多溶腔隧道滲漏水原因分析與處治

羅崴瑜

(廣東省南粵交通韶贛高速公路管理處，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

1.1 隧道工程地質條件及水文狀況

韶贛高速公路白山隧址區屬于亞熱帶季風為基帶的山地氣候，具有雨量充沛，日照充足，冬春冷、夏秋熱，雨熱同季，干濕分明等特點。多年平均降雨量1 537.4 mm，日最大降雨量308 mm，雨季一般5～9月，暴雨6～9月，雨季降雨量占全年降雨22%以上。隧址區屬低山丘陵地貌區，巖性主要為灰巖，夾炭質灰巖，由于受多期次構造及風化作用影響，巖石溶蝕強烈，褶曲、節理、裂隙發育，巖層往往被切割成碎塊狀，不穩定、結合差，巖體為片狀碎裂結構，巖溶發育，賦存有巖溶水，并發育有3個斷層。在ZK6+050及ZK6+220隧道洞身上方存在溶洞、ZK6+150隧道底部存在溶洞。ZK6+000～ZK6+240部分洞身區段為粘土及亞粘土夾孤石，地下水豐富，遇水呈流塑狀，溶洞、土洞、節理裂隙發育。隧道山頂有山塘，落水洞。地下水補給來源主要有大氣降水的滲入補給，山塘水下滲補給，洞內承受的水壓力較大。

1.2 原隧道洞身防排水情況

(1)原洞身防水措施

除仰拱部位外初期支護與二次襯砌之間滿鋪防水層，防水層采用EVA塑料防水板+無紡布。變形縫位置設橡膠止水帶，同步設置背貼式止水帶；縱向施工縫和洞身深埋段的環向施工縫設置帶注漿管遇水膨脹橡膠止水條；環向施工縫設置背帖式止水帶。二次襯砌采用防水混凝土。

(2)原洞身排水措施

隧道地下水豐富區段拱部每間隔20 m設高抗沖聚乙烯排水板環向盲溝。二次襯砌施工縫背后設置環向雙排φ50HDPE單壁打孔排水管盲溝。邊墻底襯砌外側設置HDPE縱向排水暗管(φ100)，匯集高抗沖聚苯乙烯排水板、φ50HDPE排水盲溝以及拱墻外側的塑料防水板及無紡布中的地下水，均集中到左右邊墻底部的縱向排水暗管中。邊墻底部橫向每隔10 m設置一道φ100HDPE單壁無孔波紋管，引排邊墻底襯砌外側縱向排水暗管中集中水流，至隧道路面兩側設矩形邊溝中。路面結構層內設置MF20型(20 cm×2.5 cm)塑料亂絲盲溝，疏排路面面板下方地下水。

1.3 施工期隧道塌方情況

施工期，韶贛高速公路白山隧道左洞ZK6+073～ZK6+156段發生塌方，該塌方段地質條件復雜，位于炭質灰巖地區，巖層溶蝕極度發育，形成大范圍溶腔及溶槽。溶腔及溶槽內有的充填流塑狀粘土，內夾大量孤石，進口段有的溶腔未充填，存在孤石，出口段地下水極為豐富。在塌方發生前夕，恰遇強降雨，使得本已豐富的地下水更加豐富，隧道側壁水流不止，猶如瀑布。進口段圍巖遇水再度軟化，自穩能力迅速下降，先從鋼拱架肋間擠出，隨即形成空腔，鋼拱架失去支撐功能，導致周圍土體失穩，引起塌方。出口段緊鄰進口，進口塌方后，擾動了出口拱肋上部空腔中的孤石，孤石滑落后，砸在本已修筑好的初襯上，導致被砸部位下凹，拉動鋼拱架整體脫離土體，失去支撐功能，引發塌方。

2 隧道滲漏水調查檢測及安全計算

2.1 隧道滲漏水專項調查時間

專項調查及檢測選擇在2015年5月底，在經歷了20多天降雨后開展的，連續降雨后的調查及檢測數據更具有代表性。

2.2 隧道周邊地表環境調查

山頂植被茂盛，地表溝壑處粘土內夾石灰巖清晰可見，溝壑地表有小股水流，隨著向下游流動，水流逐漸減少至消失，說明地表水、雨水容易下滲至山體。落水洞周邊有5處塌陷坑，山頂山塘水位比旱季明顯上漲。地表落水洞未發生明顯坍塌現象，周邊地下水順落水洞下滲(發出明顯水流聲)。

