公路隧道滲漏水病害的預防措施研究

姬兵亮

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

滲漏水是公路隧道最為常見的病害，極難治理，往往誘發和加重其他病害，對隧道的運營存在嚴重影響。長期的滲漏水造成隧道侵蝕破壞、降低使用壽命；寒區隧道反復凍融使得襯砌破壞；地下水的長期滲流帶走大量泥沙造成隧道背后出現洞，圍巖強度及穩定性降低，威脅結構安全；路面結冰嚴重威脅行車安全，路面的翻漿冒泥嚴重影響通行等。如何科學有效地預防、減輕和處治公路隧道滲漏水值得深入研究。

1 隧道滲漏水原因分析[1]

隧道的修建，破壞了穿越區域圍巖內的水系統平衡，隧道成為所穿區域圍巖地下水集聚的通道。如果圍巖內含水豐富，而襯砌的防水及排水設施不完善時，就有可能產生滲漏水病害。歸結起來隧道滲漏水的主要原因有以下幾個方面。

1.1 地質勘查

由于各方面的原因，很多隧道的地質水文勘查工作開展的較為粗糙，獲取的資料不充分、準確，隧道線路沒有避開復雜地質或不良地質，給隧道施工及防排水帶來困難，為后期隧道滲漏水埋下隱患。

1.2 防水設計方面

部分設計單位沒有對隧道的圍巖特征、水文特性深入了解，沒有采取有針對性的、科學的防排水系統設計，導致隧道防排水系統的應對能力不足，后期隧道滲漏水。

1.3 材料使用

目前我國防水材料生產廠家眾多，材料性能參差不齊，設計中往往對防水層的參數指標要求不具體，導致可選擇的廠家很多，施工單位往往選擇價廉的防水材料。

二是防水層的耐久性無配套實驗方法，工程試驗中雖然對材料物理指標如拉伸、撕裂、刺破等性能有較多的試驗檢查，可避免在施工過程中不受損壞，但耐久性指標卻往往缺乏重視，但一些工程運營一定時間后開始滲漏水。

1.4 防水施工

隧道防排水系統施工中往往不能嚴格按照設計和規范施工，導致防排水系統存在原始缺陷，造成隧道滲漏水。隧道防排水施工中常見的問題有[2]：

a）排水系統銜接不暢，公路隧道的排水系統由環向排水管、縱向排水管、排水邊溝或中心排水管等組成，施工過程中若排水管上下沒有銜接好或中間斷開、三通管連接不暢、縱向排水管反坡設置和排水管中間淤塞等，使隧道在運營中不能將地層中的滲水暢通排出，造成襯砌壁后水壓增高而引起隧道滲漏。

b）鋪設基面粗糙損傷防水層，在巖石地層或噴射混凝土基面上，未按照規范對基面進行處理，二次襯砌混凝土澆筑時，塑料防水層受到擠壓力或直接被尖銳物刺破，以及混凝土收縮時，防水板受到剪力，導致防水板損壞。

c）隧道施工縫或沉降縫處止水帶安裝不能達到設計要求，導致隧道在施工縫或沉降縫處存在薄弱面，成為隧道滲水主要區域，事實上很多隧道滲漏水主要發生在施工縫或沉降縫處。

d）隧道二襯混凝土質量不佳也是隧道滲漏水的一大要因，二襯是隧道防滲的最后一道防線，但許多隧道二襯內部尤其是拱頂部位存在不密實、空洞區域，成為又一薄弱點，滲漏水可能性加大。

1.5 運營管理

隧道的運營過程中應該對可維護的防排水系統進行定期維護，而很多隧道運營管理機構往往疏于這項工作，隧道內排水系統堵塞、洞外截排水溝損壞及堵塞等間接造成隧道滲漏水。

2 隧道滲漏水的預防

2.1 隧道防排水設計[3]

