隧道滲漏水病害分析及處置技術(shù)探討

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［摘要］營(yíng)運(yùn)隧道滲漏水會(huì)對(duì)隧道襯砌、設(shè)備造成損害甚至腐蝕，引起圍巖變形并縮短設(shè)備使用壽命，嚴(yán)重時(shí)造成地面建筑物的不均勻沉降和破壞，從而危害行車(chē)安全及隧道運(yùn)營(yíng)安全。以韶贛高速白山隧道發(fā)生滲漏水等相關(guān)病害為例，研究分析了隧道滲漏水產(chǎn)生機(jī)理，探討了隧道滲漏水等常見(jiàn)病害的成因，最終提供了對(duì)應(yīng)的施工組織方案、施工處置技術(shù)，供同類(lèi)隧道病害處置參考。

［關(guān)鍵詞］公路隧道；病害處置；滲漏水；巖溶

隧道滲漏水對(duì)隧道襯砌、相關(guān)設(shè)備造成腐蝕，引起襯砌結(jié)構(gòu)破壞、圍巖變形，減少鋼筋和混凝土的承載力，縮短設(shè)備使用壽命增加其維修費(fèi)用，路面積水后降低輪胎和地面的附著力，嚴(yán)重時(shí)造成地面建筑物的不均勻沉降和破壞，長(zhǎng)期滲水還會(huì)掏空支護(hù)結(jié)構(gòu)背后的泥土，使支護(hù)結(jié)構(gòu)背后形成空洞，同時(shí)使圍巖松散，從而降低圍巖等級(jí)，增加結(jié)構(gòu)荷載，最終危害行車(chē)安全及隧道運(yùn)營(yíng)安全。在寒冷地區(qū)會(huì)進(jìn)一步引發(fā)凍害，造成襯砌混凝土凍脹開(kāi)裂，拱墻變形破壞。因此，研究隧道滲漏水的成因機(jī)理，在運(yùn)營(yíng)期采用合適的處置技術(shù)，不影響隧道正常運(yùn)行的交通組織方式和快速精準(zhǔn)的施工工藝，是隧道養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一。

1工程概況

白山隧道位于廣東省韶贛高速公路，為分離式六車(chē)道高速公路隧道，全長(zhǎng)1713m，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h；洞口凈寬14.5m、凈高5m；隧道路面橫坡為單向坡2%；隧道內(nèi)最大縱坡為3%，最小縱坡為0.5%；設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)。隧道兩側(cè)設(shè)路緣水溝，采用側(cè)向蓋板明溝排水。隧道斷面為曲墻式，2010年建成通車(chē)，至今已運(yùn)行近10年。隧址區(qū)屬低山丘陵地貌區(qū)，山體由石炭系石磴子組炭質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r及泥盆系帽子峰組泥巖、天子嶺組灰?guī)r構(gòu)成，峰頂多呈渾圓狀。隧址區(qū)地形起伏較大，局部切割較深，形成陡峭山坡。隧道軸向呈北東向橫穿白山，溝脊縱向與隧道軸向多呈大角度相交。沿線局部段分布有采石場(chǎng)，地表水體不發(fā)育，僅局部基巖露頭處有少量基巖裂隙水滲出。隧道洞身圍巖主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r及炭質(zhì)灰?guī)r，灰、灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀，結(jié)構(gòu)面結(jié)合較好，圍巖級(jí)別為Ⅱ~Ⅳ級(jí)；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、該段圍巖穩(wěn)定性差，沿破碎帶及巖溶發(fā)育段有利于脈狀裂隙水、巖溶地下水活躍、集中，特別是在雨季或暴雨時(shí)有可能產(chǎn)生突發(fā)性、災(zāi)害性漏水。

2現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及檢測(cè)結(jié)果

白山隧道在建設(shè)期間曾發(fā)生坍塌，在運(yùn)營(yíng)期間屢次發(fā)生滲漏水病害，目前最主要的病害仍是滲漏水。調(diào)查發(fā)現(xiàn)白山隧道左洞洞身襯砌共有77處病害：斜向裂縫1條，縱向裂縫3條，浸滲73處。左洞路面裂縫共計(jì)57條（34條為新增裂縫），其中包括8條路面縱向裂縫，裂縫主要集中在K5+700~K6+400區(qū)間，與襯砌滲水嚴(yán)重區(qū)域局部重合。為進(jìn)一步查明隧道襯砌厚度及背后密實(shí)狀況，利用地質(zhì)雷達(dá)開(kāi)展本隧道襯砌的勘探工作，具體采用400MHz天線，沿隧道縱向間隔0.7m布置測(cè)線，共布置21條測(cè)線，測(cè)線長(zhǎng)度總計(jì)5040m。測(cè)線布置示意如圖1所示。通過(guò)對(duì)各測(cè)線的雷達(dá)圖像綜合分析可知，襯砌背后存在脫空、不密實(shí)和積水情況，共探明缺陷位置21處，其中圍巖脫空積水4處，襯砌內(nèi)部不密實(shí)11處，襯砌背后脫空6處，缺陷長(zhǎng)度共計(jì)200m，深度普遍在0.16~2.2m。

