合福鐵路樓村隧道滲漏水成因分析及防治技術

李縱，劉鵬飛

合福鐵路樓村隧道滲漏水成因分析及防治技術

李縱，劉鵬飛

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連116083）

隧道滲漏水會嚴重影響隧道的正常施工以及安全運營。文章分析了當前隧道滲漏水現狀，結合樓村隧道的工程地質情況，采用層次分析法對樓村隧道滲漏水產生的各影響因素進行了計算分析，結果顯示主要因素為隧道防排水施工設計以及當地年降雨量，并總結了相應的防治技術。

隧道；滲漏水；層次分析法；防治技術

0　引言

截止上世紀末，我國鐵路隧道總長達4 000 km，且以每年200余km的速度逐年遞增。當前我國高速鐵路修建速度日漸加快，新修隧道不斷增多，與此同時，隨著隧道技術的不斷發展，在水利水電、礦山建設、核廢料地下處理等地下工程中也建成了越來越多的隧道。

隧道的開挖，必然伴有原始地應力的重新分布，因此常常伴隨諸多巖土工程問題，其中滲漏水問題最為突出。

隧道開挖破壞了原始應力狀態，巖體產生卸荷回彈和應力重分布等現象，賦存在巖體中的水已經不能完全被巖體中“通道”所約束，具有高勢能的水會逐步深入巖體已有或新產生的裂隙，并有促使裂隙擴張的效力，進而產生滲漏水現象。對此，國內外眾多相關工作者開展了大量探索研究。周程，蔣中明等針對高壓水工隧道中水的滲透性，利用Flac3D數值模擬軟件模擬了高壓水工隧道的滲流場和應力場，并結合工程實踐予以驗證，具有一定的工程指導意義[1]；潘海澤，黃濤等在進行隧道滲漏水災害分級研究時采用了距離判別分析法，并結合國內圓梁山隧道和西奇一號隧道展開分析論述，探索了滲漏水災害分級的方法和手段，具有較高的指導意義[2]；鈄逢光，范忠勇，劉迎會，魏連峰等也對隧道滲漏水展開了詳細的分析，并結合相關工程實踐提出了相應的治理措施[3-6]。

不同的工程具有不同的工程實地條件，因此前人的研究成果只能予以借鑒，只有立足于特定的工程實踐背景，才能準確地分析工程實際問題，并提出符合實際情況的治理措施。

本文結合已竣工通車的京福高鐵合福段樓村隧道，綜合分析其滲漏水成因，并總結相應治理措施。

1　當前隧道滲漏水原因

隧道滲漏水產生原因大致可分為兩方面：客觀上，為隧道所處工程地質條件。工程所處地質狀況及水文狀況復雜，施工前難以準確探測地下水體賦存狀況，隧道開挖致使其原始地應力狀態破壞，導致產生地應力重新分布。同時，工程導致水體在地應力作用下的流態發生變化，易向隧道自由面匯集流動，造成隧道滲漏水。主觀上，施工過程中的人為因素，主要包括選線不當，施工不規范，管理不健全，設計不合理，后期維護不到位等原因。具體表現為：

1）隧道砌筑混凝土出現裂縫，主要包括有環境溫度變化，混凝土收縮，隧道地基變形，錨固鋼筋銹蝕等。

2）地下水流動狀態發生變化，即地下水滲流場的變化。隧道開挖導致原始地應力發生變化，應力重新分布，開挖面作為應力釋放面，致使地下水向隧道方向集中。同時，隧道周邊圍巖產生變形并伴隨有裂隙的產生，為地下水流向隧道提供了路徑。

3）施工過程中，未有效處理施工縫以及變形縫，防水工具和材料安置不合理。

2　樓村隧道工程概況

合福鐵路閩贛段Ⅱ標樓村隧道設計為雙線隧道，隧道所處區域地下水較為發育。隧道大部分處于奧陶系下統印諸埠鈣質頁巖，青灰色，巖質較軟，地下基巖裂隙水不發育。該工程自2010年8月開工，至2011年8月因業主資金不到位暫時停工，截至停工時隧道進口完成開挖支護750 m，襯砌完成640 m，出口完成開挖支護720m，襯砌完成528 m。停工以后發現已施工完成的二襯有局部滲漏水現象。

3　樓村隧道滲漏水原因

1）水文地質條件復雜：樓村隧道所處位置水文地質條件較復雜，地下水豐富，與此同時，該隧道地下水中含有大量的礦物質（大多為鈣質），長期積累下來的礦物質造成排水管、盲管堵塞等現象，從而導致排水系統無法正常運行，出現多處積水。

