的原因较复杂。在分析大量隧道渗漏问题后，可将隧道渗漏的诱因分为以下类型。

1.2.1 水文及地质条件因素

隧道工程常处于高水压作用之下，且地下水水质不尽相同。当隧道防水层长期处于腐蚀性的高压地下水中，防水层将加速老化，防水性能退化，进而导致渗漏的发生。另外长期在高压腐蚀性地下水的作用下，隧道结构层同样会发生损伤破坏，黏附其上的防水层随之发生破坏，形成更为严重的渗漏状况。

1.2.2 设计因素

隧道渗漏的设计因素包括设计理念选择错误，针对特殊部位未能考虑到位，防水材料、施工工艺及节点做法选择不当等情况。

1.2.3 施工因素

大量的防水失效及隧道渗漏情况与施工有直接联系。在施工过程中，施工工艺选择不当或因施工顺序排布不合理造成扰动破坏情况时有发生。例如，在结构地基处理中，操作不当，未能达到标准，导致隧道因结构自重产生不均匀沉降，进而在拉力的作用下结构产生开裂，结构自防水直接丧失功能[3]。

1.2.4 外部环境因素

对隧道防水功能影响较大的外部环境因素包括暴雨导致地下水位的变化、地震及其他震源的扰动、隧道空间干湿及温差的频繁变化等。这些外部环境因素间接或直接影响隧道的结构和防水层，尤其以对防水材料的破坏最为明显。目前隧道所采用的防水材料在长期浸水、温度循环变化的情况下，抗老化性能减弱，使用寿命有限，导致隧道的防渗漏问题成为全周期问题，并随着防水材料的老化，防渗能力逐步减弱。暴雨、震动产生的冲击性荷载、瞬间增大的外部水压力对结构的破坏更直接，且防渗损伤更为剧烈。

1.2.5 用期的综合因素

在隧道使用过程中发生的渗漏，大多是复杂的诱因组合导致的，而非单一的原因诱发，就隧道防水设施的组成来看，渗漏发生的必要条件为：其一，隧道防水层失效；其二，隧道结构自防水性能失效。

隧道防水层失效的原因主要有：其一，防水材料不适用或质量不合标准；其二，隧道结构发生变形导致附着其上的防水层脱离或者开裂；其三，易发生破坏位置的防水处理不到位，如防水搭接部位、转角及隧体应力集中部位附加层处理不到位等；其四，防水施工质量不到位，或防水层成品保护不当，在施工过程中形成贯穿破坏且未进行修复，形成渗漏通道；其五，在结构施工过程中，施工缝及变形缝留设数量较多，或留设位置不当，导致防水薄弱点较多，增大防水难度。

隧道结构自防水性能失效的原因也是综合的，大体有以下几点：其一，在设计过程中，对自防水混凝土的等级判断错误，或自防水混凝土自身存在防水性能缺失的情况；其二，在自防水混凝土施工过程中，因操作不当，导致混凝土成型质量较差，存在较多的结构裂缝和不密实的情况，丧失自防水性能；其三，在混凝土的养护过程中存在不适当操作，导致混凝土产生干缩裂缝，破坏结构的自防水性能；其四，长期高水压或其他外部荷载作用下，结构自身产生开裂情况，丧失自防水性能。

2 隧道渗漏预防及治理

隧道渗漏预防及治理可分为前期设计及施工阶段的预防手段和后期使用阶段发生渗漏的治理手段，重预防强治理的有效结合是解决隧道渗漏问题的重要举措。在前期渗漏预防阶段，首先在设计之初要详细掌握施工范围内工程地质及水文条件，研判隧道防水设计等级。在防水方案及防水材料选择过程中，要充分考虑方案及材料对施工的适用性[4]。当渗漏发生时，采用有效的治理手段。一般情况下治理渗漏有两种途径，一方面采用引排的形式从渗漏源头治理，在不对隧道结构产生影响的前提下将渗漏水引导至特定收集系统中，进而解决渗漏问题；另一方面，可以采用注浆等方式对隧道结构进行防渗补强。治理的手段一疏一堵，必要情况下采用疏堵结合的方式进行隧道渗漏治理。

2.1 隧道防水方案选择

隧道防水方案根据疏、堵两种思路可分为排水型防水方案及堵水型防水方案。排水型防水方案根据排水效果可分为全排水和限量排水两种。其作用机理是在隧道底部设置排水通道，不断将地下水排出隧道范围，保持地下水位始终处于隧道仰拱之下。此外为保证排水效果的理想性，在隧道结构的侧墙及仰拱周围同步设置排水通道，将地下水汇集于隧道底部排水主通道中。采用该种防水方案在成本上较为经济，且对不同地质的适用性较强，因为排水导致隧道所受周边水压力较小，可以有效减小隧道衬砌结构的厚度，进一步降低工程的造价。大量的水分排出可能引起隧道范围内地层沉降现象的发生，排水的同时，排水管道的疏通问题将成为关键。采用此种防水方案，将会增加后期运营管理的成本[5]。

