運營公路隧道滲漏水病害特征成因及控制措施分析

李雪琪，張素磊,2，鮑 彤，周 明，岑佳能

（1.青島理工大學 土木工程學院，山東 青島 266033；2.青建集團股份公司，山東 青島 266071；3.慈溪市交通建設工程質量監督站，浙江 寧波 315300）

引言

根據國家交通運輸部統計數據，我國的高速公路隧道建設數量于2018 年底達17 738 座，總建設里程高達17 236 km，其中特長高速公路隧道1 058 座，總里程4 706 km，長隧道4 315 座，總里程7 422 km［1］。隨著隧道數量的增加，大量運營公路隧道出現了襯砌裂損、襯砌滲漏水和襯砌結構劣化等現象。現有統計表明：襯砌滲漏水現象普遍存在于運營超過10 年的公路隧道［2］。隧道滲漏水不斷侵蝕襯砌結構，造成襯砌保護層厚度不足、鋼筋銹蝕、混凝土開裂等現象，大幅度降低了結構安全性，為隧道運營安全埋下了巨大隱患［3］。襯砌滲漏水病害引起了大量專家的關注，并進行了一系列的研究，薛曉輝等［2］基于山西省公路隧道滲漏水病害數據，探討了襯砌滲漏水機理。劉庭金、鈄逢光等［4-5］基于現場檢測資料，揭示了連拱隧道襯砌滲漏水分布規律。李沿宗［6］結合現場檢測資料對鐵路隧道襯砌結構的滲漏水特征進行了總結。應偉［7］通過對某隧道襯砌滲漏水進行了統計分析，分別就不同形式的滲漏水病害提出了相應的治理建議。鄒育麟等［8-11］結合隧道現場檢測數據，對裂縫及滲漏水病害的分布特征及種類進行了統計，并從多方面綜合分析了襯砌滲漏水的成因。談識［12］結合數值計算軟件對不同排水條件下襯砌外水壓力進行了分析。葛玉強等［13］針對性的介紹了新型隧道中埋式防排水技術。張素磊等［14］依托某公路隧道，揭示了已有公路隧道防排水系統存在的不足，基于此提出了新型的防排水結構。可見，已有的隧道滲漏水研究成果有著重要的參考價值，但隧道工程存在較強的區域性特征，受所處水文地質環境影響較大，且不同年代建成的隧道，襯砌滲漏水程度存在一定差異。

1 隧道概況

調研的隧道主要位于杭州市西南部，隧址區地層地貌層次明顯，地形呈多樣化，以丘陵、山地為主，區域地質構造繁雜，夏季及初秋期間降雨量較大，隧道滲漏水現象尤為突出。統計的27 座隧道均位于國省道，單條隧道最長為3 005 m、最短51 m，運營10 年以內的隧道12 座、超過20 年的老舊隧道7 座，隧道信息統計見圖1。

圖1 隧道信息統計

2 隧道滲漏水病害特征分析

2.1 滲漏水分類

根據《公路隧道養護技術規范》（JTG H12—2015）的規定，依據滲漏水嚴重程度將襯砌滲漏水進行定性劃分：（1）浸滲：襯砌表面潮濕，無明顯滲水點。（2）滴漏：襯砌表面存在點滴狀滲水現象。（3）涌流：襯砌表面存在股狀滲水現象或存在線流狀滲水現象。（4）噴射：地下水從襯砌表面噴射出來。

檢測過程中存在浸漬、滴漏、涌流3 種類型的滲漏水現象，并無噴射現象，典型的襯砌滲漏水病害見圖2。

圖2 襯砌滲漏水病害

共檢測襯砌滲漏水417 處，不同類型滲流水統計見圖3。可見，襯砌滲漏水以浸滲為主、共364 處占87%，滴漏51 處占12%，涌流2 處占比不足0.5%。

圖3 滲漏水類型統計

圖4 滲漏水所處位置統計

2.2 滲漏水位置統計

圖4 為襯砌滲漏水所處位置統計圖。可見177處滲漏水位于襯砌裂縫位置，217 處位于三縫位置，其他位置僅有23 處。隧道經過一定時間的服役后，隧道襯砌結構的開裂及三縫位置止水條的老化為圍巖裂隙水、地表降水等提供了滲漏的通道，因此，滲漏水位于裂縫及三縫位置的比例高達94.5%。

