寒冷地區隧道滲漏水治理與預防

黎略

北京建達道橋咨詢有限公司 北京 100020

隨著經濟發展我國的公路網不斷完善，截止2018年底我國高速公路網總里程達到了約14.3萬公里。且隨著高速公路網的不斷建設，公路隧道的規模也在不斷的增加。

隧道工程在建設過程中由于質量控制等原因可能會導致施工縫、沉降縫和二襯裂縫等處出現漏水和路面出現反水現象。在隧道運營過程中如果漏水點掛冰和路面結冰，將會嚴重影響隧道運營安全。國內有許多隧道從業者和科研人員對隧道漏水處治做了大量的研究工作[1-4]。

1 工程概況

金盆灣隧道左、右線長度分別為3310m和3375m。隧址區屬剝蝕丘陵山地地貌，地形起伏較大。山體自然坡度10-25°，植被不發育。

項目區屬于典型的大陸性氣候,氣候干燥，風天較多，降水量少且集中于6、7、8三個月。暴雨多，蒸發量大。晝夜溫差大，屬季節性冰凍地區，最大凍結深度1.8m。

隧址區地表水不發育，未見明顯地表水體。隧道山體沖溝發育雨季雨水匯集可產生暫時性水流。地下水主要為基巖中的風化裂隙水。地下水埋深12.0m，預測隧道正常涌水量左右洞合計約為336.99m3/d。

2 滲漏水情況及原因分析

2.1 現場滲漏水情況

2018年2月18日，K157+585處拱頂出現滲水，呈滴水狀，同時側墻也伴有陰濕狀現象，三天后滲漏水停止，陰濕狀消失，此后再未出現滲漏水，見圖1。

圖1 側壁漏水結冰

2018年2月7日，ZK157+520南側側壁出現兩處滲水點，水流較大，兩天后停止；3月3日，該處再次出現漏水并呈噴濺狀，隨著氣溫回升漏水范圍不斷擴大至南側墻縱向70m范圍內，并且該漏水段附近ZK157+610至ZK157+640、ZK157+660至ZK+700兩段路面出現反水結冰現象，見圖2。

隧道左線出口段ZK157+520至ZK158+120的600m范圍內南側電纜溝內出現大量流水，經檢查發現洞外中心排水管檢查井及出水口已全部凍結，無法正常排水。經對洞外排水管進行緊急鑿冰處理后，側墻滲水及路面滲水逐步消退，直至消失，見圖3。

2.2 原因分析

（1）通過現場查看發現二襯滲漏水部位主要是施工縫、沉降縫和二襯裂縫處。施工時施工縫和沉降縫處的止水帶沒有安裝牢固，導致澆筑混凝土時止水帶移位，使施工縫和沉降縫處成為防水薄弱環節并漏水。

圖2 路面反水結冰

（2）本隧道為單坡隧道，縱向坡度0.5%，中心水溝流水緩慢，洞外檢查井和出水口凍結，使中心水溝內流水不暢，最終導致縱向盲溝、橫向導水管和環向盲溝內的水流受阻，通過防水板的破損處進入二襯背后，到冬季結冰產生膨脹力，在凍融循環作用下二襯薄弱部位出現裂縫，并漏水。

（3）由于中心排水管阻塞，管道內積水通過檢查井和仰拱裂隙溢出路面，形成路面流水。

（4）依據水文地質勘探資料，本段落地質較破碎，為地下水富水區域，地下水逐漸在隧道周邊及仰拱底部匯集形成壓力水，通過隧道仰拱施工縫和裂隙溢出，形成路面滲水。

（5）因水堿、排水管變形等導致隧道縱、橫向及中心排水溝逐步淤塞和堵塞，匯水不能及時排出，隧道洞身周邊和仰拱下形成承壓水，通過沉降縫和施工縫滲入，形成路面泛水。

3 處治方案

3.1 側壁滲漏水處治

側壁滲水采用設置橫洞集水井的方式阻斷地下水通道，將襯砌后圍巖裂隙水截留和收集到集水井內，通過橫向管道將集水井與中心排水管聯通，最后通過中心排水管流出隧道外；同時將側壁及拱頂存在陰濕或者滲漏水痕跡的部位采用高分子材料封水的方式進行處理，見圖4。

橫洞集水井與隧道軸線方向垂直，沿隧道側壁向圍巖內設置8m長的橫洞，寬6m，在橫洞前4m范圍內設置2m×2m×2m的集水井，并在集水井內設置φ50×5mm的引水鋼花管。橫洞口設置保溫門。

圖4 橫洞集水井設計圖

橫洞集水井可以極大改善或解決局部段隧道水病害，改善局部地下水通道和收集圍巖裂隙水，通過排水管將地下水引流出隧道；防止地下水向隧道下游或周邊擴散，減緩其他段的病害。地下水通過集水井沉淀，可降低中心排水溝堵塞風險，并可通過集水井隨時觀察圍巖地下水情況，收集資料，為全隧及類似公路隧道水病害處理提供理論依據，且采用集水井處理局部段滲漏水工程造價較低。

