論鐵路隧道滲水病害對襯砌結構的影響及治理方案

王軍輝

（中國鐵道科學研究院，北京 100081）

1 引言

由于鐵路隧道所處的地質條件極其復雜，大部分都處于山體內部，山體圍巖復雜多變，為防止出現嚴重的坍塌、冒頂、滲水事故，必須加強襯砌結構防護，否則將造成巨大的人員和經濟損失，這就對隧道設計和施工都提出了更加嚴格的要求。因此，設計人員和施工人員必須對隧道施工環境進行提前預判，針對可能出現的事故提前做好預案，最大限度地降低損失。通過相關現場的實地調查統計發現，我國的許多相關工程都不同程度地面臨著滲漏水問題。因此，針對性地開展隧道滲漏水的專項防治技術研究就顯得尤為重要。

2 工程概況

某鐵路項目控制性工程為一座長度為1 421m 的隧道，施工結束后監理部驗收時發現了存在部分質量缺陷：洞內滲水進入洞身襯砌結構，在二襯混凝土施工縫周邊發現多條裂縫。因此，有必要對這些缺陷進行修復后方可驗收通過。

3 隧道滲漏水成因

通過對調查數據進行統計分析，隧道滲漏產生的主要原因有：客觀自然環境因素、設計及施工因素、防排水設計及襯砌完整性因素 3 大類【1】。

3.1 客觀自然環境因素

1）地表下面的圍巖情況非常復雜，種類變化較大，地表下方環境中的地下水狀況、巖石的構成成分、穩定性因素等，都會影響隧道穩固性。

2）即便是完成開鑿工作的隧道，因為地形的變化，周圍的巖石依然會受到影響。

3）規模較大的雨雪天氣也會產生不利影響。

4）滲水問題也非常突出。滲水問題通常發生在隧道途經的斷層、溶洞、暗河等地帶。當遇到大規模雨雪天氣而積水無法順利排出時，便會影響到防排水系統，出現漏水問題。

3.2 設計及施工因素

1）影響隧道滲水的問題中防排水體系的設計至關重要，有些工程的設計忽略了自然天氣的影響，如排水如何應對大規模降水的問題。

2）正式施工中遇到的問題：施工縫中止水帶缺陷問題；施工步驟與方式問題；工程設計與現場自然環境的差異問題；防水板的接茬處焊接不嚴密或在進行模筑二襯時遭到損壞；其他排水設施中的管道有可能被封堵；相應的控制及驗收環節把控不當。

3.3 防排水設施及襯砌完整性因素

1）隧道工程具有隱蔽性強、施工難度大的特點，設計和施工不可能完全與周邊環境、地質狀況相協調，這就會導致設計和實際建設存在差別，在對其進行建設時應結合實際，對某些關鍵性數據進行及時的調整和改進，以應對某些突發狀況，若處理不當，極易產生隧道運營滲漏現象的發生。

2）防排水體系和襯砌的完整性是決定隧道滲漏的最直接因素。研究發現，所發生的滲水事件大部分都是由于排水溝被封堵導致的，其一旦被封堵則導致襯砌壁后排水不順暢，就會對隧道造成一定的水壓力，當其作用在隧道上時，會使襯砌發生變形甚至產生裂縫，導致地下水進入隧道。

4 鐵路隧道滲漏水對襯砌結構的影響

4.1 監控水壓力變化對襯砌結構的影響

通過構建單洞隧道計算機模型，模擬隧道拱頂、拱肩、邊墻等部位在中埋深地下水中的裂縫出現情況，可以在設計階段提前對可能出現的裂縫部位進行驗算，從而制定相應的設計方案。現場可實時觀察隧道內二次襯砌上拱頂、左右拱腳和拱底、左右拱肩和邊墻的模擬變化情況。通過分析這些位置的裂縫出現情況和滲漏水水壓變化情況，可以得到隧道內部的薄弱部位和由此產生的不良后果變化情況【2】。

通過現場測試結果，孔隙水壓力在隧道內滲漏位置比未出現滲漏的位置明顯偏高。其中，右拱肩滲漏位置孔隙水壓力較未滲漏位置水壓高6.65%。同理，右邊墻隙水壓力高2.53%，右拱腳水壓力高0.44%。

