過江隧道滲漏水病害探查及治理技術研究

全強 秦旺

摘 要：由于過江隧道所處環境復雜多變，防水工程施工條件及質量難以保證，滲漏水病害探查及治理成為隧道工程全壽命周期內必須面對的挑戰之一。因此，本文在調研了隧道工程滲漏水病害探查及治理技術最新進展的基礎上，探討了滲漏水類型及機理、運營期隧道滲漏水檢測技術與加固措施等，并指出目前研究中的不足并給出建議。結果表明：滲漏水病害誘發原因極其復雜，與水文地質條件、防水工程、施工環境等有關;滲漏水處治的主要方法是注漿封堵，但注漿材料不具備普適性。因此，需進一步明確滲漏水類型與誘因的作用關系，研發高性能隧道滲漏水修復材料，形成適用于過江隧道的滲漏水防治方法及施工工藝等關鍵技術體系。

關鍵詞：隧道 ?滲漏水機理 ?檢測 ?治理技術

Abstract： Due to the complex and changeable environment of river crossing tunnel， it is difficult to ensure the construction conditions and quality of waterproof engineering. So the detection and treatment of water leakage diseases become one of the challenges that must be faced in the whole life cycle of tunnel engineering. Therefore， in this paper， based on the investigation of the latest progress of water leakage disease detection and treatment technology in tunnel engineering， water leakage type and mechanism， water leakage detection technology and reinforcement measures in operation period are discussed， and the deficiencies in current research are pointed out and suggestions are given. The results show that the causes of water seepage are very complicated， which are related to hydrogeological conditions， waterproof engineering and construction environment. The main treatment method of seepage water leakage is grouting， but the grouting material is not universal.Therefore， it is necessary to further clarify the relationship between water leakage types and inducements， develop high-performance tunnel water leakage repair materials， and form key technology systems such as water leakage prevention methods and construction technology suitable for river tunnel.

Key Words： Tunnel; Leakage mechanism; Detection; Management technology

1 隧道滲漏水病害分類

1.1 按滲漏形式分類

隧道工程的滲漏水災害根據形式可劃分為點滲漏、縫滲漏和面滲漏。點滲漏的滲漏面積較小，各點之間相對獨立，彼此之間未連成線狀或面狀;縫滲漏多指變形縫、施工縫和結構混凝土裂縫處出現的滲漏，這種滲漏部位清晰、滲漏水比較集中，且滲透點已連接成線;面滲透的滲透部位面積較大，現象較普遍，滲透線已連接成面，其大部分由壁后空洞引起。

1.2 按滲漏水流量分類

按照滲漏水流量，隧道工程滲漏水可分為濕漬、滲水、水珠、滴漏和涌水。濕漬的特點為襯砌內表面或地下建筑結構表面呈現出色澤明顯變化的潮濕斑;滲水的特點為地下水或地表水從隧道襯砌結構內表面或地下建筑結構內表面滲出，可觀察到明顯的流掛水膜現象;水珠的特點為懸垂在襯砌內表面頂板或地下建筑結構頂板的水滴，其滴落間隔超過1min;滴漏的特點為襯砌內表面拱頂或地下建筑結構頂板滲漏水的滴漏速度每分鐘至少1滴;涌水屬于嚴重滲漏，存在較大水壓，并可同時見水頭、水柱或漏泥沙現象，其特點為滲漏水呈線狀或噴泉狀。

1.3 按滲漏水發生部位分類

按照滲漏水發生的部位，地下建筑工程滲漏水可分為頂板滲漏、側墻滲漏、底板滲漏、變形縫滲漏、施工縫滲漏等;隧道工程滲漏水可以分為拱頂滲漏、側墻滲漏、仰拱滲漏、掌子面滲漏等。

2 隧道滲漏水病害產生機理.

通過系統調研隧道工程滲漏水病害產生機理研究現狀，結合大量經典隧道滲漏水案例具體分析，將運營期隧道滲漏水病害的形成原因主要歸納為4個方面，分別是水文地質因素、設計因素、施工因素和使用環境因素[1-3]

2.1 水文地質因素

隧道運營期間，襯砌所處地應力、地下水壓力、構造活動情況及環境溫度變化等原因是造成襯砌破損的根本原因之一。由于隧道圍巖應力狀態是一個動態變化過程，襯砌所受應力不斷變化，特別是存在斷層破碎帶等構造區域，應力變化更為顯著，當地下水進入構造后，受溫度影響極易出現干濕交替和凍融現象，產生膨脹或干縮應力集中區域[4]。因此，當隧道穿越含水量豐富、水壓力高的地層或巖層時，地下水往往從巖體結構面、斷裂面、裂隙帶、溶洞及其他不良地質區域涌出。襯砌多在上述多種因素產生的應力作用下破損嚴重，導致滲漏水發生。