3.2 拱頂施工縫、沉降縫滲漏水處治

對施工縫、沉降縫拱頂、側壁滲漏水較嚴重的，沿隧道環向開槽U型槽，埋設半圓排水管，兩側墻角處通過路面開槽埋設橫向排水管與中心排水管連接，將水排出洞外。并對環向半圓管外側進行防水、保溫，最后采用環氧樹脂砂漿恢復襯砌，環向半圓排水管內設置溫度監測控制器和發熱電纜，在溫度低于3C°時，啟用發熱電纜，防止U型槽內半圓管結冰。根據滲漏水情況在右洞K157+585，K157+640兩處拱頂漏水處設置U型槽排水。

施工U型槽時采用切割機開槽，并盡量控制在設計范圍內，切割前應進行金屬探測，避開二次襯砌的主筋（環向鋼筋），開槽后應盡快施做，盡早封閉工作面.見表5。

圖5 U 型槽設計圖

3.3 檢查井改造

由于水質中結晶體含量高，為后期養護作業便于清理，按照合理的間距將部分暗檢查井改造為明檢查井，利用本次改造之機，采用市政管道疏通機和水平定向鉆機對中心水管內的沉淀物進行疏通、沖洗，確保管道內沉淀物排出洞外。左洞改造明井8座，右洞6座。明井內徑70cm，采用雙層井蓋，中間保溫層厚度大于40cm，填充保溫材料。

3.4 洞外排水系統改造

將左洞路基外排水管接長，并埋深至凍結深度（1.8m）以下，開槽埋設橫向排水管穿左幅路基，在消防水池西側設置蓄水池，采用管道與消防水池相連接，同時由蓄水池接橫向排水管穿越右幅路基，與右洞排水管設置檢查井相接。埋D600mm混凝土管至養護所西側排洪溝內，混凝土管應埋置在凍結線一下，對出水口進行保溫設置。

3.5 二襯裂縫處治

根據現場查看部分段落二襯存在裂縫，因此為止圍巖水滲入二襯，形成側壁滲漏水，必須對裂縫進行封堵處理。在本項目中采取對二襯裂縫高壓注漿的方式進行處治，但注漿時不得破快原有的防水系統。施工時先在二襯裂隙周圍鉆深度不大于2/3二襯厚度的鉆孔，鉆孔角度宜≤45°，孔間距宜設置為30cm，然后采用注漿嘴向孔內注入防水高分子材料，注漿壓力0.5mPa。高分子材料為多元異氨酸脂TD1、MD1、PAP1以1.25:0.75:0.25-0.8的質量比進行調配，其中PAP1的量根據現場溫度進行適當調整，見圖6。

圖6 高壓注漿孔平面布置圖

4 處治效果

自從2018年對金盆灣隧道滲漏水現象進行處治以后，運營養護單位一直在對該隧道滲漏水情況進行觀察，根據運營養護單位反饋，直至2020年12月，金盆灣隧道再沒有出現過滲漏水情況，路面也沒有反水結冰現象發生。

5 預防措施

5.1 設計措施

（1）地質勘察階段要盡量探明隧道洞身范圍的富水帶，并采取超前帷幕注漿等措施將水封堵在圍巖中，同時也可以避免隧址區地下水流失。

（2）對于涌水量較大的特長隧道盡量采用雙向坡度，便于排水，當采用單向坡時縱坡宜大不宜小，但不得大于2.5%，當隧道長度大于5000m時縱坡不得大于2%。

（3）在寒冷地區宜采用中心水溝排水，在嚴寒地區可采用泄水洞進行排水，為防止中心水溝或泄水洞凍結，其埋深應在凍結深度以下。隧道洞口段二襯外設置保溫層，防止環向盲溝、縱向盲溝和橫向導水管等排水系統凍結。

（4）在涌水量較大段落可采用加密環向盲溝和橫向導水管的方式排水。

（5）中心排水溝宜采用矩形溝，不宜采用圓形管，施工時圓形管施工質量不宜控制，且圓形管斷面較矩形管小，管內容易有水堿淤積，堵塞中心水管。

（6）做好施工縫和沉降縫的防水設計，宜采用背貼式止水帶和中埋式止水帶進行防水，不得采用止水條進行防水。

5.2 施工措施

（1）控制二襯混凝土的施工質量，避免因施工原因產生裂縫。混凝土的配合比應滿足澆筑工藝要求和設計強度要求。且混凝土必須采取強制式攪拌設備進行攪拌。混凝土入模溫度應控制在5-32℃，澆筑后應充分振搗，且按相關規范要求進行養護。

（2）二襯澆筑時拱頂部分容易出現空洞，因此待二襯混凝土達到設計強度后需要對拱頂二襯背后進行壓力注漿處治。

（3）按規范要求安裝防水板，土工布與防水板不得黏合使用；嚴格控制防水板搭接、施工縫和沉降縫的止水帶的施工質量。

（4）合理選擇性能良好的防水層材料，可以有效規避滲漏問題，使隧道防滲工程的質量安全因此提高。選擇的施工材料要具備較強的酸堿性，同時要具備抗滲性，降低水的侵蝕作用。此外選擇的施工材料要具備韌性，這樣才可以使隧道防滲漏水平因此提高。

（5）施工過程中避免混凝土掉入排水管溝內，確保橫向導水管、縱向盲溝和中心排水溝的通暢。

（6）系統錨桿施工時嚴格按照設計注漿，系統錨桿注漿可以封堵圍巖裂縫，阻斷圍巖滲水通道，減少地下水的流失。