多溶腔隧道渗漏水原因分析与处治

罗崴瑜

(广东省南粤交通韶赣高速公路管理处，广东 广州 510000)

1 工程概况

1.1 隧道工程地质条件及水文状况

韶赣高速公路白山隧址区属于亚热带季风为基带的山地气候，具有雨量充沛，日照充足，冬春冷、夏秋热，雨热同季，干湿分明等特点。多年平均降雨量1 537.4 mm，日最大降雨量308 mm，雨季一般5～9月，暴雨6～9月，雨季降雨量占全年降雨22%以上。隧址区属低山丘陵地貌区，岩性主要为灰岩，夹炭质灰岩，由于受多期次构造及风化作用影响，岩石溶蚀强烈，褶曲、节理、裂隙发育，岩层往往被切割成碎块状，不稳定、结合差，岩体为片状碎裂结构，岩溶发育，赋存有岩溶水，并发育有3个断层。在ZK6+050及ZK6+220隧道洞身上方存在溶洞、ZK6+150隧道底部存在溶洞。ZK6+000～ZK6+240部分洞身区段为粘土及亚粘土夹孤石，地下水丰富，遇水呈流塑状，溶洞、土洞、节理裂隙发育。隧道山顶有山塘，落水洞。地下水补给来源主要有大气降水的渗入补给，山塘水下渗补给，洞内承受的水压力较大。

1.2 原隧道洞身防排水情况

(1)原洞身防水措施

除仰拱部位外初期支护与二次衬砌之间满铺防水层，防水层采用EVA塑料防水板+无纺布。变形缝位置设橡胶止水带，同步设置背贴式止水带；纵向施工缝和洞身深埋段的环向施工缝设置带注浆管遇水膨胀橡胶止水条；环向施工缝设置背帖式止水带。二次衬砌采用防水混凝土。

(2)原洞身排水措施

隧道地下水丰富区段拱部每间隔20 m设高抗冲聚乙烯排水板环向盲沟。二次衬砌施工缝背后设置环向双排φ50HDPE单壁打孔排水管盲沟。边墙底衬砌外侧设置HDPE纵向排水暗管(φ100)，汇集高抗冲聚苯乙烯排水板、φ50HDPE排水盲沟以及拱墙外侧的塑料防水板及无纺布中的地下水，均集中到左右边墙底部的纵向排水暗管中。边墙底部横向每隔10 m设置一道φ100HDPE单壁无孔波纹管，引排边墙底衬砌外侧纵向排水暗管中集中水流，至隧道路面两侧设矩形边沟中。路面结构层内设置MF20型(20 cm×2.5 cm)塑料乱丝盲沟，疏排路面面板下方地下水。

1.3 施工期隧道塌方情况

施工期，韶赣高速公路白山隧道左洞ZK6+073～ZK6+156段发生塌方，该塌方段地质条件复杂，位于炭质灰岩地区，岩层溶蚀极度发育，形成大范围溶腔及溶槽。溶腔及溶槽内有的充填流塑状粘土，内夹大量孤石，进口段有的溶腔未充填，存在孤石，出口段地下水极为丰富。在塌方发生前夕，恰遇强降雨，使得本已丰富的地下水更加丰富，隧道侧壁水流不止，犹如瀑布。进口段围岩遇水再度软化，自稳能力迅速下降，先从钢拱架肋间挤出，随即形成空腔，钢拱架失去支撑功能，导致周围土体失稳，引起塌方。出口段紧邻进口，进口塌方后，扰动了出口拱肋上部空腔中的孤石，孤石滑落后，砸在本已修筑好的初衬上，导致被砸部位下凹，拉动钢拱架整体脱离土体，失去支撑功能，引发塌方。

2 隧道渗漏水调查检测及安全计算

2.1 隧道渗漏水专项调查时间

专项调查及检测选择在2015年5月底，在经历了20多天降雨后开展的，连续降雨后的调查及检测数据更具有代表性。

2.2 隧道周边地表环境调查

山顶植被茂盛，地表沟壑处粘土内夹石灰岩清晰可见，沟壑地表有小股水流，随着向下游流动，水流逐渐减少至消失，说明地表水、雨水容易下渗至山体。落水洞周边有5处塌陷坑，山顶山塘水位比旱季明显上涨。地表落水洞未发生明显坍塌现象，周边地下水顺落水洞下渗(发出明显水流声)。