隧道防水要“防患于未然”，首先從設計做起，要在水文地質調查的基礎上，從工程規劃、結構設計、材料選擇、施工工藝等方面進行合理設計。

2.1.1 公路隧道防排水設計應遵循的原則

a）做好隧道的水文地質勘查工作，獲取充分的資料，盡量避開復雜地質、不良地質尤其是富水地層。

b）對下穿江、河、村鎮、城市及對環境有特殊要求的隧道宜采取全封閉不排水的原則。

c）應對附近的井泉、池沼、水庫、溪流等進行調查，必要時進行觀測和試驗，設計采取相應的預防和處治措施，如采用堵水施工工藝、加強結構防水性能設計等。

d）對巖溶、高壓水和適當排水不會影響環境的隧道宜采取以堵為主，限量排放的原則。

e）排水對環境確無影響時宜采取排水的原則，并考慮排水措施的可維護性。

2.1.2 公路隧道防排水設計應考慮的方面

a）依照隧道降雨量、地質水文狀況、圍巖及含水量等情況劃分區段進行防排水設計，分別采取有針對性的防排水策略，精細化防排水設計。

b）在富水區段，采用注漿防水，可按照以下原則進行注漿防水：根據地質情況、掘進和支護的方式、支護預期的變形量、相鄰隧道的相互影響及其他構筑物的位移、沉降、水資源保護的要求進行注漿防水方案的選擇；對地質預測、預報有大量涌水的軟弱地層地段，宜采用地表或洞內全封閉超前預注漿；在開挖后如有滲漏水或大股涌水時，宜采用支護前圍巖注漿。當初期支護表面有超出設計允許的滲漏水時，應用回填注漿或徑向注漿進行處理。

c）在隧道埋深大、節理發育、地下水豐富的情況下，為保證襯砌結構外圍排水暢通，消除襯砌結構靜水壓力，可在初期支護（噴射混凝土層）完成之前視情況埋設排水圓形半管或矩形排水半管（圖1），形成暗埋、永久式排水通道系統，將水引入隧道縱向排水管或通過盲溝（管）引入排水溝排出洞外。

注：圓形排水半管市場已有成品供應，矩形排水半管可根據圍巖出水點的大小設計制作和安裝，材質以不銹鋼板為最佳，塑料也可，但應保證足夠的剛度。

圖1 矩形排水半管示意

d）二襯與初襯之間鋪設高分子防水板和無紡布，采用無釘鋪設。

e）二襯采用防滲混凝土，隧道混凝土結構抗滲等級不得低于P6，設計采用防水混凝土時，其抗滲等級不得低于P8，并重視施工縫、沉降縫的處理構造和工藝。

2.2 隧道防排水系統的施工[4]

隧道結構防排水必須按照設計施工，應做到以下幾點：

a）對于覆蓋層較薄和滲透性強的破碎巖層，地表處置與地表水的放排堵截宜及早處理，應經常檢查高水位水池，防止水流泄漏，洞內施工臨時排水應經常清理疏通，防止積水。

b）應重視初期支護的防水能力，做好施工縫和變形縫防水，確保盲溝、排水管（溝）排水暢通，中心排水管埋好后，應進行通水試驗，發現積水漏水及時處理。

c）依據功能要求、類型及技術要求合理選擇防水板材；充分重視防水板的敷設工作，防水板材敷設前應對初襯表面進行清理整平，杜絕鋼筋頭、錨桿頭、石塊等尖銳物遺留，對較大坑洼應進行補噴平順，避免防水板刺破和漲破；選擇合理的防水板材敷設和焊接方法，掌握好預留松弛量，確保松緊有度，避免在澆筑混凝土時漲破。

d）應充分利用混凝土自防水能力，二襯混凝土施工時加強振搗，避免出現內部不密實、空洞等缺陷，拱部混凝土澆筑時應在拱頂預留注漿孔，注漿孔間距不大于3 m，且上坡端頭部位應不少于1個，在襯砌強度大于100%后進行逐一注漿，注入砂漿強度應滿足設計要求，注漿壓力控制在0.1 MPa以內；待漿液凝固后采用地質雷達探測，如發現拱頂仍存在不密實及空洞現象時，應及時處理。

e）附屬洞室與正洞連接處的防排水系統應與正洞同時同標準完成。

2.3 隧道基底防排水設計與施工

為避免公路隧道在運營過程中路面出現翻漿、冒泥及坑槽等病害，隧道位于富水特別是有承壓水的區段應進行隧道基底防排水的設計及施工。

a）隧道基底圍巖較好、巖石遇水不易軟化時，出水量較小，宜采用滲井排水法，沿中央排水溝按照一定間距設置與其相通的滲井，設置間距根據基底的出水量大小綜合確定，滲井宜采用圓形，直徑以小于中央排水溝寬度10 cm為宜，滲井內填碎石及塊石，為了便于檢查和清淤，可將滲井同中央排水溝檢查井設置在一起。隧道基底排水滲井示意見圖2所示。

