華南地區公路山嶺隧道滲漏水病害分析

鄭可揚

(廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510507)

0 引 言

隨著中國公路交通運輸事業的蓬勃發展，數量眾多的山嶺隧道投入到建設和營運中。根據國家交通運輸部統計數據，我國公路隧道建設數量于2020年底達到21 316處，總建設里程高達21 999 km，其中特長隧道1 394處共6 235.5 km，長隧道5 541處共9 633.2 km。隨著高速公路山嶺隧道營運時間的增長和隧道結構服役性能的劣化，各類隧道病害逐步顯現并為隧道的正常營運帶來不同程度的安全隱患。國內高速公路隧道通常在通車營運5年之后進入嚴重病害的高發期，因此可以預期營運期隧道病害治理將成為未來一段時期內研究和工程實踐的重點。

既有隧道病害的類型眾多，主要有滲漏水、凍害、襯砌裂損和襯砌侵蝕等，其中以滲漏水現象最為普遍。根據已有文獻反映，我國約有70%的公路隧道存在滲漏水病害，其中約30%存在由滲漏水病害引起的結構安全問題。成都龍泉山隧道于圍巖較差地段出現嚴重的滲漏水病害；重慶大埡口隧道、云南地區多所隧道、晉陽高速公路多所隧道等都在營運期間出現了不同程度的襯砌裂縫和滲漏水病害。上述統計結果和典型隧道病害實例雖然反映了滲漏水病害的普遍性和嚴重性，但尚且難以從有限的研究案例中形成系統而全面的結論。華南地區整體呈現為高溫多雨的氣候特征，年均降水量整體較大、單次降水持續時間較長的降水特點導致山嶺隧道易于受到滲漏水病害的影響，因此有必要針對華南地區運營隧道開展滲漏水病害調查并系統分析其形成機理。

為此，圍繞著公路隧道滲漏水病害危害的特點展開分析。其次，在全面搜集華南地區現役高速公路營運隧道滲漏水病害現狀的基礎上，選取了17個典型隧道維修加固項目作為研究對象，針對隧道出現的裂縫和滲漏水處治費用進行了統計分析，并就處治費用的變化規律及其與降水量的關聯性進行探討。研究成果對于華南地區公路山嶺隧道滲漏水病害的防治和營運期間的維護工作具有參考價值，同時也為全國公路隧道滲漏水病害處治提供參考。

1 滲漏水病害的危害

營運期公路山嶺隧道滲漏水病害的危害首先體現為加劇了襯砌結構和隧道內部設備的腐蝕速度，威脅隧道結構的安全性和機電設施設備的正常使用。侵蝕性地下水對襯砌鋼筋、混凝土的侵蝕、結晶體膨脹應力等物理化學作用，致使襯砌混凝土開裂并產生剝落、掉塊等，進而導致襯砌有效厚度降低和承載能力下降。滲漏水也會對隧道內的通信、電力、消防等設施設備造成不同程度的銹蝕和損壞，影響設備正常運行和維修人員的人身安全。

其次，滲漏水病害容易導致路面積水增加，進而降低隧道路面與車輛輪胎之間的摩擦力，可能造成路面反光、輪胎打滑等行車危險。路面積水的賦存也將導致行車通行速度下降，影響隧道的交通運輸效率。

從現有研究成果上看，公路隧道滲漏水病害通常并非單一的、局部的，而是一種多樣性的、系統性的病害，并且會造成多方面的危害。由于水的可流動性和水壓的傳遞性，隧道襯砌結構往往會承受較高的水頭壓力。在這樣的條件下，襯砌中任何缺陷和病害都可能成為滲漏水的通道，然而在隧道防排水施工過程中，施工質量控制往往不足以完全規避襯砌中的任何缺陷，因此難以避免滲漏水現象的發生。當滲漏水病害發生時，滲漏水通過裂縫進入隧道襯砌內部的過程中，較高的水壓會導致襯砌開裂或使得原有裂縫進一步發展擴大，滲漏水中的侵蝕性成分也會加劇襯砌裂縫的擴張。出現開裂病害的襯砌將會形成多個滲漏通道，進一步加劇地下水向隧道襯砌內部的滲漏。在這個正反饋調節的過程中，襯砌混凝土逐步喪失防水能力和結構承載能力，最終影響隧道的使用性能和使用壽命。因此，隧道滲漏水病害實際上是隧道各種病害的促進因素和綜合反映。