4.2 滲漏水對襯砌結構的其他影響

1）滲漏水導致隧道內的襯砌表面水壓力增大，影響了隧道的安全性和穩定性，局部的大面積積水將直接破壞其襯砌結構【3】；

2）襯砌開裂、風化更加嚴重，降低了隧道的使用年限；

3）滲透水嚴重腐蝕了襯砌中的水泥混凝土，降低了襯砌的承載力；

4）襯砌的凍脹裂損較多出現在溫度較低的嚴寒區域內的隧道，由于其環境惡劣、溫度較低，該病害容易導致襯砌破裂；

5）當隧道內部的滲漏水由于溫度降低而結冰時，將會增大襯砌縫隙，出現支護結構掉落、失效的病害；

6）部分隧道地處山區內，防排水設施主要以“半包式”為主，這種方式可以應對壓力較小的孔隙水，當降水過多、水壓過大時，就會造成襯砌的嚴重破壞。

5 隧道滲漏水的修復措施

隧道漏水縫隙處需按照“拱部封堵，邊墻疏排，以引為主，截堵相結合”的原則，同時結合漏水的位置、裂縫大小、水壓力情況等多項指標，再選擇合適的修復材料進行處置。

5.1 點狀滲漏水整治措施

在對襯砌裂縫整治過程中，首先需要對點狀滲漏水進行有效處理，具體步驟為：

1）精確查找隧道內部的滲漏點，做好其表面的清理工作，并為下一步工作做好標記工作；

2）對滲漏點進行鉆孔勘察，孔深在10～20cm，然后利用化學注漿頭埋設其中，同時用速凝混凝土對滲漏點進行封堵；

3）在注漿管內注入1MPa 以上壓力的清水進行打壓，以檢測周邊襯砌位置是否仍然存在未檢測到的滲漏點，并做好封堵工作；

4）針對大面積滲透位置，可采用注漿法進行堵截。注漿時壓力需達到0.5MPa 以上，并根據周邊地質環境做好壓力調整工作。為快速有效地堵截滲透點，注漿材料需選擇聚合物化學漿，該材料具有黏聚力高、凝固速度快、施工方便等多項優點【4】。

5.2 噴射混凝土施工處理裂縫方案

1）錨噴的施工流程：清面鑿毛→鉆孔插桿→掛網→噴射混凝土；

2）受噴面清理和鑿毛：對將要加固的結構面使用鋼刷進行雜質清理，使用鐵鑿和鐵錘開鑿出密度10.13 點/10cm2、深度0.5cm 的鑿毛面；

3）鉆孔和插入錨桿：該工序主要按照放樣、鉆孔、清孔、填孔、插錨桿的次序進行施工；

4）掛鋼筋網:對縱橫錨桿養護2d 后，即可進行鋼筋網的鋪設作業。鋼筋網鋪設時需按照先綁扎、后定位、再焊接的方法進行施工；

5）噴射混凝土施工：噴射混凝土施工需在掛鋼筋網施工結束后進行。該工序首先需要對鋼筋網用高壓水槍進行大面積清洗，當鋼筋網表面無明顯積水時，方可噴射混凝土。

5.3 開槽引排方案

1）清潔表面:清除襯砌混凝土表面的雜質，以便在最短時間內找到滲漏點；

2）割縫或鉆孔：對襯砌混凝土滲漏點切割出一個深度8cm、寬度6cm、間距2cm 左右的鉆孔；

3）人工開挖溝槽時需確保其完整性，溝槽防水層需達到23cm 以上，深度為8cm，采用倒梯形的結構形式；

4）埋管：將直徑50mm 的彈簧連接到直徑50mm 的PVC管上，埋設在溝槽底部，用鐵皮進行固定，以防止其脫落；

5）封填：使用橡膠止水條對埋管進行封閉，之后在其上方填筑水泥砂漿；

6）當封填的水泥砂漿強度達到相關規定時，可再次噴灑水霧進行修復養護，之后按照1∶2 的比例鋪設普通砂漿；

7）養護：對水泥砂漿進行一定溫度和濕度的養護，養護時間為2 周。

5.4 施工縫邊緣開裂處理

采用灌注水泥砂漿的方法，可有效降低施工縫邊緣裂縫對隧道二襯的進一步破壞。

5.4.1 注漿所用材料及配合比

環氧樹脂砂漿配比：環氧樹脂∶水泥∶細砂∶乙二胺∶二丁酯=1∶1.6∶3.2∶0.1∶0.12。其確定和使用要先經過試驗驗證合格性。

5.4.2 注漿工藝要點

1）壓力注漿系統布置：鉆孔的間隔距離需根據裂紋的方向、位置、深度等多種因素進行動態調整，其中，鉆孔深度需達到15cm 以上，間隔一般保持在0.5m 左右，施工時需注意禁止將襯砌打通；

2）預埋注漿嘴：注漿嘴的埋設需在裂縫擴槽、清理工序結束之后進行，其埋設的間距大小受裂縫寬度、方向、結構形式等多種因素的影響；

3）封閉裂縫：環氧膠泥的主要作用是對裂縫的溝槽進行填充，根據現場實際情況可靈活決定其加寬尺寸；

4）壓氣試漏檢測：環氧泥漿要想達到一定的結構強度，需靜置3h 以上才可使用，使用前需進行相關實驗檢測，以檢測其是否仍然存在空洞；

5）養護：養護需經過24h 之后才可以產生一定的結構強度，之后進行注漿嘴拆除后還需靜置12h 才可進行下一步驟。

6 結語

本文從自然因素、防排水系統的建設和完善等方面，對鐵路隧道內的襯砌滲漏的原因進行了簡要分析和討論。由滲漏產生的水壓力變化將導致襯砌的二次開裂和其他相關病害，產生了極大的安全隱患。針對這種情況，建議按照“疏、堵、排”的理念進行相關設計和建造。