公路隧道襯砌滲漏水病害處治技術探討

孫曉飛

(新疆交通科學研究院 烏魯木齊市 830000)

近年來，我國公路隧道規模不斷增加，并且在公路建設當中角色越來越凸顯。同時公路隧道受工程地質、水文地質及自然因素等條件的影響，導致隧道在運營過程中各種病害開始不斷暴露。根據調查統計，隧道病害中襯砌滲漏水病害較為常見[1]，而且造成的危害非常大，已經引起越來越多相關學者的關注。以伊犁G217線K730+577玉希莫勒蓋隧道提質升級改造項目為例，通過現場調查，結合現場檢測結果，探討公路隧道襯砌滲漏水病害的成因；并且探討隧道襯砌注漿技術在實際工程中的應用，為今后的公路隧道襯砌滲漏水病害處治提供參考。

1 工程概述

玉希莫勒蓋隧道于2013年建成通車，隧道位于中天山玉希莫勒蓋達坂，沿既有公路隧道進口里程為K729+610，出口里程為K731+553，為單洞雙向行車隧道，進口方向通往那拉提方向，出口方向通往喬爾瑪方向，隧道全長1943m，隧道道路等級為二級公路，設計時速40km/h，隧道內行車道寬度為3.25m×2。其中，喬爾瑪—那拉提方向右幅施工縫及沉降縫拱頂至拱腰處滲漏水病害較為嚴重，需及時對襯砌滲漏水病害進行處治修復。

表1 隧道建設標準表

隧道內路面結構為24cm C30水泥混凝土路面+C15片石混凝土隧底填充+二次襯砌模筑混凝土+初期支撐噴混凝土。

2 隧道襯砌滲漏水病害特征

經對玉希莫勒蓋隧道全面調查發現，隧道襯砌內滲漏水情況較為嚴重，滲漏水位置多位于施工縫處，K730+830處右側拱腰出現嚴重面滲結冰現象，其檢修道及邊溝內均積滿水，流至路面上形成大面積路面結冰。經調查共發現滲漏情況有42處。根據《公路隧道養護技術規范》(JTG H12-2015)的相關規定，公路隧道襯砌滲漏水按嚴重程度可劃分為以下四類：浸滲、滴漏、涌流、噴射。

本項目在現場調查時，由于氣溫較低，多數滲漏水處呈結冰狀態。由結冰的情況分析來看，多數滲漏水處在結冰前為滴漏或涌流狀態，整體滲漏水病害較嚴重。

表2 隧道襯砌滲漏水病害特征一覽表

調查結果顯示：本隧道滲漏水病害大部分為滴漏形式，占比達69%；并且個別位置存在大面積掛冰(涌流)，需及時進行滲漏水病害處治。

3 隧道襯砌滲漏水病害成因分析

3.1 襯砌背后水壓力

通過現場調研發現該隧道為富水區，水的補給多為冬季雪水融化及雨季降雨，水從巖層間空隙流至隧道上方，水壓力較大通過隧道施工縫及沉降縫處薄弱點流入隧道內，隧道內出現滲漏情況，該隧道滲漏情況多發現于施工縫及沉降縫處，水流流入二襯后。在隧道內布設三條測線，分別對拱頂及兩側拱腰采用探地雷達進行檢測，檢測結果發現雷達解譯圖像顯示電磁波衰減嚴重，說明此段襯砌背后受水浸滲，位置多位于初襯背后，二襯顏色存在變深現象，結合雷達解譯圖像(圖1、圖2)分析其原因為襯砌背后水壓較高。

圖1 拱腰處雷達解譯圖像

圖2 拱頂處雷達解譯圖像

3.2 物化反應

通過現場的調研情況分析，滲漏水現象越發嚴重的原因和地下水的物理化學反應也有關。由于襯砌混凝土自身材料特性，其本身就含有多種化學物質，涉及到的化學反應有硅酸二鈣(2CaO·SiO2)的水化、硅酸三鈣(3CaO·SiO2)的水化、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)的水化等，這些水化反應形成氫氧化鈣Ca(OH)2等物質。同時地下水中的化學物質及空氣等發生了物化反應，慢慢地侵蝕了二襯混凝土，使得滲漏越來越嚴重[2]。

