山嶺隧道動態防水探析

張麗霞

(天津泰達建設集團奧亞工程管理有限公司，天津 300450)

0 引言

山嶺隧道大都具有一定的埋深，在建造及運營過程中，地應力重新進行分布，導致隧道在各個方向的變形是不均勻的。山嶺隧道大多在地下水以下，有些隧道圍巖裂隙還有可能與地表水相通，造成季節性水量變化，如果隧道排水不暢，防水材料如有破損就可能導致滲漏，在較大水壓下有可能造成較大面積的滲漏水，特別是在運營階段進行堵水修補將造成很大的經濟損失及社會影響，因而這些動態特點客觀要求山嶺隧道除了做好系統性的綜合防排水外，動態防水更能顯示其優點。

1 動態防水特點

動態防水是充分調動山嶺隧道所有防水工程措施，根據圍巖應力、地下水具體分布及壓力情況，依靠工程自身的特性及特殊工藝措施，充分利用混凝土的自修復能力和材料自動調節能力做到動態防水，動態防水主要分為材料的動態防水與結構的動態防水，動態防水的特性主要有以下特點:

1)防水的自我修復能力。防水的自我修復能力主要是混凝土的自我修復能力與防水膠條的自我修復能力?；炷磷晕倚迯湍芰χ饕富炷吝M一步水化及混凝土中的鈣礬石、氫氧化鈣、水中雜質的作用，對于微小裂紋進行自愈合。防水膠條主要根據材料的物理性能止水，材料吸水膨脹特性，包括材料與水反應結晶沉淀、吸水生成膠粘體及耐侵蝕性等特性。在安裝的偏差范圍內能夠主動適應安裝偏差，達到自動防水特性。

2)適應結構變形的能力。大多數的山嶺隧道采用鉆爆法施工，加上圍巖坍塌及巖爆，造成初期支護面凹凸不平，防水材料鋪設后，在二次襯砌灌注混凝土過程中，混凝土會對防水材料造成較大的拉伸力。同時，地下水壓力也會對防水材料造成較大的張拉作用力，這都要求防水材料具有較大的適應變形能力，防水材料自身具有足夠的抗拉強度來抵抗外在荷載，同時需要防水材料具有較高的延伸性能來適應較大的結構變形。

3)新型材料、新型工藝的不斷發展。動態防水是一個新興的學科及工藝，對于混凝土結構性裂縫可采用埋入修復材料灌膠愈合的方法，主要包括內置液芯膠囊法、多孔纖維網修復法、內摻有機化合物法等方法;另一種方法是電解沉積法。

2 材料的動態防水

材料的動態防水是利用某些物理特性及化學特性來達到防水的目的，主要有利用材料的遇水膨脹特性，材料水化學反應特性，材料較大的延展特性等來達到防水目的。

2.1 利用材料的水化反應特性

結構混凝土或防水材料中某些化學成分能與水在一定條件下進行成分合成，生成體積較大的新物質，沉積或結晶于結構裂縫處，達到堵塞裂縫的目的。較典型的例子是混凝土裂縫附近的CaO與水化合形成Ca(OH)2，Ca(OH)2溶于水，隨水順著裂縫流到洞壁處同空氣中的CO2發生化學反應形成體積較大的白色沉淀物CaCO3，隨著沉淀物CaCO3不斷增多聚集從而堵塞裂縫。自愈的條件是裂縫寬度在0.1 mm～0.2 mm左右，水頭壓力不大，水頭小于15 m～20 m才容易發生，結構滲漏隨時間逐漸減緩直至全部自封。當圍巖內水壓過大，裂縫大于0.3 mm則不會發生自愈合現象。

2.2 利用材料的遇水膨脹特性

材料吸水膨脹特性是指材料含有吸水性物質，吸水后體積增大，從而擠壓裂隙，填補裂縫的空間，堵塞滲水的通道，從而達到止水目的。最常用的是遇水膨脹橡膠，在山嶺隧道施工縫中被大量使用。另一種有效而經濟的止水材料是利用天然的膨潤土合成的防水板，膨潤土被水浸濕后形成泥漿，自動尋覓裂縫，從而使襯砌混凝土裂縫得到復合，達到止水目的，這是因為膨潤土顆粒與水結合，體積迅速增大到原體積的10倍～15倍，并形成一層凝膠狀不透水層。由于隧道在運營過程或地震等作用而造成的膨潤土板移動或斷裂，在裂縫處的膨潤土也會很快形成防水凝膠層，達到永久自愈的防水效果。

圖1為防水層中膨脹材料自封結構裂縫示意圖。

圖1 膨潤土板裂縫自閉示意圖

2.3 利用微細材料滲透特性

微細材料的滲透特征的應用是在山嶺隧道常年滲水量過大的襯砌地段，將襯砌混凝土加入特殊有機化合物并充分拌合，形成“生物水泥”。其中有機化合物按要求可以形成鹽度比普通地下水高的溶液，該溶液可以滲透到混凝土中，此種過程既可以逆水壓也可順水壓進行。另一種有機化合物通常是不加固化劑的環氧樹脂類物質，在堿性環境下環氧樹脂緩慢硬化，形成自封閉的微膠囊，一旦有裂縫出現，微膠囊便破裂并充滿裂縫與水泥中成分進行水化反應，形成不溶于水的物質，從而使裂縫進行自動修復，達到防水的目的。

