公路隧道襯砌滲漏水病害處治技術(shù)探討

孫曉飛

(新疆交通科學(xué)研究院 烏魯木齊市 830000)

近年來(lái)，我國(guó)公路隧道規(guī)模不斷增加，并且在公路建設(shè)當(dāng)中角色越來(lái)越凸顯。同時(shí)公路隧道受工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及自然因素等條件的影響，導(dǎo)致隧道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中各種病害開(kāi)始不斷暴露。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，隧道病害中襯砌滲漏水病害較為常見(jiàn)[1]，而且造成的危害非常大，已經(jīng)引起越來(lái)越多相關(guān)學(xué)者的關(guān)注。以伊犁G217線K730+577玉希莫勒蓋隧道提質(zhì)升級(jí)改造項(xiàng)目為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)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(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)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(dá)坂，沿既有公路隧道進(jìn)口里程為K729+610，出口里程為K731+553，為單洞雙向行車隧道，進(jìn)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(zhǎng)1943m，隧道道路等級(jí)為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)時(shí)速40km/h，隧道內(nèi)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(yán)重，需及時(shí)對(duì)襯砌滲漏水病害進(jìn)行處治修復(fù)。

表1 隧道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)表

隧道內(nèi)路面結(jié)構(gòu)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(jīng)對(duì)玉希莫勒蓋隧道全面調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧道襯砌內(nèi)滲漏水情況較為嚴(yán)重，滲漏水位置多位于施工縫處，K730+830處右側(cè)拱腰出現(xiàn)嚴(yán)重面滲結(jié)冰現(xiàn)象，其檢修道及邊溝內(nèi)均積滿水，流至路面上形成大面積路面結(jié)冰。經(jīng)調(diào)查共發(fā)現(xiàn)滲漏情況有42處。根據(jù)《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTG H12-2015)的相關(guān)規(guī)定，公路隧道襯砌滲漏水按嚴(yán)重程度可劃分為以下四類：浸滲、滴漏、涌流、噴射。

本項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)，由于氣溫較低，多數(shù)滲漏水處呈結(jié)冰狀態(tài)。由結(jié)冰的情況分析來(lái)看，多數(shù)滲漏水處在結(jié)冰前為滴漏或涌流狀態(tài)，整體滲漏水病害較嚴(yán)重。

表2 隧道襯砌滲漏水病害特征一覽表

調(diào)查結(jié)果顯示：本隧道滲漏水病害大部分為滴漏形式，占比達(dá)69%；并且個(gè)別位置存在大面積掛冰(涌流)，需及時(shí)進(jìn)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)該隧道為富水區(qū)，水的補(bǔ)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(guò)隧道施工縫及沉降縫處薄弱點(diǎn)流入隧道內(nèi)，隧道內(nèi)出現(xiàn)滲漏情況，該隧道滲漏情況多發(fā)現(xiàn)于施工縫及沉降縫處，水流流入二襯后。在隧道內(nèi)布設(shè)三條測(cè)線，分別對(duì)拱頂及兩側(cè)拱腰采用探地雷達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)雷達(dá)解譯圖像顯示電磁波衰減嚴(yán)重，說(shuō)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(xiàn)象，結(jié)合雷達(dá)解譯圖像(圖1、圖2)分析其原因?yàn)橐r砌背后水壓較高。

圖1 拱腰處雷達(dá)解譯圖像

圖2 拱頂處雷達(dá)解譯圖像

3.2 物化反應(yīng)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研情況分析，滲漏水現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重的原因和地下水的物理化學(xué)反應(yīng)也有關(guān)。由于襯砌混凝土自身材料特性，其本身就含有多種化學(xué)物質(zhì)，涉及到的化學(xué)反應(yīng)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(yīng)形成氫氧化鈣Ca(OH)2等物質(zhì)。同時(shí)地下水中的化學(xué)物質(zhì)及空氣等發(fā)生了物化反應(yīng)，慢慢地侵蝕了二襯混凝土，使得滲漏越來(lái)越嚴(yán)重[2]。