圖2 隧道基底排水滲井示意圖

b）當隧道基底圍巖較差、巖石遇水易軟化時，出水量較大，為及時排除圍巖來水，宜采用密滲井暗管排水法，沿中央排水溝密設滲井，間距依據基底的出水量大小綜合確定，且宜大于5 m，滲井底部通過設置在仰拱底部的縱向暗管相連，暗管直徑宜為30～50 cm，采用C15無砂混凝土制成。隧道基底密井暗管法排水示意見圖3所示。

注：無砂混凝土的特點為排水性好，基底滲水可快速通過無砂混凝土暗管排出隧道，達到疏干基底地下水避免基底軟化的目的。

圖3 隧道基底密井暗管法排水示意圖

2.4 二襯端頭鋼模板固定止水帶施工技術的推廣應用

公路隧道施工縫設計安裝中埋式和背貼式橡膠止水帶，利用橡膠的高彈性，在荷載下可以產生較大的彈性變形，從而起到堅固密封防止滲漏水的作用。

傳統的止水帶安裝施工技術難以牢固固定止水帶，止水帶定位及安裝質量難以達到要求，在二襯混凝土澆筑過程中極易跑模，影響防水效果，因此運營隧道在沉降縫及施工縫處常出現滲漏水現象。

近年來鐵路客專發展起來一種止水帶安裝新技術，可顯著提高止水帶安裝及施工質量，且有優勢，公路隧道應學習引進并加以推廣利用。

a）技術原理 根據隧道輪廓及尺寸參數，設計制造內、外弧形鋼模板，采用螺栓連接。止水帶設置在內、外模板之間，除弧形鋼模本身連接外，并通過定型臺車內側鋼板預留孔及端頭鋼管固定，實現止水帶安裝新工藝。

注：二襯端頭模板采用定制的內、外弧形鋼模板，不僅可牢固定位止水帶，準確控制預留長度，減少施工活動對其造成破壞；而且封端更加牢靠，增強了抵抗混凝土澆筑時側壓力的能力，利于縱向鋼筋的安裝及預留。

b）系統組成 安裝體系由模板系統、連接系統、止水帶本體、支撐系統及預留孔洞五大部分組成（圖4）。

圖4 端模板系統組成示意圖（局部）

c）端模板構造 二襯弧形鋼模板厚0.5 mm，單元長度1 000～1 500 mm，半徑R較設計襯砌半徑加大50 mm。內、外鋼模板組合寬度較設計厚度加大200 mm，安裝完成后與襯砌臺車邊模板平齊為宜。弧形鋼模板組合可調節厚度為30 mm，最大不超過50 mm。端模板構造見圖5所示。

圖5 端模板構造

d）技術要求 二襯端頭鋼模板安裝對初期支護平整度要求較高，應滿足設計標準。為了保證模板準確定位，一塊模板范圍內（即環向100～1 500 mm范圍內）凹凸面高差小于等于50 mm/m2為宜。在施工過程中，應嚴格按設計及規范施工，控制好隧道超、欠挖，保證噴射混凝土表面平整度達標。

二襯端頭鋼模板固定止水帶施工技術具有以下特點：

（a）安裝便捷、省力，止水帶有一半外露，安裝質量一目了然。

（b）減少了對木材的需求量，環保節能效益明顯。

（c）消除了隧道二襯止水帶施工中的質量通病，提高了隧道施工技術水平。

（d）襯砌端模嚴密性較好，減少了混凝土澆筑過程中的漏漿現象，有效地提高了混凝土質量。

2.5 運營管理

在隧道的運營過程中應重視對防排水設施的維護工作，主要做好以下工作。

a）洞外截排水溝的日常維護工作 定期維護、清理截排水溝，保持排水暢通，避免明水下滲，將降雨及流水引排至遠離隧道的區域，減小隧道圍巖含水量，降低水壓力。

b）洞內中央排水溝的定期清理 定期清理疏通中央排水溝，使其暢通排水，釋放減小水壓力；洞外中央排水溝出口部位冬季加強保溫工作，防止排水洞口冰凍密封導致水壓增大。

3 結語

消除或減輕隧道滲漏水現象對減少隧道養護費用、改善行車條件、減少事故隱患均有重要意義。由于造成隧道滲漏水原因眾多，采用單一的預防措施的作用與效果總是有局限性的。因此，在面對這一問題時，必須采用系統性思想，把握全局，注重細節，采用創新技術，綜合考慮同時采用多種措施進行綜合防治，并在施工中嚴格按照施工程序施工，做好質量控制工作；當運營過程中出現病害時，應當及時查明原因及時按照《公路隧道養護技術規范》(JTG H12—2003)規定的方法處理，以免造成病害持續發展導致滲漏水的發生發展。