隧道渗漏水病害分析及处置技术探讨

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［摘要］营运隧道渗漏水会对隧道衬砌、设备造成损害甚至腐蚀，引起围岩变形并缩短设备使用寿命，严重时造成地面建筑物的不均匀沉降和破坏，从而危害行车安全及隧道运营安全。以韶赣高速白山隧道发生渗漏水等相关病害为例，研究分析了隧道渗漏水产生机理，探讨了隧道渗漏水等常见病害的成因，最终提供了对应的施工组织方案、施工处置技术，供同类隧道病害处置参考。

［关键词］公路隧道；病害处置；渗漏水；岩溶

隧道渗漏水对隧道衬砌、相关设备造成腐蚀，引起衬砌结构破坏、围岩变形，减少钢筋和混凝土的承载力，缩短设备使用寿命增加其维修费用，路面积水后降低轮胎和地面的附着力，严重时造成地面建筑物的不均匀沉降和破坏，长期渗水还会掏空支护结构背后的泥土，使支护结构背后形成空洞，同时使围岩松散，从而降低围岩等级，增加结构荷载，最终危害行车安全及隧道运营安全。在寒冷地区会进一步引发冻害，造成衬砌混凝土冻胀开裂，拱墙变形破坏。因此，研究隧道渗漏水的成因机理，在运营期采用合适的处置技术，不影响隧道正常运行的交通组织方式和快速精准的施工工艺，是隧道养护的重点研究内容之一。

1工程概况

白山隧道位于广东省韶赣高速公路，为分离式六车道高速公路隧道，全长1713m，设计时速100km/h；洞口净宽14.5m、净高5m；隧道路面横坡为单向坡2%；隧道内最大纵坡为3%，最小纵坡为0.5%；设计荷载为公路-I级。隧道两侧设路缘水沟，采用侧向盖板明沟排水。隧道断面为曲墙式，2010年建成通车，至今已运行近10年。隧址区属低山丘陵地貌区，山体由石炭系石磴子组炭质灰岩、泥灰岩及泥盆系帽子峰组泥岩、天子岭组灰岩构成，峰顶多呈浑圆状。隧址区地形起伏较大，局部切割较深，形成陡峭山坡。隧道轴向呈北东向横穿白山，沟脊纵向与隧道轴向多呈大角度相交。沿线局部段分布有采石场，地表水体不发育，仅局部基岩露头处有少量基岩裂隙水渗出。隧道洞身围岩主要为灰岩、泥灰岩及炭质灰岩，灰、灰黑色，隐晶质结构，中厚层状，结构面结合较好，围岩级别为Ⅱ~Ⅳ级；在K6+050及K6+220隧道洞身上方存在溶洞、K6+150隧道底部存在溶洞、该段围岩稳定性差，沿破碎带及岩溶发育段有利于脉状裂隙水、岩溶地下水活跃、集中，特别是在雨季或暴雨时有可能产生突发性、灾害性漏水。

2现场调查及检测结果

白山隧道在建设期间曾发生坍塌，在运营期间屡次发生渗漏水病害，目前最主要的病害仍是渗漏水。调查发现白山隧道左洞洞身衬砌共有77处病害：斜向裂缝1条，纵向裂缝3条，浸渗73处。左洞路面裂缝共计57条（34条为新增裂缝），其中包括8条路面纵向裂缝，裂缝主要集中在K5+700~K6+400区间，与衬砌渗水严重区域局部重合。为进一步查明隧道衬砌厚度及背后密实状况，利用地质雷达开展本隧道衬砌的勘探工作，具体采用400MHz天线，沿隧道纵向间隔0.7m布置测线，共布置21条测线，测线长度总计5040m。测线布置示意如图1所示。通过对各测线的雷达图像综合分析可知，衬砌背后存在脱空、不密实和积水情况，共探明缺陷位置21处，其中围岩脱空积水4处，衬砌内部不密实11处，衬砌背后脱空6处，缺陷长度共计200m，深度普遍在0.16~2.2m。

3白山隧道渗漏水病害原因及机理分析

引起白山隧道各类病害的原因较多，以下对各病害成因进行具体分析。

3.1衬砌裂缝病害分析

白山隧道衬砌裂缝主要包括环向、纵向、斜向3类。环向裂缝以施工缝开裂为主，总体裂缝宽度较小，推测为混凝土收缩及差异沉降变形引起。混凝土收缩开裂是由于衬砌混凝土配合比存在一定问题及混凝土浇筑施工方案不当，基础沉降是由隧道清底不彻底及工程地质条件差异较大引起的。当前环向裂缝对隧道结构安全影响较小，但对隧道衬砌长期使用寿命有一定影响。纵、斜向裂缝在本隧道均有少量分布，但无明显迹象表明其已影响隧道结构安全。引起纵、斜向裂缝的主要原因是工程地质条件较差、围岩压力和水压力较大、二次衬砌厚度不足、施工方案不当等。纵、斜向裂缝是结构安全的最大隐患，对可能影响隧道结构营运安全的裂缝，需通过专项检测评估后采用有效的加固措施进行处置。