3 結構工藝動態防水

結構工藝動態防水是山嶺隧道動態防水的基礎，主要是采取結構性防水設計達到隧道防水。結構性的防水是基礎，是通過系統性的防水設計及嚴格控制施工質量來達到防水的目的。

3.1 結構防排水施工

隧道結構防排水是關系到工程質量、運營安全的重要因素。隧道設計及施工時，針對不同隧道、不同的圍巖類型、不同的地下水狀態要采取不同的設計及施工方法，下面以秦嶺終南山公路隧道設計及施工中采取的下列有效技術措施來進行說明:1)開挖采用光面爆破技術，使開挖面圓順。噴混凝土，打錨桿，對開挖巖面水流進行有效處理，具體做法:大股水流用插管引導;較弱裂隙水用塑料網格平無紡布引導;大面積嚴重滲水用防水砂漿抹平，將滲水集中，然后開槽引排。2)濕噴混凝土確保噴層設計厚度。富水段及斷層帶的軟弱圍巖地段，采用小導管進行預注漿。邊墻設φ100彈簧半圓排水管盲溝，間距5 m布置一環，并在隧道噴混凝土與模筑襯砌之間設復合式防水板。3)弱富水段、貧水段，邊墻設φ100彈簧半圓排水管盲溝，間距10 m，初期支護和二次襯砌設EVA防水板和無紡布。4)EVA防水板的性質、性能、規格應符合設計要求。軟式透水盲管固定在洞壁上，并與下部與仰拱泄水孔相接的PVC管接好，保證暢通。環式鋪設無紡布加復合式防水板，兩環防水板的搭接寬度應大于10 cm，搭接處用電動壓膜機焊接，焊縫寬不小于2 cm，焊縫要求無漏焊、假焊、烤焦等現象。固定防水板的鉚釘外用直徑4 cm圓形塑料板電烙封堵，釘與釘間塑料板有一松緊量，做到防水板面與混凝土面密貼。5)隧道墻腳縱向設φ100的彈簧半圓排水管盲溝，與腳墻盲溝相通，墻腳泄水孔三通連接。6)對襯砌環接縫認真處理。在襯砌臺車設計時，設計出定型擋頭板，制作安裝嚴密，確保接縫無漏漿，無雜物，同時在施工接縫處設置橡膠止水帶。7)防水板鋪設。防水板、土工布錨固細部構造見圖2。8)防水板之間粘結結合部位采用真空加壓檢測，在0.2 MPa壓力作用下5 min后不得小于0.16 MPa。防水板真空加壓檢測見圖3。

圖2 防水板、土工布錨固細部構造

3.2 加強防水薄弱地段的防水

山嶺隧道二次襯砌的“三縫”即施工縫、伸縮縫、沉降縫是防水薄弱地帶，山嶺隧道大多數漏水是發生在這“三縫”地帶。在設計及施工中要充分重視此區域，一般做法是在此區域適當加密軟式透水盲管，并設置遇水膨脹型防水材料，通過排水盲管及排水管道將隧道周邊的地下水順暢排至排水溝，再加上遇水膨脹防水材料自我膨脹擠密裂隙，達到止水目的。

圖3 防水板真空加壓檢測圖

3.3 充分重視排水

山嶺隧道發生滲漏水主要是因為防水材料后面有水，特別是水壓過大更容易發生滲漏。因此山嶺隧道防排水要以排為主，防排結合的綜合防水為目的。針對不同的滲水量及不同的圍巖類別設計不同管徑及密度的排水管道，保證排水順暢，特別在斷層帶軟弱地層處更應加大排水力度，這是因為斷層處多數與地表水相連，在雨季隧道承受較大水壓，極易發生滲漏水工程事故。

4 結語

山嶺隧道動態防水要遵循以排水為主，防、排結合的系統性防水，使防水材料與結構工藝密切結合，共同達到主動性、動態性防水。同時通過新型材料的開發與利用、新的防水理念的應用來達到動態防水的目的。具體施作要注意以下幾點:

1)山嶺隧道防排水是一項系統工程，從規劃、設計、施工到材料的選用，每一個環節都要嚴格控制。好的防水理念要通過規劃、設計來具體體現，要通過選用新型材料、施工過程嚴格控制施工質量來實現。結構工藝防水是基礎，沒有好的結構或者結構出現問題，動態防水也就無從談起。

2)嚴格控制初期支護及襯砌施工工程質量，控制結構產生較大的變形。動態防水的基礎是在結構發生微小變形產生細小裂縫下才產生作用。因此，要嚴格控制初期支護以及襯砌施工質量，并且加強運營期間的管理，才能更好地發揮結構與材料的動態防水效果。

3)正確使用膨脹型防水材料，減少材料膨脹空間。膨脹型材料在施工過程中嚴格進行防潮，嚴禁與水接觸。在施工過程中，要嚴格控制防水材料粘貼時間與質量，減少施工偏差，在膨脹性材料膨脹約束范圍內發揮止水作用。

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［2］程 曉，俞志強.從材料的動防水性談有變形裂縫地下工程墻面的防滲［J］.中國建筑防水，1997(2)：27-28.

［3］呂康成，崔凌秋.隧道防排水工程指南［M］.北京：人民交通出版社，2004.

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