某小半径隧道渗漏水病害整治

李金标，彭昌翠，袁 丁

（四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

1 引言

渗漏水病害是隧道的通病，据统计，运营隧道中约30%以上存在衬砌开裂、渗漏水等病害[1]。衬砌裂缝以环形裂缝为主，纵向、斜向裂缝次之。裂缝成因受施工条件、围岩蠕变松弛、温度、车辆撞击等复杂因素的影响，环形裂缝多为非荷载裂缝，纵向、斜向裂缝多为荷载裂缝[2]。地下水沿裂缝渗漏进入洞内，导致衬砌进一步开裂，隧底裂损、下沉与翻浆冒泥[3]，降低衬砌承载力，对机电设备造成腐蚀，缩短使用寿命，增加维修费用[4]；同时洞内恶劣的运营环境，极易诱发车祸。随着交通强国战略的实施，渗漏水病害的处置愈发重要，并向常态化发展[5]，因地制宜、合理的选择整治方案，对提高隧道服务水平、延长隧道服务年限、保证行车安全等具有非常重要的意义。以老山梁子隧道为例，分析研究低线形指标、渗漏水病害处置的原则及选取的措施，研究成果可为同类工程提供参考。

2 工程概况

2.1 隧道线形指标

老山梁子隧道位于G42沪蓉高速公路广邻段，隧道平面如图1所示，2000年12月通车。

图1 老山梁子隧道平面图

2.2 隧道工程地质条件

隧道穿越NE 向脊状山岭，属构造剥蚀低山地貌；出露三叠系须家河组（T3xj）、侏罗系珍珠冲组（J1zh）、自流井组（J2z）、兴田沟组（J2x）等砂岩、泥岩、粉砂岩、泥质砂岩、长石砂岩夹煤层、灰岩等及第四系全新统松散堆积层；洞身处于川东褶皱带华蓥山复式背斜中段宝顶背斜西翼，为单斜构造，如图2所示。岩层产状290°～312°，∠65°～∠79°，发育多组节理。

图2 隧道工程地质纵断面图

地下水主要为碎屑岩裂隙水，赋存于各套地层砂岩层中，以裂隙和层间含水为主，受泥岩层隔离，无隧洞轴线纵向的水力联系；地下水接受沿山脊走向的砂岩层降雨入渗补给，层内或裂隙赋存、运移。因此，砂岩层出露洞段是隧道开挖中出现地下水相对较集中的地段，但岩层倾角陡，脊状山岭汇水条件差，补给来源有限，水量不大。地下水对混凝土有微腐蚀性。

2.3 隧道衬砌结构及施工期变更

隧道按新奥法进行设计，洞身采用复合式衬砌，初期支护为锚喷联合支护，二次衬砌为模筑C20、C25 混凝土，见表1。洞口段为钢筋混凝土衬砌。地下水通过盲管导入纵向软式透水管，每隔30m 通过横向排水管排入排水边沟。路面水通过每隔30m集水坑排入Φ300铸铁排水管。

表1 支护参数表cm

施工过程中曾发生多次局部小塌方，左洞邻水洞端曾发生冒顶大塌方，左右洞各通过一次溶洞和两次煤层采空区。邻水洞端存在三处小煤窑采空区，后进行片石回填、注浆，并在边墙和行车道板下分别现浇钢筋砼托梁和钢筋砼板加固处理。洞顶坍落段为ZK26+022～ZK26+034、YK26+058～YK26+081、YK26 +334.089～YK26+357.089。该隧道长约800m，施工期围岩类别变更达29次，占建安费的89.7%[6]。

2000年通车后，该隧道经过十余年的运营，大量施工缝开裂，并产生了一些结构性裂缝和路面裂缝，洞内渗漏水病害比较严重。渗漏水漫流路面，携带粘土干燥后形成大量灰尘。大面积渗漏水对二衬混凝土耐久性、小半径隧道的运营安全等带来不利影响。

3 前期病害整治及效果评价

3.1 2010年病害整治措施

运营十余年间除每年定期养护外（以清理垃圾及车祸后局部修补为主），2010 年，养护单位根据检测报告[7]对老山梁子隧道的渗漏水、结构性病害等问题进行方案设计和加固施工[8，9]。主要措施如下：

①结构性病害处置。

对进出口段结构性裂缝纵横交错的段落（评价为1A、2A的衬砌段落）先进行渗漏水整治，再嵌套轻轨喷砼套拱，最后边墙瓷砖镶嵌。

②路面病害处置。

对出现贯通裂缝、交叉裂缝、板块破碎路面病害的段落整体更换路面板块，对未贯通的轻微路面裂缝进行裂缝修补，修补主要采用压缩空气配特制喷嘴及细铁丝钩子等工具，掏出裂缝中泥土等杂物，然后环氧树脂直接灌注。对处于下坡的左线广安端洞口至洞身400m范围路面微表处，提高路面抗滑阻力。