3白山隧道滲漏水病害原因及機(jī)理分析

引起白山隧道各類(lèi)病害的原因較多，以下對(duì)各病害成因進(jìn)行具體分析。

3.1襯砌裂縫病害分析

白山隧道襯砌裂縫主要包括環(huán)向、縱向、斜向3類(lèi)。環(huán)向裂縫以施工縫開(kāi)裂為主，總體裂縫寬度較小，推測(cè)為混凝土收縮及差異沉降變形引起。混凝土收縮開(kāi)裂是由于襯砌混凝土配合比存在一定問(wèn)題及混凝土澆筑施工方案不當(dāng)，基礎(chǔ)沉降是由隧道清底不徹底及工程地質(zhì)條件差異較大引起的。當(dāng)前環(huán)向裂縫對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全影響較小，但對(duì)隧道襯砌長(zhǎng)期使用壽命有一定影響?？v、斜向裂縫在本隧道均有少量分布，但無(wú)明顯跡象表明其已影響隧道結(jié)構(gòu)安全。引起縱、斜向裂縫的主要原因是工程地質(zhì)條件較差、圍巖壓力和水壓力較大、二次襯砌厚度不足、施工方案不當(dāng)?shù)?。縱、斜向裂縫是結(jié)構(gòu)安全的最大隱患，對(duì)可能影響隧道結(jié)構(gòu)營(yíng)運(yùn)安全的裂縫，需通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)評(píng)估后采用有效的加固措施進(jìn)行處置。

3.2滲漏水病害分析

（1）水文地質(zhì)因素：通過(guò)本次調(diào)查，已基本查清隧道地表的不良地質(zhì)和隧道地下水的補(bǔ)、給、排關(guān)系，目前大氣降水是隧道滲漏水的主要來(lái)源，在地表通過(guò)沖溝匯集后由地表落水洞、塌陷進(jìn)入地下，沿隧道裂隙和巖溶進(jìn)入隧道中；目前已通過(guò)水連通查明隧道地表的1號(hào)沖溝及2號(hào)沖溝對(duì)隧道滲漏水有直接影響，靠近2號(hào)沖溝側(cè)的魚(yú)塘對(duì)隧道滲漏水是否有影響需進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)和判斷；目前通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)到襯砌背后巖溶發(fā)育，這些巖溶和溶洞部分已發(fā)育到隧道襯砌背后，對(duì)隧道滲漏水和結(jié)構(gòu)安全有直接影響，具體如圖2所示。（2）隧道結(jié)構(gòu)因素：隧道內(nèi)存在較多的滲漏水的襯砌開(kāi)裂病害，部分排水系統(tǒng)已失效或堵塞，在暴雨季節(jié)地下水沿隧道襯砌裂損部位和防排水系統(tǒng)薄弱部位進(jìn)入隧道中。

3.3路面裂縫病害分析

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)左洞路面裂縫共計(jì)57條，其中新增34條，裂縫產(chǎn)生原因推測(cè)一是路面基層強(qiáng)度差異大或基層下存在空洞，在重車(chē)荷載作用下，使路面受力不均勻，造成路面開(kāi)裂；二是超載和超限車(chē)輛增多使混凝土路面在試用期內(nèi)超過(guò)規(guī)范要求，從而導(dǎo)致橫向開(kāi)裂。

3.4地表塌陷病害分析

2010年7月，K6+121左導(dǎo)洞初期支護(hù)發(fā)生掉塊，隨后左導(dǎo)洞發(fā)生坍塌，之后塌方段進(jìn)一步擴(kuò)大至K6+073~K6+156，引起K6+066處二襯出現(xiàn)裂縫，最終引發(fā)K6+082處地表塌陷，直徑12m，深度11m，當(dāng)時(shí)提出了地表排水、圍巖注漿、襯砌增強(qiáng)、基底防降的綜合治理方案。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)K5+900處周邊地表存在塌陷發(fā)育，塌陷出現(xiàn)的原因主要為在雨季暴雨時(shí)地表水沿地表裂隙灌入地下，地下水位升高，水力坡降增大，由塌陷堆積于巖溶通道中的松散泥砂極有可能被水流沖蝕、運(yùn)移進(jìn)而涌入隧道，并使原有塌陷下沉擴(kuò)大，泥砂被帶走，地表浮土層被掏空，導(dǎo)致塌陷不斷下沉發(fā)育。