2）施工方面的原因：隧道施工質量差，在二次襯砌過程中，混凝土振搗不密實，致使對施工縫、變形縫的處置不到位，不規范。防水層敷設不規范，隧道中止水帶和止水條與混凝土沒有有效地結合在一起；防水板尺寸不達標，長度不合理，沒有有效搭接。

3）防排水設計不甚合理，防排水施工管理體系不完善。同時，該隧道還未進行回填注漿，回填注漿可以彌補襯砌混凝土施工中產生的缺陷，在一定程度上能防止滲漏水的發生。

4　影響因素層次分析

根據問題的屬性以及所要分析的最終目的，采用層次分析法對各制約因素進行權重分析。首先，在分析各制約因素之間相互制約關系以及隸屬關系的基礎上，將各因素分層組合，得到關于最終研究問題的分析結構模型。其次，根據分析得到末層因素對于頂層問題的影響權重值，并按序排列。最后，根據各因素排列順序對研究問題進行總結評價[7]。

4.1層次分析模型建立

權衡滲漏水的各影響因素，將樓村隧道滲漏水問題劃分為三個層次。

首層，分析目標層，即樓村隧道滲漏水問題，表示為A。第二層為制約層，即誘發樓村隧道產生滲漏水的原因因素，主要包括樓村隧道所處自然地質情況，隧道施工，隧道防排水措施三個方面，分別表示為B1，B2，B3，該三個因素共同構成樓村隧道滲漏水誘因因素集，B={B1 B2 B3}。第三層為子制約層，即誘發制約層問題產生的原因因素。其中，隧道所處自然地質情況主要包括工程地質情況，年降雨量，地表水賦存情況三項指標，分別表示為C1，C2，C3；隧道施工主要包括初期支護，襯砌施工，三縫處理施工三項指標，分別表示為C4，C5，C6；隧道防排水措施主要包括防排水施工設計，防排水材料選擇，防排水混凝土質量三項指標，分別表示為C7，C8，C9。

根據上述9個因素，得到樓村隧道滲漏水誘因因素集C，C={C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9}，由此構建樓村隧道滲漏水誘因因素層次分析模型，如圖1。

圖1　樓村隧道滲漏水層次分析模型Fig.1 AHP analysis model of Loucun tunnel water leakage

4.2構造判斷矩陣

根據圖1所示的層次分析結構模型，基于各層之間的隸屬關系，構建各判斷矩陣，以衡量下一層影響因素對上一層制約因素的權重。判斷矩陣是用來比較本層各因素對上層某一相同因素的影響，根據表1給出其元素值aij。

表1　判斷矩陣元素Satty標度法Table1 Satty scalemethod formatrix element judgment

根據上述理論可構建出目標因素A的總判斷矩陣：

子制約層對制約層因素判斷矩陣：

利用數值計算分析軟件Matlab軟件中的eig函數，可對各判斷矩陣的特征值與特征向量進行快速求解，得矩陣A最大特征值λmax=3.003 7，對應特征向量為W=[0.928 1 0.328 8 0.174 7]T。

同理，可得各制約層判斷矩陣最大特征值及特征向量。

B1最大特征值λmax=3.099 9，對應特征向量為W1=[0.085 7 0.822 0 0.563 1]T；

B2最大特征值λmax=3.012 6，對應特征向量為W2=[0.118 3 0.661 8 0.740 3]T；

B3最大特征值λmax=3.012 6，對應特征向量為W3=[0.972 4 0.155 4 0.173 9]T。

將各判斷矩陣對應的特征向量歸一化處理，得各權重特征向量：

W1′=[0.648 3 0.229 7 0.122 0]T；

W1′=[0.058 3 0.558 9 0.382 9]T；

W2′=[0.077 8 0.435 3 0.486 9]T；

W3′=[0.747 0 0.119 4 0.133 6]T。

4.3層次單排序及一致性檢驗

計算一致性指標

式中：n 為矩陣階數，本文為n = 3。

總判斷矩陣A的一致性檢驗，根據計算公式

式中：RI為平均隨機一致性指標，本文矩陣階數n=3，取RI=0.52。

經計算，總判斷矩陣A的一致性指標CR值為0.004<0.1，其一致性可被接受。

總判斷矩陣具有符合要求的一致性條件，即可對判斷矩陣B1，B2，B3進行一致性檢驗。根據上述計算方法，得B1，B2，B3判斷矩陣一致性指標值分別為0.002，0.054，0.086。由此可知，各

