隧道滲漏水病害分析及處置技術(shù)探討

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［摘要］營運隧道滲漏水會對隧道襯砌、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，嚴重時造成地面建筑物的不均勻沉降和破壞，從而危害行車安全及隧道運營安全。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)生機理，探討了隧道滲漏水等常見病害的成因，最終提供了對應的施工組織方案、施工處置技術(shù)，供同類隧道病害處置參考。

［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用，路面積水后降低輪胎和地面的附著力，嚴重時造成地面建筑物的不均勻沉降和破壞，長期滲水還會掏空支護結(jié)構(gòu)背后的泥土，使支護結(jié)構(gòu)背后形成空洞，同時使圍巖松散，從而降低圍巖等級，增加結(jié)構(gòu)荷載，最終危害行車安全及隧道運營安全。在寒冷地區(qū)會進一步引發(fā)凍害，造成襯砌混凝土凍脹開裂，拱墻變形破壞。因此，研究隧道滲漏水的成因機理，在運營期采用合適的處置技術(shù)，不影響隧道正常運行的交通組織方式和快速精準的施工工藝，是隧道養(yǎng)護的重點研究內(nèi)容之一。

1工程概況

白山隧道位于廣東省韶贛高速公路，為分離式六車道高速公路隧道，全長1713m，設(shè)計時速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)計荷載為公路-I級。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，至今已運行近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，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，圍巖級別為Ⅱ~Ⅳ級；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有可能產(chǎn)生突發(fā)性、災害性漏水。

2現(xiàn)場調(diào)查及檢測結(jié)果

白山隧道在建設(shè)期間曾發(fā)生坍塌，在運營期間屢次發(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，與襯砌滲水嚴重區(qū)域局部重合。為進一步查明隧道襯砌厚度及背后密實狀況，利用地質(zhì)雷達開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布置測線，共布置21條測線，測線長度總計5040m。測線布置示意如圖1所示。通過對各測線的雷達圖像綜合分析可知，襯砌背后存在脫空、不密實和積水情況，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11處，襯砌背后脫空6處，缺陷長度共計200m，深度普遍在0.16~2.2m。

3白山隧道滲漏水病害原因及機理分析

引起白山隧道各類病害的原因較多，以下對各病害成因進行具體分析。

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。環(huán)向裂縫以施工縫開裂為主，總體裂縫寬度較小，推測為混凝土收縮及差異沉降變形引起?；炷潦湛s開裂是由于襯砌混凝土配合比存在一定問題及混凝土澆筑施工方案不當，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。當前環(huán)向裂縫對隧道結(jié)構(gòu)安全影響較小，但對隧道襯砌長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?shù)??？v、斜向裂縫是結(jié)構(gòu)安全的最大隱患，對可能影響隧道結(jié)構(gòu)營運安全的裂縫，需通過專項檢測評估后采用有效的加固措施進行處置。

3.2滲漏水病害分析

（1）水文地質(zhì)因素：通過本次調(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、給、排關(guān)系，目前大氣降水是隧道滲漏水的主要來源，在地表通過沖溝匯集后由地表落水洞、塌陷進入地下，沿隧道裂隙和巖溶進入隧道中；目前已通過水連通查明隧道地表的1號沖溝及2號沖溝對隧道滲漏水有直接影響，靠近2號沖溝側(cè)的魚塘對隧道滲漏水是否有影響需進行進一步的試驗和判斷；目前通過地質(zhì)雷達探測到襯砌背后巖溶發(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57條，其中新增34條，裂縫產(chǎn)生原因推測一是路面基層強度差異大或基層下存在空洞，在重車荷載作用下，使路面受力不均勻，造成路面開裂；二是超載和超限車輛增多使混凝土路面在試用期內(nèi)超過規(guī)范要求，從而導致橫向開裂。

3.4地表塌陷病害分析

2010年7月，K6+121左導洞初期支護發(fā)生掉塊，隨后左導洞發(fā)生坍塌，之后塌方段進一步擴大至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，當時提出了地表排水、圍巖注漿、襯砌增強、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、運移進而涌入隧道，并使原有塌陷下沉擴大，泥砂被帶走，地表浮土層被掏空，導致塌陷不斷下沉發(fā)育。