3.2渗漏水病害分析

（1）水文地质因素：通过本次调查，已基本查清隧道地表的不良地质和隧道地下水的补、给、排关系，目前大气降水是隧道渗漏水的主要来源，在地表通过冲沟汇集后由地表落水洞、塌陷进入地下，沿隧道裂隙和岩溶进入隧道中；目前已通过水连通查明隧道地表的1号冲沟及2号冲沟对隧道渗漏水有直接影响，靠近2号冲沟侧的鱼塘对隧道渗漏水是否有影响需进行进一步的试验和判断；目前通过地质雷达探测到衬砌背后岩溶发育，这些岩溶和溶洞部分已发育到隧道衬砌背后，对隧道渗漏水和结构安全有直接影响，具体如图2所示。（2）隧道结构因素：隧道内存在较多的渗漏水的衬砌开裂病害，部分排水系统已失效或堵塞，在暴雨季节地下水沿隧道衬砌裂损部位和防排水系统薄弱部位进入隧道中。

3.3路面裂缝病害分析

本次调查发现左洞路面裂缝共计57条，其中新增34条，裂缝产生原因推测一是路面基层强度差异大或基层下存在空洞，在重车荷载作用下，使路面受力不均匀，造成路面开裂；二是超载和超限车辆增多使混凝土路面在试用期内超过规范要求，从而导致横向开裂。

3.4地表塌陷病害分析

2010年7月，K6+121左导洞初期支护发生掉块，随后左导洞发生坍塌，之后塌方段进一步扩大至K6+073~K6+156，引起K6+066处二衬出现裂缝，最终引发K6+082处地表塌陷，直径12m，深度11m，当时提出了地表排水、围岩注浆、衬砌增强、基底防降的综合治理方案。本次调查发现K5+900处周边地表存在塌陷发育，塌陷出现的原因主要为在雨季暴雨时地表水沿地表裂隙灌入地下，地下水位升高，水力坡降增大，由塌陷堆积于岩溶通道中的松散泥砂极有可能被水流冲蚀、运移进而涌入隧道，并使原有塌陷下沉扩大，泥砂被带走，地表浮土层被掏空，导致塌陷不断下沉发育。

4毛毡岭隧道渗漏水处置设计及施工关键技术

在充分分析白山隧道病害成因和病害情况的基础上，根据国内外成熟经验和本项目隧道病害以往处置经验对其进行处置，总体原则为：（1）按原设计等级标准进行处置；（2）保证结构的稳定和安全；（3）处置后隧道的水害不应影响行车安全；（4）处置方案施工技术经济合理并简易可行。处置工程施工前，必须制订详细的施工组织设计（图3），并配套相应的安全生产施工方案和交通组织方案。根据本工程所涉及的具体渗漏特征和情况，并根据其他地区有关治理隧道渗漏水方面经验，隧道渗漏水治理整体原则是“地表排水、围岩堵水、洞内衬砌堵排结合，三位一体综合治理。”地表主要修筑排水沟，围岩主要针对已探明存在浅层溶洞注浆回填封堵岩溶水。在严重渗漏水的地段对拱部注浆止水，然后集中对渗漏水处进行引、排处理；对拱部渗漏水严重的涌水、滴漏段采用堵排结合、先堵后排（对衬砌背后注浆，注浆仍可能会有水渗入衬砌背后，再进行引排）、综合整治的方式进行，对边墙采用以排为主的方式进行；局部伴有泥砂则以堵为主，轻微的点状、面状、线状渗漏水先打磨后进行浅层注浆后表面涂刷放水涂料。总之，引水是把裂缝渗漏水及施工缝渗漏水引入道路两边的排水沟中；堵水是指在渗漏水严重区域不宜引水的混凝土裂缝或空洞处理中，尽可能地选择合适的防水材料和工艺，封闭混凝土内部的渗水通道和空隙，从而达到综合治理，取得良好的治理效果，渗漏水总体治理思路如图4所示。