襯砌裂縫和三縫位置不同類型滲漏水狀態統計見圖5，可見在襯砌裂縫處和三縫處，滲漏水均以浸滲形式為主，涌流形式的滲漏水僅有2 處，相比于襯砌裂縫處，三縫處更易出現滴漏。

圖5 滲漏水狀態統計圖

2.3 裂縫處滲漏水特征分析

2.3.1 裂縫類型對滲漏水影響分析

根據襯砌裂縫空間分布特征，襯砌裂縫可以分為三類：環向、縱向、斜向裂縫，見圖6。

圖6 襯砌裂縫病害

襯砌裂縫處滲漏水統計見表1。可見，裂縫位置滲漏水以浸滲為主，共計165 處，占比93%，滴漏共計11 處，主要分布于拱部位置，涌流1 處位于拱腳。滲漏水多數為浸滲，通常不會對隧道運營安全造成影響，涌流、噴射現象一般發生較少，表明隧道防排水系統雖然局部存在缺陷，但沒有完全失效。環向裂縫是滲漏水主要部位之一，滲水一般發生在邊墻和拱腳位置沿裂縫呈線狀分布，滲漏水程度相對較輕；大多會在襯砌應力集中位置和襯砌強度不足區域出現縱向、斜向裂縫，該位置也是滲漏水頻發位置。

表1 裂縫處滲漏水統計（處）

2.3.2 裂縫寬度對滲漏水影響分析

結合《混凝土結構設計規范》（GB50010—2010）的規定，并根據實際檢測結果，將裂縫寬度分為4 類：＜0.2 mm、0.2 ～1.0 mm、1.0 ～3.0 mm、＞3.0 mm，分別為微裂縫、小裂縫、中裂縫和大裂縫。對裂縫的不同寬度分布特征進行了統計分析，得到襯砌裂縫主要為小裂縫，共計3 722 條、小裂縫數量占裂縫總數的80%，其次是中裂縫585 條、微裂縫288 條和大裂縫78 條，統計結果見圖7。可以看出，裂縫寬度越大，裂縫位置出現滲漏水的概率就越大。其中，在微裂縫中滲水比例僅為1%，通常是由混凝土干燥收縮引起，一般不會對襯砌結構安全性產生影響，而大裂縫中滲水比例高達19%，通常是由結構荷載引起，且部分為貫穿性裂縫，滲水特征表現為大面積的浸滲，部分呈線狀滴水現象。

圖7 裂縫滲漏比例統計

2.4 三縫處滲漏水特征分析

調研滲漏水共417 處，三縫處滲漏水達217 處，其中，根據滲漏水嚴重程度統計得，浸滲共183 處，滴漏33 處，涌流1 處。三縫處滲漏水程度多位于拱腳及邊墻位置，一般在拱腳處呈小面積的浸滲，在拱頂及拱腰位置滲漏水相對較少，滲水量大小不一，受水文地質情況影響，通常呈條帶狀滲水，嚴重時存在點狀滴漏，見圖8。襯砌滲漏水某些位置干濕交替，由于鹽類物質結晶膨脹，以及各種化學離子侵蝕的影響，施工縫兩側襯砌的腐蝕現象較為嚴重，襯砌表層剝蝕現象較普遍，見圖9。

圖8 三縫處滲水

圖9 三縫處襯砌腐蝕

3 滲漏水病害成因分析

3.1 裂縫處滲漏水成因分析

復合式襯砌結構中防排水系統是隧道整體防排水的關鍵所在，但是在現場鋪設過程時防水板與二次襯砌之間總會留有孔隙，地下水順著孔隙滲流到二襯；結構自防水為最終防線，而襯砌荷載及收縮變形產生的裂縫，為水提供了滲水通道，地下水最終會從這些裂縫滲出，復合式襯砌隧道防排水系統見圖10。