2.3 隧道洞内渗漏水检测结果

检测范围内共存在36处衬砌表面开裂病害，从历年检测资料分析，衬砌表面裂缝没有出现快速发展的趋势，大部分裂缝在历年的隧道维修过程中已做封堵处理。隧道衬砌多处存在严重的季节性渗漏水现象，衬砌表面多处出现渗水、钙化物析出。在拱部位置有滴漏，侧墙个别裂缝位置存在股状喷射。测量泄水孔水压力为0.1 MPa，流量1 L/s，呈混浊状。现场采用pH试纸简易检查渗漏水pH值为7.0～8.0，对混凝土表面具有轻微腐蚀作用。

2.4 隧道衬砌背后密实状况检测结果

采用探地雷达对隧道衬砌背后密实状况进行检测，检测发现衬砌背后存在围岩脱空、二次衬砌与初期支护间存在空洞和积水现象。

2.5 隧道衬砌厚度检测结果

采用探地雷达对隧道衬砌病害进行检测，厚度值均满足设计要求，见表1。

表1 隧道衬砌厚度检测结果表

2.6 衬砌混凝土强度检测结果

衬砌混凝土强度现场回弹强度检测共计30个测区，碳化深度值检测共计90个测点，检测结果表明混凝土强度均大于设计强度C25。隧道衬砌混凝土整体状况良好，未存在材料劣化情况。

2.7 隧道衬砌结构安全计算分析

通过对韶赣高速公路白山隧道左洞ZK6+000～ZK6+240进行地质雷达探测可知，衬砌背后存在围岩脱空、二次衬砌与初期支护间存在空洞和积水情况，如果空洞处积水并形成压力，那么围岩在水压力作用下，势必会引起围岩失稳，将影响到隧道结构安全。因此对隧道结构安全状况进行了模拟计算分析。根据《公路隧道设计规范》(JTGD70—2004)表9.2.4-2中安全系数为1.7的要求，采用大型有限元软件模拟隧道衬砌背后空洞及围岩脱空、积水等场景，计算出几种病害场景下衬砌钢筋混凝土结构的强度安全系数，见表2；根据计算结果，对衬砌背后空洞或围岩脱空进行处治，可有效提升衬砌钢筋混凝土结构的强度安全系数。

表2 模拟场景计算衬砌钢筋混凝土结构的强度安全系数

3 隧道渗漏水病害原因分析

3.1 水文地质因素

隧道ZK6+000～ZK6+240区段衬砌背后岩溶发育，共探测到15处岩溶发育区域，42处小溶洞，地下水丰富，岩溶及溶蚀钙化物等随水进入隧道的排水设施，导致衬砌内排水设施堵塞，造成排水设施排水不畅或失效。因衬砌背后的水不能及时排出，形成承压水，导致隧道在衬砌承载力薄弱处出现开裂，发生渗漏水。

3.2 隧道结构因素

二次衬砌存在多条裂缝，施工缝位置存在环向裂缝(温缩裂缝)，在地下水压力较大的情况下，裂缝及施工缝发生渗漏水。

3.3 地表塌陷

隧道ZK6+000～ZK6+240区段山体顶部地表，存在冲沟及塌陷，周围地表水流入塌陷区，使得塌陷区范围加大。同时也增加了山体地下水的补给，引发隧道体部位发生水患。

4 韶赣高速公路白山隧道左洞ZK6+000～240区段渗漏水处治方案

4.1 地表处治

对韶赣高速公路白山隧道山体顶部的塌陷区采用回填粘土的方案进行处治。填土后的区域略高于地面，周边修筑排水沟渠，保持地表不积水且排水顺畅，减少或杜绝地表水的下渗。

4.2 洞内衬砌渗漏水处治

(1)边墙打泄水孔处治。在衬砌渗漏水路段应用新型可视化营运公路隧道边墙排水系统，在距离电缆沟盖板高度约为50～100 cm的拱脚处打设2个Φ76 mm的泄水孔，边墙钻孔纵向间距为3 m，严重渗漏水段落可加密，泄水孔钻孔深度3 m，内设置全透型曲纹网状PE韧性组合型透水管(Φ65 mm外管，Φ50 mm内管)，边墙部位设置可视化排水盒。

(2)隧道边沟底井点降水。对于左洞ZK6+000～ZK6+240区段渗漏水严重段落，采用边沟井点降水方法进行处治。在隧道边沟的底部增设间距为5 m、深为5 m的降水井点管，降水井成孔直径150 mm，采用全透型曲纹网状PE韧性组合型透水管(Φ110 mm外管，Φ60 mm内管)。