4.1洞内渗漏水堵排结合处置

（1）对衬砌表面面渗（无明显出水点，因混凝土浇筑过程中振捣不实等质量问题引起的表面浸润），采用钻浅孔注聚氨酯，并在注浆完毕后在混凝土表面涂刷防水层的方式进行（边墙贴有瓷砖部位不涂刷防水层）处置。（2）对渗水施工缝，采用明接不锈钢排水盒方法处置。沿施工缝清除衬砌表面宽度为20cm的区域，在确保清除的衬砌表面平整、洁净的基础上，涂刷聚硫建筑密封胶边粘不锈钢接水盒，接水盒采用M8膨胀螺栓固定，施工时必须做到接水盘与衬砌接触面平顺、密封，墙角处采用100PVC排水管将水引入边沟中。

4.2白山隧道

ZK6+000~240区段围岩注浆处置对此段衬砌背后5m以内的溶洞进行填充处置，以加强围岩自承能力，提高衬砌结构安全度。探明裂隙与空洞形态后，再选取适当部位打设灌注孔和排气孔，然后注M30速凝防水水泥浆。为确保施工安全，灌注施工时，应在施工部位二次衬砌外进行隧道衬砌变形观测，在二衬表面埋设变形观测点，及时掌握注浆过程中二衬发生的变形情况，且空腔填充施工应在枯水期进行。注浆工序应按由低到高、由近及远、跳孔注浆的方式自下而上分段进行，在引孔后采用钢花管注浆，并结合试验段注浆效果进行调整，最外侧两排注浆孔宜控制在边墙两侧2~5m，且孔深宜至路面下不少于5m，宜优先实施最左侧一排注浆孔。注浆完成后应采取适当的分析、检测等方法对注浆效果进行评定，评价注浆是否达到预期目的，后续验收工作中可采用物探或钻孔的方法对注浆效果进行评价。

4.3白山隧道二次衬砌与初期支护间空洞充填处置

根据地质雷达专项检测结果，对二次衬砌混凝土厚度小于30cm，与初期支护间脱空高度大于20cm，连续长度大于2m的脱空部位需压注轻质混凝土进行填充处置，用以改善结构受力状态，使结构均匀受力，达到结构补强的目的。

4.4白山隧道地表处置

白山隧道K5+900处山体顶部“落水洞”周围地表处置采用修建排水沟和塌陷回填的方法进行。

4.4.1排水沟设计方案结合白山隧道山体地形情况，排水沟布置时考虑地表条件，将容易出现地表水下渗位置隔离开。沿已形成自然冲沟位置及陡坎位置布设，坡面及坡脚出现土洞周围，水沟布置成环状。除满足暴雨时排水能力需要外，排水沟方式选择考虑落叶堵塞、检查方便等方面，1号地表排水沟和2号地表排水沟A段倒梯形排水沟上底宽1.2m，下底宽0.6m，高0.4m；2号地表排水沟B段倒梯形排水沟上底宽2m，下底宽1.2m，高0.6m。1号地表排水沟长811.6m，2号地表排水沟A段长307.4m，2号地表排水沟B段长392.6m。排水沟采用20cm厚C20混凝土砌筑。

4.4.2塌陷回填处置方法回填处置施工方法及措施：首先清理塌陷内杂物至塌陷底部后，坑底夯实，然后回填素土并夯实，压实度不得小于90%，在回填至地表高度下50cm时需铺设土工织棉，粘土回填表面呈凸出的壳体状，中心部位高于地面高度不小于0.5m。本次设计需处置3个地表塌陷和1个面积约300m2的山塘。山塘采用20cm厚C20混凝土铺底。具体地表塌陷位置及尺寸见表1。

5结论

本文通过分析白山隧道衬砌及路面裂缝、地表塌陷及最主要的渗漏水病害，提出了“以排为主，排堵结合，集中凿槽打孔引排”的渗漏水处置原则。封闭主车道→主车道处边墙及拱部病害处理→封闭超车道→超车道处边墙及拱部病害处理的隧道处治施工工序。隧道病害处置属于高风险的特殊施工，须邀请有丰富的隧道病害处置施工经验的施工队伍进行处置，以免造成二次病害，带来更大的经济损失和社会影响。结合本隧道渗漏水处置经验，提出以下建议以供参考。（1）对交通流量较大的高速公路，可采用交替封闭慢车道和主车道或超车道和主车道的交通组织方式进行；采用防护门架施工时，应在门架前设防撞砂桶，设置标志标牌等安全设施，尽量减少防护门架施工时间。（2）对地表塌陷的回填和修建排水沟可采用已有的废弃乡道和便道，以减少处置成本及土地损失。

参考文献

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作者：何志军 单位：广东华路交通科技有限公司