③渗漏水病害处置。

对拱部渗漏水裂缝刻槽封堵，对面状渗水部位直接涂刷KT1 高效防水材料；边墙钻孔将墙背水引入电缆沟；局部地段在路面底增设矩形排水沟，未增设水沟地段清通路侧排水管；路面涌水地段或板块破碎地段在路面板下增设排水盲沟，将地下水引入路侧矩形水沟或原路侧排水管；通过路面底排水管及电缆沟排水沟将地下水排出洞外。

3.2 渗漏水病害现状及整治效果评价

根据2014年定检报告[9]及详细的现场调查，形成洞身病害特征展示图，如图3 所示，以逐桩描述洞身工程地质条件、病害特征、既有处置措施、技术状况评定等。

图3 隧道洞身病害特征展示图

老山梁子隧道洞内衬砌裂缝在边墙、拱腰及拱顶均有发育，以环向裂缝为主，多出现在边墙，基本呈微裂缝或微张开形态，施工缝开裂也很普遍。裂缝多伴有渗漏水甚至析出黑色物质。具体病害现状及处置效果如下：

①套衬及钢拱架喷浆整体效果较好。

处置位置为纵向裂缝、横向裂缝较发育，渗水较多，处置断面渗漏水得到有效控制，但封堵之后，水显示出迁移性，在边角及附近施工缝位置渗出，如图4所示。

图4 套衬边角渗漏水

②结构性裂缝治理效果较好。

左洞结构裂缝11处，长约20.2m，宽度为0.11mm～0.58mm；右洞结构裂缝8 处，长约12.8m，宽度为0.10mm～0.40mm，采用抹面、刻槽封堵，治理效果较好，特别是拱顶部位，多数未见再次渗水迹象，如图5所示。

图5 结构性裂缝治理效果

③施工缝采用以堵为主的措施处置，效果较差。

左洞治理77 处，未再次渗水23 处，再次渗水干水印44 处，湿水印或滴水10 处，其中全缝未达到治理效果共14处，如图6所示。右洞治理64处，未再次渗水13处，干水印42 处，湿水印或滴水9 处，其中全缝未达到治理效果共17处。

图6 施工缝仍在渗漏水

④边墙角泄水孔排水。

尚在流水孔左洞27 处，右洞9 处，孔口多析出黄泥、黑泥堆积检修道盖板，如图7 所示，孔径小，塑料材质易损，泄水管与钻孔未紧密结合，从管周漏水。约1/3孔口无流水或流水后干痕迹，即未能有效排水。

图7 边墙脚泄水孔析出黄泥

4 渗漏水病害原因分析

老山梁子隧道渗漏水病害的具体特征受其独特的地质环境、施工设计等因素影响。衬砌裂缝主要包括环向裂缝、斜向裂缝。根据设计、施工、运营、管养检测等全阶段时间序列资料，分析衬砌裂缝病害及渗漏主要原因。

4.1 工程地质条件影响

隧道长约800m，裂缝分布具有全线分布、局部集中的特征。分析是由于洞身穿越侏罗系中统兴田沟组、自流井组、下统珍珠冲组及三叠系上统须家河组等四套地层，围岩主要为泥岩、砂岩、砂质泥岩或泥质砂岩、灰岩、煤层等，软硬岩间隔分布，施工期就曾发生多次局部小塌方，围岩应力松弛差异大，在衬砌内部形成应力差异，生成裂缝。

隧道断面上裂缝多分布于左右幅墙体结构上。分析是由于隧道穿越泥岩、页岩，岩体破碎带等容易产生膨胀土压的地质类型，经过较长期的运行使用，隧道的环向排水盲管、纵向排水管等排水设施部分可能失效，导致衬背围岩中的水不能及时排出而积聚于衬砌背后，页岩、泥岩、砂质泥岩等软弱围岩充水膨胀，当围岩产生较大的位移或土压有所增加时，会使得衬砌和支护结构薄弱处（如衬砌施工缝、衬砌厚度不足等）产生破损，并出现墙体结构开裂。

多数施工缝渗漏是由于裂缝破损处进一步被挤压，防水层受损。在地下水活动的影响下，部分渗漏水处伴随有泥土（黄色、黑色）流出。

4.2 设计因素影响

左右洞各通过一次溶洞和两次煤层采空区，但经对比，溶洞及采空区段落内衬砌裂缝不发育，而相邻部位裂缝较发育。分析是由于溶洞及采空区在施工时工程措施较强，竣工资料显示这些段落采用80cm 钢筋砼二次衬砌，80cmC25 钢筋砼仰拱，而相邻部位仅采用35cm钢筋砼二次衬砌，35cmC20钢筋砼仰拱。