渗漏水施工缝处治，采用沿施工缝安装接水盒的处治方案。接水盒采用不锈钢材质，接水盒宽度为10～30 cm，必须包含住整个施工缝渗漏水区域，接水盒安装必确保与衬砌表面接触紧密，并用密封胶封闭，接水盒顺延至墙脚，将水引入边沟中。

渗漏水裂缝处治，采用低压注浆方案，注射剂采用聚氨酯浆。

(5)衬砌点渗处治，先在二次衬砌混凝土中凿深5 cm、宽10 cm的槽，涂刷界面胶后充填杜拉纤维防水砂浆。

4.3 衬砌背后溶洞注浆处治

采用填充m30防水水泥砂浆的处治方案。注浆管采用Φ42无缝钢管，根据隧道地质雷达检测报告中岩溶的位置和深度调整钻孔的布置和深度调整钻孔的布置位置和深度；充填从两个边孔开始，注浆压力0.2～0.5 MPa；当有混凝土从中孔流出时，接着从中孔压注水泥砂浆，直至出气孔有浆体流出，此段充填结束。施工时应控制好注浆压力，同时密切观察衬砌变形位移及周围裂缝的发展情况，对衬砌进行施工监测，确保施工安全。

4.4 二次衬砌与初期支护间空洞充填处治

采用充填轻质混凝土的处治方案。轻质混凝土抗压强度为10 MPa，容重1 200～1 300 kg。根据隧道地质雷达检测报告中衬砌脱空位置进行注浆孔布置，钻孔时，应根据检测报告中衬砌厚度严格确定钻孔深度，钻孔和注浆钢管禁止破坏原有防水层，注浆管采用Φ42无缝钢管，注浆端头部位采用丝扣连接长度为20 cm的导管。充填顺序应由低向高，由周边向中间进行，工作压力小于0.1 MPa，当有水泥浆液从中孔流出时，接着从中孔压注轻质混凝土，工作压力保持0.3 MPa，直至出气孔有水泥浆流出，此段充填结束，位置最上端一孔作为出气孔，待注浆完毕后，用轻质混凝土充填该注浆端头空洞，以使得注浆孔与周边二衬混凝土表面平整。若注浆后出现渗漏水则采用安装接水盒的处治方案。

4.5 注浆施工监测

隧道ZK6+000～ZK6+240区段注浆期间，开展了隧道结构监测，以保证隧道的安全运营。隧道注浆变形监测采用携带式测量机器人进行监测，每20 m设置1个监测断面进行结构监测，合计12个断面。每个监测断面在隧道拱顶布置一个拱顶下沉点，在衬砌两边布置两对水平收敛点，在超、慢车道外侧路面布置一对隆起监测点，共7个测点，每个测点采用永久放置的固定棱镜。注浆期间，衬砌沉降点共监测96点次，衬砌收敛点共监测384点次，路面隆起监测点共监测192点次。从各个断面的周边收敛、拱顶沉降、地表隆起数据分析来看，总体数据变化小，数据变化未达到预警值2 mm，施工注浆未引起各断面变形，可以判断各断面较稳定，隧道注浆区域总体稳定。

4.6 注浆验收标准

(1)衬砌背后溶洞注浆效果检测

采用浅层地震仪对衬砌背后溶洞注浆效果进行检测。在ZK6+000～ZK6+240段纵向布置测线，左右线均布设，测线环向间隔为4 m，测点纵向间隔为0.5 m，对进行注浆的溶洞及其前后10 m范围内进行检测，测线长度为1 623 m，共3 246测点，包括隧道拱顶、拱腰和边墙上，共计7条测线。围岩溶洞注浆效果检查显示，除拱部存在2处小范围不密实外其他位置的注浆效果达到设计要求。

(2)二次衬砌与初期支护间空洞注浆效果检测

采用地质雷达对隧道初支与二衬间空洞注浆效果进行检查，共计检测注浆位置22处，未发现空洞异常，满足注浆要求。

5 结束语

自2018年韶赣高速公路白山隧道左洞渗漏水专项处治完工后，截止2022年2月，韶赣高速公路白山隧道左洞ZK6+000～ZK6+240路段未再发生渗漏水病害。目前洞内引排水设施有效，洞内新型可视化营运隧道边墙墙脚排水系统工作正常，排水顺畅，排水状态可视化，且泄水孔内排水管可更换，有效解决了泄水管钙化堵塞等问题。证明多溶腔隧道ZK6+000～ZK6+240路段渗漏水原因分析正确，处治方案有效。