与排水型防水方案相比，堵水型防水方案的理念完全不同。因其不进行外部排水，在设计过程中要充分考虑外部水压力对隧道结构带来的影响。堵水型防水方案的衬砌厚度相较于排水型防水方案更厚，且防水层的复杂应用使得其在造价上要远高于排水型防水方案。堵水型防水方案是目前较为普遍使用的一种隧道防水方案，原因在于，和排水型防水方案相比，堵水型防水方案对地下水位的扰动很小，对地下环境的影响无明显不良反应。因此频繁应用于城市密集区域的地下空间开发中。此外，堵水型防水方案的防水效果更为优良，且对周边地层的影响较小，因此可以规避防沉降措施，且后期的维修成本相对较低[6]。

“堵水限排”作为新的隧道防排水理念目前得到广泛应用，其基本内涵是在保证安全稳定、经济环保的基础上，采取注浆等技术措施降低地层渗透系数，并允许一定量的地下水排入隧道。“堵水限排”理念克服了全封堵时衬砌水压力过大的缺点，避免了全排水时可能导致的地下水资源枯竭、水土流失、地层沉陷、植被破坏等生态环境问题。

2.2 隧道渗漏治理方案

隧道渗漏治理可分为施工阶段的渗漏治理与使用阶段的渗漏治理两方面。在隧道施工阶段引发渗漏的水源一般为突涌水，本质为岩溶裂隙水。在隧道挖掘施工过程中，触及前方含有不明水量的岩层而突涌进入隧道内部的水，因渗漏发生突然，渗漏规模预测难度较大，所以渗漏危险性相对较大[7]。岩溶裂隙水突涌渗漏的治理通常分为两方面，一方面需要在施工过程中采用超前地质预报，提前判断开挖施工中实时的地质情况；另一方面判断其地质情况及水量规模进而采取针对性解决治理措施。

目前针对隧道突涌水的治理原则因不同地质情况有所不同，但治理思路与上述三种防渗漏方案相同，同样采用以排为主、以堵为主和堵排结合三种思路。具体治理方法包括：排水降压法、全断面帷幕注浆法、超前旋喷法、地层冻结法、超前管棚预支护等。在选择渗漏治理方案的过程中，首先应对突涌水的类型进行判定，按照突涌水量的规模及通道大小，可将突涌水分为微小裂纹突涌水、节理裂隙突涌水、岩溶通道突涌水、富水断裂带突涌水及地下暗河突涌水。不同类型突涌水的水量大小及动水流速将直接影响注浆法渗漏修复的材料及工艺选择。目前在工程实践中，较多采用注浆法进行渗漏治理。针对不同的突涌水类型，注浆法渗漏治理的重点在于如何选择合适的注浆材料，如何保证注浆按照设计的扩散率实现渗漏防治的效果，同时在注浆效果得到保证的情况下，如何更加经济地进行注浆厚度设计[8]。

在隧道使用阶段，隧道渗漏的防治重点在于过程中的渗漏检测及渗漏发生后的注浆修复。渗漏检测可以尽早发现渗漏问题，对隧道的损伤及重大灾害的规避具有重要影响，越早发现渗漏，修复成本和后续危害越低。目前，隧道渗漏检测主要采用传统的人工巡查法和处于发展阶段的快速无损检测法[9]。传统的人工巡查检测法主要以目测为主要检测方式。该方法操作简便，无较大复杂设备应用，同时检测的效率较低，且精度因人而异，准确性较低。我国快速无损检测法发展迅速，出现了红外热成像法、地面激光扫描法、摄像测量法、温度梯度法及电导率法等新型渗漏检测方法，基本实现对渗漏发生位置、渗漏类型判别、渗漏水温检测和水质情况检测等渗漏指标的准确监控，在极大程度上保证了隧道渗漏即发生即发现的渗漏排查效率，为隧道运营养护提供技术保障。

在隧道使用阶段，渗漏发生后的治理方式以注浆法为主。目前所采用的注浆液主要有颗粒浆液和化学浆液。颗粒浆液具有低毒、非柔性（凝结后）的特点，常用于渗漏的短期封堵。化学浆液种类繁多，性质各异，主要包括硅酸钠、聚氨酯、氨基树脂、丙烯酸酯、丙烯酰胺等。浆液也可与水泥基渗透结晶型防水材料混合使用，有利于提高封堵效果、降低反复渗漏的可能性[10]。

3 结语

隧道渗漏问题作为常见的工程问题，始终是隧道工程实践的难点与痛点，因渗漏发生的周期贯穿于隧道全过程，因此不论在设计阶段、施工阶段及后期运维阶段都需要全力避免渗漏问题的发生。希望未来的隧道渗漏防治研究，在设计阶段能够出现更加合理高效的渗漏防治理念，在施工阶段通过施工技术水平的提升，不断提高隧道防排水能力，在运维和检测阶段，能够在超前地质预报和综合渗漏监控方面取得更大成效。