4毛氈嶺隧道滲漏水處置設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)

在充分分析白山隧道病害成因和病害情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)內(nèi)外成熟經(jīng)驗(yàn)和本項(xiàng)目隧道病害以往處置經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行處置，總體原則為：（1）按原設(shè)計(jì)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處置；（2）保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全；（3）處置后隧道的水害不應(yīng)影響行車(chē)安全；（4）處置方案施工技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理并簡(jiǎn)易可行。處置工程施工前，必須制訂詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)（圖3），并配套相應(yīng)的安全生產(chǎn)施工方案和交通組織方案。根據(jù)本工程所涉及的具體滲漏特征和情況，并根據(jù)其他地區(qū)有關(guān)治理隧道滲漏水方面經(jīng)驗(yàn)，隧道滲漏水治理整體原則是“地表排水、圍巖堵水、洞內(nèi)襯砌堵排結(jié)合，三位一體綜合治理?！钡乇碇饕拗潘疁希瑖鷰r主要針對(duì)已探明存在淺層溶洞注漿回填封堵巖溶水。在嚴(yán)重滲漏水的地段對(duì)拱部注漿止水，然后集中對(duì)滲漏水處進(jìn)行引、排處理；對(duì)拱部滲漏水嚴(yán)重的涌水、滴漏段采用堵排結(jié)合、先堵后排（對(duì)襯砌背后注漿，注漿仍可能會(huì)有水滲入襯砌背后，再進(jìn)行引排）、綜合整治的方式進(jìn)行，對(duì)邊墻采用以排為主的方式進(jìn)行；局部伴有泥砂則以堵為主，輕微的點(diǎn)狀、面狀、線狀滲漏水先打磨后進(jìn)行淺層注漿后表面涂刷放水涂料。總之，引水是把裂縫滲漏水及施工縫滲漏水引入道路兩邊的排水溝中；堵水是指在滲漏水嚴(yán)重區(qū)域不宜引水的混凝土裂縫或空洞處理中，盡可能地選擇合適的防水材料和工藝，封閉混凝土內(nèi)部的滲水通道和空隙，從而達(dá)到綜合治理，取得良好的治理效果，滲漏水總體治理思路如圖4所示。

4.1洞內(nèi)滲漏水堵排結(jié)合處置

（1）對(duì)襯砌表面面滲（無(wú)明顯出水點(diǎn)，因混凝土澆筑過(guò)程中振搗不實(shí)等質(zhì)量問(wèn)題引起的表面浸潤(rùn)），采用鉆淺孔注聚氨酯，并在注漿完畢后在混凝土表面涂刷防水層的方式進(jìn)行（邊墻貼有瓷磚部位不涂刷防水層）處置。（2）對(duì)滲水施工縫，采用明接不銹鋼排水盒方法處置。沿施工縫清除襯砌表面寬度為20cm的區(qū)域，在確保清除的襯砌表面平整、潔凈的基礎(chǔ)上，涂刷聚硫建筑密封膠邊粘不銹鋼接水盒，接水盒采用M8膨脹螺栓固定，施工時(shí)必須做到接水盤(pán)與襯砌接觸面平順、密封，墻角處采用100PVC排水管將水引入邊溝中。