2.3 隧道洞內滲漏水檢測結果

檢測范圍內共存在36處襯砌表面開裂病害，從歷年檢測資料分析，襯砌表面裂縫沒有出現快速發展的趨勢，大部分裂縫在歷年的隧道維修過程中已做封堵處理。隧道襯砌多處存在嚴重的季節性滲漏水現象，襯砌表面多處出現滲水、鈣化物析出。在拱部位置有滴漏，側墻個別裂縫位置存在股狀噴射。測量泄水孔水壓力為0.1 MPa，流量1 L/s，呈混濁狀。現場采用pH試紙簡易檢查滲漏水pH值為7.0～8.0，對混凝土表面具有輕微腐蝕作用。

2.4 隧道襯砌背后密實狀況檢測結果

采用探地雷達對隧道襯砌背后密實狀況進行檢測，檢測發現襯砌背后存在圍巖脫空、二次襯砌與初期支護間存在空洞和積水現象。

2.5 隧道襯砌厚度檢測結果

采用探地雷達對隧道襯砌病害進行檢測，厚度值均滿足設計要求，見表1。

表1 隧道襯砌厚度檢測結果表

2.6 襯砌混凝土強度檢測結果

襯砌混凝土強度現場回彈強度檢測共計30個測區，碳化深度值檢測共計90個測點，檢測結果表明混凝土強度均大于設計強度C25。隧道襯砌混凝土整體狀況良好，未存在材料劣化情況。

2.7 隧道襯砌結構安全計算分析

通過對韶贛高速公路白山隧道左洞ZK6+000～ZK6+240進行地質雷達探測可知，襯砌背后存在圍巖脫空、二次襯砌與初期支護間存在空洞和積水情況，如果空洞處積水并形成壓力，那么圍巖在水壓力作用下，勢必會引起圍巖失穩，將影響到隧道結構安全。因此對隧道結構安全狀況進行了模擬計算分析。根據《公路隧道設計規范》(JTGD70—2004)表9.2.4-2中安全系數為1.7的要求，采用大型有限元軟件模擬隧道襯砌背后空洞及圍巖脫空、積水等場景，計算出幾種病害場景下襯砌鋼筋混凝土結構的強度安全系數，見表2；根據計算結果，對襯砌背后空洞或圍巖脫空進行處治，可有效提升襯砌鋼筋混凝土結構的強度安全系數。

表2 模擬場景計算襯砌鋼筋混凝土結構的強度安全系數

3 隧道滲漏水病害原因分析

3.1 水文地質因素

隧道ZK6+000～ZK6+240區段襯砌背后巖溶發育，共探測到15處巖溶發育區域，42處小溶洞，地下水豐富，巖溶及溶蝕鈣化物等隨水進入隧道的排水設施，導致襯砌內排水設施堵塞，造成排水設施排水不暢或失效。因襯砌背后的水不能及時排出，形成承壓水，導致隧道在襯砌承載力薄弱處出現開裂，發生滲漏水。

3.2 隧道結構因素

二次襯砌存在多條裂縫，施工縫位置存在環向裂縫(溫縮裂縫)，在地下水壓力較大的情況下，裂縫及施工縫發生滲漏水。

3.3 地表塌陷

隧道ZK6+000～ZK6+240區段山體頂部地表，存在沖溝及塌陷，周圍地表水流入塌陷區，使得塌陷區范圍加大。同時也增加了山體地下水的補給，引發隧道體部位發生水患。

4 韶贛高速公路白山隧道左洞ZK6+000～240區段滲漏水處治方案

4.1 地表處治

對韶贛高速公路白山隧道山體頂部的塌陷區采用回填粘土的方案進行處治。填土后的區域略高于地面，周邊修筑排水溝渠，保持地表不積水且排水順暢，減少或杜絕地表水的下滲。

4.2 洞內襯砌滲漏水處治

(1)邊墻打泄水孔處治。在襯砌滲漏水路段應用新型可視化營運公路隧道邊墻排水系統，在距離電纜溝蓋板高度約為50～100 cm的拱腳處打設2個Φ76 mm的泄水孔，邊墻鉆孔縱向間距為3 m，嚴重滲漏水段落可加密，泄水孔鉆孔深度3 m，內設置全透型曲紋網狀PE韌性組合型透水管(Φ65 mm外管，Φ50 mm內管)，邊墻部位設置可視化排水盒。

(2)隧道邊溝底井點降水。對于左洞ZK6+000～ZK6+240區段滲漏水嚴重段落，采用邊溝井點降水方法進行處治。在隧道邊溝的底部增設間距為5 m、深為5 m的降水井點管，降水井成孔直徑150 mm，采用全透型曲紋網狀PE韌性組合型透水管(Φ110 mm外管，Φ60 mm內管)。