2.2 設計因素

隧道襯砌厚度和強度設計不足，未充分考慮極端地質條件下對襯砌的技術要求，特別是在侵蝕性較強的地下水作用下襯砌極易開裂破損。此外，未根據工程特點、環境條件、地下水壓力大小及來源等信息選擇防水材料，或者對所選防水材料的基本特性了解不清。防水材料不合格會導致防水材料耐水性差、吸水率高、壽命短。

2.3 施工因素

施工因素對滲漏水病害的影響體現在兩個方面，即施工工藝不達標及施工擾動。施工工藝不達標是隧道及地下工程滲漏水的重要原因，主要體現在5個方面[5]：（1）未按規范要求進行施工，隧道的襯砌防水能力差、洞內排水設施埋深不夠;（2）結構地基處理不當，在自重作用下產生不均勻沉降，導致結構底板、邊墻開裂;（3）混凝土結構、施工縫、變形縫和穿墻管等特種部位未按照設計要求與程序進行施工;（4）成品保護不到位;（5）細部做法錯誤。

施工擾動對隧道涌水的影響程度與施工方法及支護參數有關，一般情況下，采用分部開挖法等對圍巖擾動較小的隧道開挖方法有利于減小隧道涌水的危害[6-7]。

2.4 使用環境因素

使用環境因素對滲漏水病害的影響體現在，隧道工程及地下工程在服役期間可能會遭遇暴雨、地震、臺風、干濕循環、晝夜溫差大等不可抗力，會造成防水層破損和建筑物破損。此外，氣象狀況的改變，包括降雨、溫差及其他氣象現象，對隧道涌水量也有著重要影響。[8]

3 隧道滲漏水病害檢測與治理

3.1滲漏水病害檢測方法分類

總體上，滲漏水病害檢測方法可分為傳統檢測法和快速無損檢測法兩大類。3.1.1 傳統檢測法

隧道滲漏水的傳統檢測法是指以人工巡檢的方式，采用目測、量測、拍攝等人工手段采集信息、處理數據，以定性判斷滲漏水情況。

3.1.2 快速無損檢測法

目前，隧道滲漏水的快速無損檢測法主要包括紅外成像法、溫度梯度法、電導率法、地面激光掃描法和地質雷達法等;除此以外，回彈法、沖擊回波法、超聲波法和閉合回路成像法等也可用于隧道滲漏水的無損檢測[9]

3.2 運營期隧道滲漏水病害治理技術

國內隧道滲漏水病害治理的方法主要有結構補強法、拆除重建法和注漿加固法等。[10-12]

（1）結構補強法采用堵塞表面孔隙、涂膜防水層等方式修補襯砌的缺陷，從而提高其抗滲性。

（2）拆除重建法是指新建襯砌結構，置換掉滲漏水、開裂等病害區段的襯砌。（3）注漿加固法通過注漿減小圍巖滲透系數，形成隔水圈，填充襯砌背后的空腔，以及變形縫、施工縫等薄弱部位，從而彌補防水層的不足。

4 結論與展望

4.1結論

（1）隧道及地下工程滲漏水可根據滲漏形式、滲漏水流量滲和漏水發生部位分為不同類型;不同類型的滲漏水可能具有不同的誘發原因，因此應具體問題具體分析。一般而言，隧道及地下工程滲漏水誘發原因可概括為水文地質條件因素、設計因素、施工因素、使用環境因素及服役期的綜合誘發因素。

（2）傳統檢測法已無法滿足滲漏水檢測對高精度、高效率和無損的要求。滲漏水快速無損檢測法順應發展要求，應用前景廣闊，正朝著智能化、輕巧化和實時監測預報等方向發展。

4.2展望

（1）提高隧道及地下工程運營期滲漏水等病害無損檢測技術的智能化、信息化和實時化水平。進一步擴充隧道滲漏水病害數據庫，拓展設計病害特征，降低非病害因素對數字圖像處理和計算機視覺技術精確度的不利影響。

（2）加大滲漏水治理新方法、新工藝、新材料的理論及試驗研究力度。目前注漿理論研究嚴重滯后于工程實踐，已有的預測漿液擴散范圍的理論無法反映漿液的真實擴散情況，導致注漿參數無法實現精細化控制，因此需要進一步研究完善。

（3）根據滲水成因、滲漏水量、水害位置等信息進行研究篩分，科學地對滲漏水害進行類型劃分。研發滲漏水表層及內部情況的快速識別方法，力爭實現過江隧道滲漏水情況的快速識別和日常巡檢。

（4）系統調研水泥基材料、高分子乳液、防水涂料等治理材料的性能特點，針對過江隧道滲漏水害特點，研發或改良適用于運營隧道滲漏水新型治理修復材料及其工藝技術，調研篩選出相應的注漿治理設備。

（5）為避免注漿量過多造成的浪費以及可能造成的變形過大等二次病害，應發展注漿實時監控與反饋調整技術，實現注漿精細化控制。

參考文獻

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