4.2白山隧道

ZK6+000~240區(qū)段圍巖注漿處置對(duì)此段襯砌背后5m以內(nèi)的溶洞進(jìn)行填充處置，以加強(qiáng)圍巖自承能力，提高襯砌結(jié)構(gòu)安全度。探明裂隙與空洞形態(tài)后，再選取適當(dāng)部位打設(shè)灌注孔和排氣孔，然后注M30速凝防水水泥漿。為確保施工安全，灌注施工時(shí)，應(yīng)在施工部位二次襯砌外進(jìn)行隧道襯砌變形觀測(cè)，在二襯表面埋設(shè)變形觀測(cè)點(diǎn)，及時(shí)掌握注漿過(guò)程中二襯發(fā)生的變形情況，且空腔填充施工應(yīng)在枯水期進(jìn)行。注漿工序應(yīng)按由低到高、由近及遠(yuǎn)、跳孔注漿的方式自下而上分段進(jìn)行，在引孔后采用鋼花管注漿，并結(jié)合試驗(yàn)段注漿效果進(jìn)行調(diào)整，最外側(cè)兩排注漿孔宜控制在邊墻兩側(cè)2~5m，且孔深宜至路面下不少于5m，宜優(yōu)先實(shí)施最左側(cè)一排注漿孔。注漿完成后應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆治觥z測(cè)等方法對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)定，評(píng)價(jià)注漿是否達(dá)到預(yù)期目的，后續(xù)驗(yàn)收工作中可采用物探或鉆孔的方法對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.3白山隧道二次襯砌與初期支護(hù)間空洞充填處置

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)二次襯砌混凝土厚度小于30cm，與初期支護(hù)間脫空高度大于20cm，連續(xù)長(zhǎng)度大于2m的脫空部位需壓注輕質(zhì)混凝土進(jìn)行填充處置，用以改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)均勻受力，達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的目的。

4.4白山隧道地表處置

白山隧道K5+900處山體頂部“落水洞”周?chē)乇硖幹貌捎眯藿ㄅ潘疁虾退莼靥畹姆椒ㄟM(jìn)行。

4.4.1排水溝設(shè)計(jì)方案結(jié)合白山隧道山體地形情況，排水溝布置時(shí)考慮地表?xiàng)l件，將容易出現(xiàn)地表水下滲位置隔離開(kāi)。沿已形成自然沖溝位置及陡坎位置布設(shè)，坡面及坡腳出現(xiàn)土洞周?chē)?，水溝布置成環(huán)狀。除滿足暴雨時(shí)排水能力需要外，排水溝方式選擇考慮落葉堵塞、檢查方便等方面，1號(hào)地表排水溝和2號(hào)地表排水溝A段倒梯形排水溝上底寬1.2m，下底寬0.6m，高0.4m；2號(hào)地表排水溝B段倒梯形排水溝上底寬2m，下底寬1.2m，高0.6m。1號(hào)地表排水溝長(zhǎng)811.6m，2號(hào)地表排水溝A段長(zhǎng)307.4m，2號(hào)地表排水溝B段長(zhǎng)392.6m。排水溝采用20cm厚C20混凝土砌筑。

4.4.2塌陷回填處置方法回填處置施工方法及措施：首先清理塌陷內(nèi)雜物至塌陷底部后，坑底夯實(shí)，然后回填素土并夯實(shí)，壓實(shí)度不得小于90%，在回填至地表高度下50cm時(shí)需鋪設(shè)土工織棉，粘土回填表面呈凸出的殼體狀，中心部位高于地面高度不小于0.5m。本次設(shè)計(jì)需處置3個(gè)地表塌陷和1個(gè)面積約300m2的山塘。山塘采用20cm厚C20混凝土鋪底。具體地表塌陷位置及尺寸見(jiàn)表1。

5結(jié)論

本文通過(guò)分析白山隧道襯砌及路面裂縫、地表塌陷及最主要的滲漏水病害，提出了“以排為主，排堵結(jié)合，集中鑿槽打孔引排”的滲漏水處置原則。封閉主車(chē)道→主車(chē)道處邊墻及拱部病害處理→封閉超車(chē)道→超車(chē)道處邊墻及拱部病害處理的隧道處治施工工序。隧道病害處置屬于高風(fēng)險(xiǎn)的特殊施工，須邀請(qǐng)有豐富的隧道病害處置施工經(jīng)驗(yàn)的施工隊(duì)伍進(jìn)行處置，以免造成二次病害，帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。結(jié)合本隧道滲漏水處置經(jīng)驗(yàn)，提出以下建議以供參考。（1）對(duì)交通流量較大的高速公路，可采用交替封閉慢車(chē)道和主車(chē)道或超車(chē)道和主車(chē)道的交通組織方式進(jìn)行；采用防護(hù)門(mén)架施工時(shí)，應(yīng)在門(mén)架前設(shè)防撞砂桶，設(shè)置標(biāo)志標(biāo)牌等安全設(shè)施，盡量減少防護(hù)門(mén)架施工時(shí)間。（2）對(duì)地表塌陷的回填和修建排水溝可采用已有的廢棄鄉(xiāng)道和便道，以減少處置成本及土地?fù)p失。

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作者：何志軍 單位：廣東華路交通科技有限公司