滲漏水施工縫處治，采用沿施工縫安裝接水盒的處治方案。接水盒采用不銹鋼材質，接水盒寬度為10～30 cm，必須包含住整個施工縫滲漏水區域，接水盒安裝必確保與襯砌表面接觸緊密，并用密封膠封閉，接水盒順延至墻腳，將水引入邊溝中。

滲漏水裂縫處治，采用低壓注漿方案，注射劑采用聚氨酯漿。

(5)襯砌點滲處治，先在二次襯砌混凝土中鑿深5 cm、寬10 cm的槽，涂刷界面膠后充填杜拉纖維防水砂漿。

4.3 襯砌背后溶洞注漿處治

采用填充m30防水水泥砂漿的處治方案。注漿管采用Φ42無縫鋼管，根據隧道地質雷達檢測報告中巖溶的位置和深度調整鉆孔的布置和深度調整鉆孔的布置位置和深度；充填從兩個邊孔開始，注漿壓力0.2～0.5 MPa；當有混凝土從中孔流出時，接著從中孔壓注水泥砂漿，直至出氣孔有漿體流出，此段充填結束。施工時應控制好注漿壓力，同時密切觀察襯砌變形位移及周圍裂縫的發展情況，對襯砌進行施工監測，確保施工安全。

4.4 二次襯砌與初期支護間空洞充填處治

采用充填輕質混凝土的處治方案。輕質混凝土抗壓強度為10 MPa，容重1 200～1 300 kg。根據隧道地質雷達檢測報告中襯砌脫空位置進行注漿孔布置，鉆孔時，應根據檢測報告中襯砌厚度嚴格確定鉆孔深度，鉆孔和注漿鋼管禁止破壞原有防水層，注漿管采用Φ42無縫鋼管，注漿端頭部位采用絲扣連接長度為20 cm的導管。充填順序應由低向高，由周邊向中間進行，工作壓力小于0.1 MPa，當有水泥漿液從中孔流出時，接著從中孔壓注輕質混凝土，工作壓力保持0.3 MPa，直至出氣孔有水泥漿流出，此段充填結束，位置最上端一孔作為出氣孔，待注漿完畢后，用輕質混凝土充填該注漿端頭空洞，以使得注漿孔與周邊二襯混凝土表面平整。若注漿后出現滲漏水則采用安裝接水盒的處治方案。

4.5 注漿施工監測

隧道ZK6+000～ZK6+240區段注漿期間，開展了隧道結構監測，以保證隧道的安全運營。隧道注漿變形監測采用攜帶式測量機器人進行監測，每20 m設置1個監測斷面進行結構監測，合計12個斷面。每個監測斷面在隧道拱頂布置一個拱頂下沉點，在襯砌兩邊布置兩對水平收斂點，在超、慢車道外側路面布置一對隆起監測點，共7個測點，每個測點采用永久放置的固定棱鏡。注漿期間，襯砌沉降點共監測96點次，襯砌收斂點共監測384點次，路面隆起監測點共監測192點次。從各個斷面的周邊收斂、拱頂沉降、地表隆起數據分析來看，總體數據變化小，數據變化未達到預警值2 mm，施工注漿未引起各斷面變形，可以判斷各斷面較穩定，隧道注漿區域總體穩定。

4.6 注漿驗收標準

(1)襯砌背后溶洞注漿效果檢測

采用淺層地震儀對襯砌背后溶洞注漿效果進行檢測。在ZK6+000～ZK6+240段縱向布置測線，左右線均布設，測線環向間隔為4 m，測點縱向間隔為0.5 m，對進行注漿的溶洞及其前后10 m范圍內進行檢測，測線長度為1 623 m，共3 246測點，包括隧道拱頂、拱腰和邊墻上，共計7條測線。圍巖溶洞注漿效果檢查顯示，除拱部存在2處小范圍不密實外其他位置的注漿效果達到設計要求。

(2)二次襯砌與初期支護間空洞注漿效果檢測

采用地質雷達對隧道初支與二襯間空洞注漿效果進行檢查，共計檢測注漿位置22處，未發現空洞異常，滿足注漿要求。

5 結束語

自2018年韶贛高速公路白山隧道左洞滲漏水專項處治完工后，截止2022年2月，韶贛高速公路白山隧道左洞ZK6+000～ZK6+240路段未再發生滲漏水病害。目前洞內引排水設施有效，洞內新型可視化營運隧道邊墻墻腳排水系統工作正常，排水順暢，排水狀態可視化，且泄水孔內排水管可更換，有效解決了泄水管鈣化堵塞等問題。證明多溶腔隧道ZK6+000～ZK6+240路段滲漏水原因分析正確，處治方案有效。