3.3 凍脹作用

隧道內溫度較低，水長期結冰凍脹導致施工縫及伸縮縫處封水材料張開或脫落，水流入后沿二襯外保溫層漫流至整個二襯及保溫層之間，導致保溫板及二襯之間在溫度較低的情況下結冰，造成保溫層脫落，局部嚴重部位由于保溫層的導流造成了導流積水，從而形成較大的冰柱體，順墻面流下的水均流入檢修道內，檢修道內排水不暢導致積水結冰，從而導致滲漏水現象越來越嚴重。隧道所處區域最大降水量650mm，最大積雪厚度250cm，最大季節凍土深度250cm，年平均氣溫1.2℃，極端最低氣溫達-42.6℃。二襯混凝土無法承受季節性凍脹產生的脹力，發生開裂，為滲漏水“開路”，尤其是在施工縫及襯砌裂縫處，滲漏水病害不斷發生，造成鋼筋銹蝕、混凝土開裂、襯砌保護層厚度不足等現象。由此說明，凍脹產生的脹力一旦使防排水體系失效，地下水便從隧道結構薄弱區、“三縫”以及由凍脹力產生的裂縫中流出，滲漏水病害也隨之產生。

4 高聚物注漿技術應用探討

針對滲漏水病害，目前國內興起的方法是高聚物注漿技術，通過對病害處進行注漿處治，減少隧道襯砌背后水壓力、弱化物化反應程度、大幅度減輕凍脹作用，達到較好的阻水效果，以實現隧道襯砌滲漏水病害處治目的。本項目注漿材料采用水溶性聚氨酯漿液，該材料不會產生干縮現象，能夠密實填充脫空，具有很好的柔韌性，并具有較好的抗滲性。通過缺陷位置和裂縫分布狀況確定注漿位置，注漿壓力控制在0.3～0.4MPa。注漿原則：由下部孔眼向上部孔眼壓注，以確保地下水被封堵在襯砌背后；由無水地段向有水地段壓注，由水少地段向水多地段壓注，以使水流匯集，便于引排。

圖3 注漿充填示意圖

4.1 隧道襯砌注漿流程

(1)表面清洗：沿裂縫走向左右約30～50cm的襯砌表面清洗干凈，確定縫隙位置及水源。

(2)布孔：在滲漏水縫隙左右各30～50cm范圍內按梅花型布置鉆孔，注漿孔沿裂縫走向間距50cm。

(3)鉆孔：用電鉆根據布孔點鉆孔，以30°～45°角斜入結構并進入混凝土內，在鉆孔部位安裝注漿嘴，安裝時要盡量深設，露出1～1.5cm在襯砌外并擰緊。

(4)注漿：注漿采用電動注漿機進行，注漿后需要在較長的一段時間內觀察止水效果，如有滲漏現象，則逐步擴大打孔注漿范圍，直至裂縫處停止滲漏。

(5)封孔：待注漿堵漏全部完成并觀察1h無變化時，方可將注漿釘子砸出。當注漿壓力達到0.4MPa或漿液從周圍孔眼流出時，停止該孔注漿，轉移至下一孔。重復以上流程，直到所有的注漿口都已經完成注漿并充滿注漿材料。

4.2 高聚物注漿技術優點

(1)對交通影響小、開放交通快。

(2)施工工藝簡單、對路面結構擾動小。

(3)不產生廢棄舊料、低碳環保。

(4)處治效果“對癥下藥”，能夠補強襯砌整體強度，達到較好的處治效果。

5 結語

依托伊犁G217線K730+577玉希莫勒蓋隧道提質升級改造項目，對該隧道滲漏水病害成因和特點進行了分析，其主要原因有襯砌背后水壓力、物化反應、凍脹作用三個方面。然后依托伊犁G217線K730+577玉希莫勒蓋隧道滲漏水防治介紹了高聚物注漿技術處治措施的步驟以及優點，通過隧道襯砌注漿技術在實際工程的應用，對今后的公路隧道襯砌滲漏水病害處治提供參考。另外在隧道運營過程中，也需要根據實際情況進行必要的隧道襯砌檢測，針對病害問題進行治理和預防，以此來提升公路隧道的運行水平。