式中：n為矩陣階數，本文為n=3。

總判斷矩陣A的一致性檢驗，根據計算公式判斷矩陣的CR值均小于0.1，矩陣的一致性均可被接受。

4.4層次總排序及一致性檢驗

層次總排序是指根據相對重要性程度，針對總目標，將所有影響因素進行權重值排序。具體方法如下：

式中：CIj，RIj分別為制約層有關因素對目標層因素進行層次單排序時，根據計算所得的一致性指標和隨機一致性指標；aj為目標層的層次總排序權重值，m=3。

根據公式（2），計算得CR=0.018 9<0.1，即其不一致性程度在允許范圍內。

綜上，該層次分析模型通過一致性檢驗。

4.5樓村隧道滲漏水各層次影響因素權重值排序

將影響因素權重值進行歸一化處理計算，得最終權重值排序如表2。

表2　樓村隧道滲漏水影響因素Table 2 Influence factors of Loucun tunnel water leakage

由表2可以看到，防排水施工設計和當地年降雨量對樓村隧道滲漏水影響程度最高。由于防排水工程設計不合理，在進行隧道開挖時，未能有效避開地下含水裂隙，導致后期排水工程難度加大。同時，當地降雨較為集中，雨季項目施工時防排水措施不到位也直接導致了隧道滲漏水現象的發生。

5　樓村隧道滲漏水的處理方法

根據樓村隧道滲漏水影響因素層次分析計算結果，對隧道施工的防排水設計方案進行了優化設計，同時對已發生的滲漏水問題進行及時有效處理。

5.1防排水設計方案優化

1）在二次襯砌時采用防水混凝土，有效克服了普通混凝土的滲漏水問題。

2）針對樓村隧道的縱、環向施工縫合理布置止水帶、止水條，使其與混凝土有效結合。

3）優化設計防水板尺寸，規范防水層的敷設施工。

4）創新采用具有止水裝置的三通漿液合攏管，使用具有較大凝固體積比以及滲透半徑的新型氰凝注漿材料，優化配比方案，更好地達到堵漏效果。

5.2較大規模滲漏水的應對措施

較大規模滲漏水主要有以下幾種情況：二次襯砌質量低，施工后混凝土表面出現潮濕，局部出現滲水。

主要原因：工程所處地質情況復雜，地下水賦存量大，隧道開挖導致水壓增大。

處理的方法：隧道開挖后的圍巖表面由于應力重新分布易產生裂隙，采取噴注水泥砂漿、水泥玻璃漿等措施進行有效封堵。同時，在圍巖表面埋設縱向和橫向排水管，將匯集的隧道承壓水引致排水溝，排到隧道外，以達堵水排水的目的。

5.3小規模滲漏水的應對措施

隧道開挖后的圍巖表面由于二次襯砌中混凝土密實效果不佳，易出現混凝土蜂窩現象，局部會產生點漏和線漏現象。

處理方法：首先對襯砌后的圍巖表面進行徹查，掌握點漏及線漏位置，然后采用化學注漿方法逐一進行注漿堵漏。

6　結語

本文分析了當前我國隧道滲漏水的存在狀況，并結合樓村隧道實際施工過程中的滲漏水問題，在分析其病因的基礎上，利用層次分析法對各影響因素進行了詳細的權重分析，得出以下結論以及工程設計施工優化意見。

1）將層次分析法應用到隧道滲漏水分析中，有效判定了各影響因素的權重大小。

2）樓村隧道滲漏水產生的主要原因為防排水設計施工不合理和當地年降雨量偏大。采取優化二次襯砌方案，選用防水混凝土材料，規范防水層敷設施工，使用具有止水裝置的注漿管和新型氰凝注漿材料等手段，優化了樓村隧道滲漏水防排設計方案，效果顯著。

3）針對樓村隧道已產生的滲漏水問題，分別總結了大范圍滲漏水和小范圍滲漏水產生的具體原因以及相應的處理措施。

[1]周程.高壓水工隧道滲透穩定性研究[D].長沙：長沙理工大學，2008. ZHOUCheng.Seepagestabilityanalysison high pressure hydraulic tunnel[D].Changsha:Changsha University of Scienceand Technology,2008.

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Causing analysis and prevention technologies for Loucun tunnel water leakage of Hefei-Fujian Railway

LIZong,LIUPeng-fei
（No.3Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirstHarborEngineering Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning116083,China）

The tunnelwater leakageaffects the tunnel construction and safe operation seriously.Weanalyzed the currentstatus of the tunnelwater leakage.Based on the engineering geology of Loucun tunnel,we analyzed the influence factors causing the water leakage by using AHP.The results shows themain factors causing the problem ofwater leakage are the drainage design and construction of Loucun tunnel and the localannual rainfall,and the corresponding prevention technologiesare summarized. Keywords：tunnel;water leakage;AHP;prevention technology

U455.4

B

2095-7874（2016）04-0062-05

10.7640/zggw js201604016

2015-10-29

李縱（1979—），男，吉林長春市人，碩士，工程師，建筑與土木工程專業。E-mail：lizong791205@126.com