3.3 凍脹作用

隧道內(nèi)溫度較低，水長(zhǎng)期結(jié)冰凍脹導(dǎo)致施工縫及伸縮縫處封水材料張開(kāi)或脫落，水流入后沿二襯外保溫層漫流至整個(gè)二襯及保溫層之間，導(dǎo)致保溫板及二襯之間在溫度較低的情況下結(jié)冰，造成保溫層脫落，局部嚴(yán)重部位由于保溫層的導(dǎo)流造成了導(dǎo)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(nèi)，檢修道內(nèi)排水不暢導(dǎo)致積水結(jié)冰，從而導(dǎo)致滲漏水現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。隧道所處區(qū)域最大降水量650mm，最大積雪厚度250cm，最大季節(jié)凍土深度250cm，年平均氣溫1.2℃，極端最低氣溫達(dá)-42.6℃。二襯混凝土無(wú)法承受季節(jié)性凍脹產(chǎn)生的脹力，發(fā)生開(kāi)裂，為滲漏水“開(kāi)路”，尤其是在施工縫及襯砌裂縫處，滲漏水病害不斷發(fā)生，造成鋼筋銹蝕、混凝土開(kāi)裂、襯砌保護(hù)層厚度不足等現(xiàn)象。由此說(shuō)明，凍脹產(chǎn)生的脹力一旦使防排水體系失效，地下水便從隧道結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)、“三縫”以及由凍脹力產(chǎn)生的裂縫中流出，滲漏水病害也隨之產(chǎn)生。

4 高聚物注漿技術(shù)應(yīng)用探討

針對(duì)滲漏水病害，目前國(guó)內(nèi)興起的方法是高聚物注漿技術(shù)，通過(guò)對(duì)病害處進(jìn)行注漿處治，減少隧道襯砌背后水壓力、弱化物化反應(yīng)程度、大幅度減輕凍脹作用，達(dá)到較好的阻水效果，以實(shí)現(xiàn)隧道襯砌滲漏水病害處治目的。本項(xiàng)目注漿材料采用水溶性聚氨酯漿液，該材料不會(huì)產(chǎn)生干縮現(xiàn)象，能夠密實(shí)填充脫空，具有很好的柔韌性，并具有較好的抗?jié)B性。通過(guò)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(wú)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(nèi)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(jù)布孔點(diǎn)鉆孔，以30°～45°角斜入結(jié)構(gòu)并進(jìn)入混凝土內(nèi)，在鉆孔部位安裝注漿嘴，安裝時(shí)要盡量深設(shè)，露出1～1.5cm在襯砌外并擰緊。

(4)注漿：注漿采用電動(dòng)注漿機(jī)進(jìn)行，注漿后需要在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)觀察止水效果，如有滲漏現(xiàn)象，則逐步擴(kuò)大打孔注漿范圍，直至裂縫處停止?jié)B漏。

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

4.2 高聚物注漿技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

(1)對(duì)交通影響小、開(kāi)放交通快。

(2)施工工藝簡(jiǎn)單、對(duì)路面結(jié)構(gòu)擾動(dòng)小。

(3)不產(chǎn)生廢棄舊料、低碳環(huán)保。

(4)處治效果“對(duì)癥下藥”，能夠補(bǔ)強(qiáng)襯砌整體強(qiáng)度，達(dá)到較好的處治效果。

5 結(jié)語(yǔ)

依托伊犁G217線K730+577玉希莫勒蓋隧道提質(zhì)升級(jí)改造項(xiàng)目，對(duì)該隧道滲漏水病害成因和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，其主要原因有襯砌背后水壓力、物化反應(yīng)、凍脹作用三個(gè)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(shù)處治措施的步驟以及優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)隧道襯砌注漿技術(shù)在實(shí)際工程的應(yīng)用，對(duì)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(yùn)營(yíng)過(guò)程中，也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行必要的隧道襯砌檢測(cè)，針對(duì)病害問(wèn)題進(jìn)行治理和預(yù)防，以此來(lái)提升公路隧道的運(yùn)行水平。