4毛氈嶺隧道滲漏水處置設(shè)計及施工關(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)國內(nèi)外成熟經(jīng)驗和本項目隧道病害以往處置經(jīng)驗對其進行處置，總體原則為：（1）按原設(shè)計等級標準進行處置；（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影響行車安全；（4）處置方案施工技術(shù)經(jīng)濟合理并簡易可行。處置工程施工前，必須制訂詳細的施工組織設(shè)計（圖3），并配套相應的安全生產(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，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?，圍巖主要針對已探明存在淺層溶洞注漿回填封堵巖溶水。在嚴重滲漏水的地段對拱部注漿止水，然后集中對滲漏水處進行引、排處理；對拱部滲漏水嚴重的涌水、滴漏段采用堵排結(jié)合、先堵后排（對襯砌背后注漿，注漿仍可能會有水滲入襯砌背后，再進行引排）、綜合整治的方式進行，對邊墻采用以排為主的方式進行；局部伴有泥砂則以堵為主，輕微的點狀、面狀、線狀滲漏水先打磨后進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）對襯砌表面面滲（無明顯出水點，因混凝土澆筑過程中振搗不實等質(zhì)量問題引起的表面浸潤），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行（邊墻貼有瓷磚部位不涂刷防水層）處置。（2）對滲水施工縫，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，施工時必須做到接水盤與襯砌接觸面平順、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)段圍巖注漿處置對此段襯砌背后5m以內(nèi)的溶洞進行填充處置，以加強圍巖自承能力，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，應在施工部位二次襯砌外進行隧道襯砌變形觀測，在二襯表面埋設(shè)變形觀測點，及時掌握注漿過程中二襯發(fā)生的變形情況，且空腔填充施工應在枯水期進行。注漿工序應按由低到高、由近及遠、跳孔注漿的方式自下而上分段進行，在引孔后采用鋼花管注漿，并結(jié)合試驗段注漿效果進行調(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)先實施最左側(cè)一排注漿孔。注漿完成后應采取適當?shù)姆治?、檢測等方法對注漿效果進行評定，評價注漿是否達到預期目的，后續(xù)驗收工作中可采用物探或鉆孔的方法對注漿效果進行評價。

4.3白山隧道二次襯砌與初期支護間空洞充填處置

根據(jù)地質(zhì)雷達專項檢測結(jié)果，對二次襯砌混凝土厚度小于30cm，與初期支護間脫空高度大于20cm，連續(xù)長度大于2m的脫空部位需壓注輕質(zhì)混凝土進行填充處置，用以改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)均勻受力，達到結(jié)構(gòu)補強的目的。

4.4白山隧道地表處置

白山隧道K5+900處山體頂部“落水洞”周圍地表處置采用修建排水溝和塌陷回填的方法進行。

4.4.1排水溝設(shè)計方案結(jié)合白山隧道山體地形情況，排水溝布置時考慮地表條件，將容易出現(xiàn)地表水下滲位置隔離開。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)土洞周圍，水溝布置成環(huán)狀。除滿足暴雨時排水能力需要外，排水溝方式選擇考慮落葉堵塞、檢查方便等方面，1號地表排水溝和2號地表排水溝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號地表排水溝長811.6m，2號地表排水溝A段長307.4m，2號地表排水溝B段長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，然后回填素土并夯實，壓實度不得小于90%，在回填至地表高度下50cm時需鋪設(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)計需處置3個地表塌陷和1個面積約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表1。

5結(jié)論

本文通過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。封閉主車道→主車道處邊墻及拱部病害處理→封閉超車道→超車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險的特殊施工，須邀請有豐富的隧道病害處置施工經(jīng)驗的施工隊伍進行處置，以免造成二次病害，帶來更大的經(jīng)濟損失和社會影響。結(jié)合本隧道滲漏水處置經(jīng)驗，提出以下建議以供參考。（1）對交通流量較大的高速公路，可采用交替封閉慢車道和主車道或超車道和主車道的交通組織方式進行；采用防護門架施工時，應在門架前設(shè)防撞砂桶，設(shè)置標志標牌等安全設(shè)施，盡量減少防護門架施工時間。（2）對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損失。

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作者：何志軍 單位：廣東華路交通科技有限公司