圖10 防排水系統

根據裂縫類型及裂縫寬度張開程度，滲漏水程度也有所不同。特別是建成超過二十年的老隧道，在早期建設的石砌隧道不設防水層或防水層嚴重老化，基本失效，滲水直接從襯砌裂縫處滲出，在拱腳漫流延伸至路面，直接影響行車安全。此外，排水盲管局部堵塞，排水不暢引起襯砌水壓上升，高水壓情況下裂縫處更易發生噴射、涌流現象，造成襯砌結構進一步劣化。

在調查中發現，某些隧道滲漏水周邊存在“泛堿”現象，襯砌表面存在白色結晶物，見圖11。原因在于襯砌結構受地下水中離子化學作用而侵蝕，析出鹽類結晶體積膨脹亦使襯砌脹裂破壞，此外參與到碳酸鹽的結晶過程中的酸性侵蝕，會導致襯砌結構松散，強度降低［15］。

3.2 三縫處滲漏水成因分析

分析結果表明，公路隧道滲漏水最嚴重的地方位于三縫處，并且三縫位置滲水現象占滲水總數的一半以上。隧道防水層破壞后，地下水將會滲入防水板，并在防水層與二次襯砌之間淤積、漫流，隧道襯砌混凝土一般具有防滲功能，而三縫位置一般采用止水條或止水帶進行防水，但由于施工質量缺陷以及運營期間的襯砌變形等因素，三縫位置一般為隧道防排水的薄弱環節，因此，三縫位置的滲漏水現象要比裂縫位置的嚴重，隧道三縫處防水見圖12，三縫處排水系統一旦破壞，地下水將由排水盲管滲入隧道，引發更為嚴重的滲漏水現象。

圖12 隧道三縫處防排水

可見，水是滲漏水現象產生的前提條件，存在滲水通道是必要條件，雖然現有的隧道防排水系統較為完善，但受限于施工質量，防水板很難做到密不透水，地下水滲入防水板與二襯之間，由于兩者之間沒有排水通道，積水只能從裂縫、三縫等薄弱環節滲出。

4 滲漏水治理方法

4.1 治理原則

（1）滲漏水治理應根據水質地質條件和滲水量大小，采取“以排為主”或“以堵為主”的不同思路，針對性治理。（2）針對目前隧道襯砌滲漏水的現狀，建議結合隧址區地質條件，設計研發新型防排水系統，如在防水板與二襯之間增設排水通道，當防水板破損后，仍可有效排水，同時在運營過程中發生滲漏，也可以通過直接封堵裂縫來治理滲漏水。

4.2 治理措施

滲漏形態為浸滲或滴漏時，可采取灌縫密封，當水壓較大滲漏嚴重，存在涌流、噴射時，可先進行鉆孔排水泄壓。對于存在滲水現象的環向裂縫，根據裂縫寬度采取對應的治理措施：當裂縫寬度＜0.2 mm時，可在裂縫處涂抹密封膠；當寬度＞0.2 mm 時，可采用鑿槽嵌補法進行處治。而對于受力不均引起的縱向、斜向裂縫，為了消除安全隱患，必須治理。

5 結語

（1）隧道襯砌滲漏水主要位于襯砌裂縫和三縫處，浸滲占87%，滴漏和涌流占13%；襯砌裂縫處滲水占42%，三縫處滲水占52%，其他位置滲水占6%。縱向裂縫、斜向裂縫處滲漏水較嚴重，而裂縫寬度越大滲漏水現象越頻繁；相比于襯砌裂縫處，襯砌三縫處更易發生滴漏現象，原因在于止水條失效后地下水將直接由循環縫滲入隧道。（2）根據襯砌裂縫和三縫處滲漏水的分布特征，對襯砌滲漏水成因進行了深入剖析，并闡述了不同嚴重程度及不同位置襯砌滲漏水的治理建議。