2 滲漏水病害的處治費用統計分析

以滲漏水病害為代表的公路隧道病害嚴重影響公路運輸的安全，制約了公路運輸的快速發展。為了整治各類病害，公路部門每年都要耗費大量的人力、物力和財力。近年來國內各等級公路養護里程、養護力度和養護費用呈逐年遞增的趨勢。

根據華南地區公路隧道維修加固工程中的設計實踐及相應的統計分析結果，2018年至2020年華南地區部分典型公路隧道滲漏水病害處治費用在維修加固工程總費用中的占比統計結果如表1所示，相應的費用占比逐年增加趨勢如圖1所示。

表1 近三年華南地區部分典型公路隧道滲漏水病害處治費用的占比

圖1 近三年華南地區部分典型公路隧道滲漏水病害處治費用的逐年趨勢

由表1和圖1可見，華南地區公路山嶺隧道滲漏水處治費用在維修加固工程總費用中平均比例均超過60%，且該比例呈現出逐年快速增長的趨勢。其中，部分隧道的維修加固工程總費用甚至完全由滲漏水處治費用構成。由此不難推測，隧道滲漏水在將來仍需要耗費大量的人力、物力和財力進行治理。

相較于國內隧道在滲漏水病害治理方面的巨大經費投入，滲漏水病害治理效果常常難以達到預期效果，反而容易在病害治理結束之后再度出現病害。以博深高速公路隧道維修加固工程為例，由圖2可見，近三年滲漏水病害處治費用比例均在70%以上，反映了滲漏水病害是該維修加固工程的處治重點。另一方面，該項目每延米滲漏水病害處治費用雖然呈逐年降低趨勢，然而2019年和2020年滲漏水病害留存率分別為76.8%和82.7%，反映了滲漏水病害在單次治理結束后的復發趨勢逐年上升。

圖2 博深高速公路隧道滲漏水病害處治費用的逐年趨勢

華南地區整體呈現為高溫多雨的氣候特征。年均降水量整體較大、單次降水持續時間較長的降水特點導致山嶺隧道所處巖土體中的地下水位高、地下水滲流作用活躍、地下水補給強度大，反映在工程地質方面為隧道圍巖含水量豐富，進而導致滲漏水病害的出現概率顯著提高。由于華南地區年均降水量分布較不均勻，因此有必要研究滲漏水病害情況與隧道所在地氣候條件的相關性。近三年華南地區部分典型公路隧道每延米滲漏水處治費用、滲漏水費用比重隨年均降水量的變化分別如圖3和圖4所示。

圖3 每延米滲漏水處治費用隨年均降水量的變化

圖4 滲漏水費用比重隨年均降水量的變化

圖4反映了滲漏水費用比重隨年均降水量增加而呈現下降趨勢。結合圖3和圖4可以得到如下結論：隨著隧道所在區域的年均降水量的增加，隧道滲漏水處治費用和其他病害處治費用都有所上升，其中，其他病害處治費用的漲幅高于滲漏水處治費用。事實上，隧道滲漏水病害是隧道各種病害的促進因素和綜合反映，因此有理由推測正是滲漏水病害的加重導致了其他類型病害的嚴重程度提高。

3 結 語

隧道滲漏水病害是一種會造成多方面危害的病害，是隧道各種病害的促進因素和綜合反映。依托于華南地區典型隧道維修加固項目，對隧道出現的裂縫和滲漏水處治費用進行了統計分析，并就處治費用的變化規律及其與降水量的關聯性進行探討。

(1)華南地區公路山嶺隧道滲漏水處治費用在維修加固工程總費用中平均比例均超過60%，且該比例呈現出逐年增長的趨勢，反映了滲漏水病害是隧道維修加固項目的重點處治內容。

(2)滲漏水病害在單次治理結束后的復發趨勢逐年上升，反映了滲漏水病害處治的長期性和反復性。

(3)隨著隧道所在區域的年均降水量的增加，隧道滲漏水處治費用和其他病害處治費用都有所上升。

(4)滲漏水病害的加重導致了其他類型病害的嚴重程度提高，表明滲漏水病害是隧道各種病害的促進因素。