4.3 施工因素影响

施工时衬砌厚度不足、初支处置不良导致二衬与其不密贴、施工缝处置不当、施工各环节不能及时跟上导致不能及时成环等因素，加剧了隧道衬砌裂损的发生。

4.4 衬砌混凝土自身原因

经验证明，多数宽度不足0.2mm的裂缝属于干缩裂缝或者温度裂缝，走向没有规律，即由于混凝土材料及配比的原因，或者在隧道运营过程中混凝土受到温差的影响，都会导致衬砌的开裂。

4.5 多年运营后部分隐蔽的排水系统堵塞

排水系统堵塞导致局部水压力升高，沿衬砌裂缝渗出，又促进了裂缝的发展。

4.6 渗漏水病害发展趋势

经对比2009年、2010年检测结果及本次调查结果，未见裂缝规模（长度、宽度等）继续发展，即现状条件下衬砌不会出现突发性的结构安全事故。但渗漏水受季节性补给的地下水影响，雨季会沿既有裂缝渗出，并携带粘土、炭质土，漫流路面，影响行车安全，降低道路服务水平。

从以上分析可知，老山梁子隧道裂缝及渗漏水病害的根源包括工程地质条件复杂、围岩稳定性差、排水系统堵塞失效三个方面，这些因素共同导致了病害的发生及后续发展。

5 渗漏水整治措施

5.1 整治原则

①首要原则为确保行车安全，提高行车舒适性。隧道处在小半径弯道、长纵坡、雨多、雾多、交通量大的路段，事故多易堵塞，交通安全压力大，为广邻高速行车瓶颈路段，整治措施的制定以保证行车安全为前提，减少事故发生及继发性堵塞。

②技术上可行、经济上合理，确保安全、方便施工[10]。③整治措施看得见、摸得着，质量易于控制。

④尽量避免整治施工带来新的病害，保护现有隧道结构、排水、机电及附属设施。

⑤隧道长约800m，裂缝发育具有全线分布、局部集中的特征。2009 年结构性病害处置以嵌轻轨+喷砼套衬为主，效果较好，裂缝未见进一步发展，衬砌结构性病害已得到有效控制。处置方案基于隧道经过十多年的运行，围岩松弛及衬砌沉降变形已趋于稳定状态，二衬脱空及不密实对衬砌结构影响已经非常弱的实际，认定可不处置。

5.2 渗漏水整治

根据既有处置措施的优点及不足，拟用基本整治原则为“以排为主、排导通畅、封堵严密”。对存在渗水水印的环向施工缝采取凿槽埋管引排；无渗水环向施工缝开裂采取灌缝嵌补措施；对于局部衬砌开裂一般性干裂缝采用环氧树脂注浆嵌补裂缝。对雨季呈涌流、喷射状渗水处采用铁皮槽引流，并在渗漏水严重部位边墙底部设置Φ110 泄水孔，排出衬砌背后地下水，具体处置措施见表2。

表2 渗漏水处置措施表

渗漏水处置主要施工工艺及要求：

①清除砼表面及缝内污物（瓷砖、防火涂料应凿除），露出新鲜砼面，再切槽或涂刷。

②新鲜砼表面预湿处理，使其达到饱和面干状态，不得留有任何积水。

③KT1 等材料中水泥基结晶防水材料施工时必须严格按照产品要求进行。

④处置后应严格按照养护规程进行养护。

⑤衬砌背后地下水的疏排。沿隧道边墙脚两侧按间距10m设Φ110排水孔，如图8所示，将衬砌背后地下水引排至电缆沟后排出洞外，对局部渗漏水严重地段，加密泄水孔。对于渗漏水严重段落和施工缝渗漏严重且水量较大时，在渗水施工缝增加径向泄水孔，经环向排水槽引排至改造后的电缆槽，并在边墙脚增加Φ110泄水孔。

图8 边墙增设泄水孔

6 结语

老山梁子隧道为平曲线480m 的小半径单坡隧道，渗漏水对行车安全的影响尤为突出。渗漏水病害整治工程已历经三个雨季，渗漏水处置措施达到了预期效果，有效提高了车辆运营安全，保证了公路既有服务水平。研究认为，详细的病害调查统计、资料的溯源对比分析、合理的处置原则、因地制宜的分类制定处置措施等是运营期隧道渗漏水问题有效解决的基础。