云南省普通國省道干線公路隧道滲漏水病害調查及成因分析

吳斌

摘 要：滲漏水作為山區隧道結構病害中存在的主要問題，對行車安全具有一定的安全隱患。通過對干線公路隧道進行定期檢查，采用現場調查、數理統計等方法探究干線公路隧道滲漏水病害成因。認為導致干線公路隧道滲漏水病害的主要因素有3個方面：自然因素、設計因素、施工因素。研究成果對于開展云南片區隧道病害防治及處治提供基礎數據，同時也可為其他地區或全國干線公路隧道滲漏水病害的統計分析提供參考。

關鍵詞：運行隧道；滲水裂縫；滲漏水；病害調查；統計分析

中圖分類號：U457 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0164-04

1 概述

隧道作為道路上的重要構筑物，在山區道路上修建隧道縮短線路總長。但是，目前有很多干線公路隧道出現了襯砌開裂和滲漏水等病害，嚴重威脅著道路的通行安全。

云南地形、地質環境復雜，地震烈度高，斷裂帶縱橫交錯，這就導致隧道病害較多[1]。目前，干線公路隧道所面臨的病害情況越來越復雜，隧道襯砌開裂、滲漏水等病害也越來越多。截止2015年底，我國大陸已建成公路隧道14006座，總里程12683.9千米，同比凈增1602座，1927.2千米，其增長率分別為11.4%、15.2%，隧道里程增長率高于高速公路本身增長率。隨著隧道數量增多，運行時間增長，隧道病害逐步顯現，運行隧道滲漏水病害成為未來一段時間內研究的一個重點問題。據調查統計，國內建成10年以上的隧道，約80%存在襯砌開裂、滲漏水病害現象[2]。通過對云南省干線公路隧道的定期檢查，探究了干線公路隧道滲水裂縫、滲漏水的原因。

2 云南省干線公路隧道滲漏水調查

2.1 云南省干線公路隧道概況

云南省作為一個經濟欠發達的高原山區邊疆省份，占全省92%的運輸依靠公路運輸完成，顯然云南省的公路交通應該兩條腿走路，一方面基礎設施要實現跨越式發展，另一方面公路運輸保障能力必須得到大幅度的提升，這樣才能支持全省經濟社會發展，也方便人民群眾安全便捷出行。云南省94%的國土面積為山區、半山區，作為一個公路大省，其公路上的隧道結構物占了相當大的比例，截止2012年底，隧道里程數達338356米，共有565處隧道，其中本次隧道檢查合計69223.78m。

2.2 檢查方式及內容

本次檢查采用了隧道智能檢測車（新橋牌BDK5070XJC

01）、裂縫測寬儀、照相機、皮尺等設備，對隧道滲水裂縫等病害進行現場調研。檢查的主要內容為：滲水裂縫情況：裂縫走向、寬度、所在位置等。

2.3 檢查范圍

根據隧道的線路分布、建造時間以及維護情況等因素的考慮，選取云南省普通國省道35條干線公路隧道進行了檢查。本次所選取的干線公路覆蓋了省內滇東、滇中、滇西3個地質分區。此次檢查的干線公路位置分布情況如圖1所示，典型隧道的滲水裂縫、滲漏水基本信息如表1所示。

此次檢查任務重、時間緊，在隧道滲水裂縫調研中主要依靠隧道智能檢測車檢測，隧道智能檢測車通過線性相機對隧道襯砌進行掃描，隨后通過軟件將掃描圖像展開成隧道整體圖像，可清晰看到隧道中的每一處病害，隧道智能檢測車裂縫識別精度為0.2mm，因此在隧道襯砌裂縫統計時難免有疏漏，但并不影響統計結果的科學性。

3 隧道滲水裂縫檢查分析

隧道滲漏水是由于多種因素造成的，隧道襯砌作為重要結構層，在隧道防水時起到了重要作用。隧道滲漏水會使結構潮濕、路面積水濕滑、地面摩擦力降低，影響行車舒適及安全，長期滲漏水會導致襯砌侵蝕破壞，影響隧道結構穩定、安全及耐久性；在寒冷地區，冰錐會威肋人車安全，且反復凍融會造成襯砌開裂破壞等[3]。

3.1 裂縫的幾何形態

滲水裂縫是隧道病害的主要方式，降低了隧道結構的安全性和損壞了隧道結構的穩定性，影響隧道的正常通行，甚至危及行人、行車安全。滲水裂縫的特作主要包括裂縫寬度、走向、位置等。裂縫走向根據裂縫與隧道軸向的關系進行分類，有環向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫、網狀裂縫4類，此次調查結果如圖2所示。

圖2 隧道襯砌裂縫走向分類統計

由圖2可以看出：隧道滲水裂縫中數量最多的是環向裂縫，占所有裂縫總數的63.26%；其次為縱向裂縫，所占比例為28.49%。在檢查中發現，環向裂縫一般發生在沉降縫。施工縫的位置，常發生在洞口或不良地質帶與完整巖石地層交接處，而縱向裂縫在邊墻部位居多。

3.2 滲水裂縫所占比例

隧道裂縫寬度根據規范[4]中關于不同裂縫控制等級所容許的裂縫寬度，根據現場檢查及隧道智能檢測車的檢測情況，將裂縫寬度分為3類：小于等于1.0mm的小裂縫、1.0～3.0mm的中裂縫、大于等于3.0mm的大裂縫，隧道裂縫中有一部分存在滲漏水，其滲水裂縫占裂縫總數的具體情況如圖3所示。

由圖3可以看出：滲水裂縫主要存在于中裂縫和大裂縫中，據試驗資料，當裂縫寬度為0.1～0.2mm時，裂縫雖然不能完全膠合，但可逐漸自封，當裂縫寬度超過自愈范圍后，裂縫漏水量和裂縫寬度呈三次方比例。由此可知，并不是所有的裂縫都會產生滲漏水，但隧道滲漏水病害卻主要取決于裂縫寬度和匯水通道的形成[5]。其中小裂縫形成的主要原因在于混凝土水灰比不當，養護不周，使水泥石在硬化過程中物理化學收縮引起干縮裂縫；還有施工過程中較大的溫差導致了混凝土的收縮裂縫，混凝土的早期抗拉強度較低，因此，如果混凝土的水泥用量、澆筑溫度、水泥規格使用不當就會導致混凝土的早期溫度過高，隨著混凝土溫度的下降，裂縫也就隨之產生[6]。并不是所有的小裂縫都會形成滲漏水，但在長期作用下由于混凝土徐變，水分子進入混凝土內部腐蝕鋼筋，影響隧道的耐久性。

4 隧道滲漏水調查結果及分析

4.1 隧道滲漏水類型endprint

根據隧道襯砌滲水量，將隧道滲漏水類型分為5類：即噴射（滲漏成線呈噴水狀態）、掛冰（形成冰錐）、涌流（水直接從襯砌裂縫或施工縫涌出）、滴漏（襯砌漏水成水滴狀態，間斷下滴，有明顯漏水點）、浸滲（襯砌表面呈面狀濕潤狀態）。在此次現場調研中，未發現水直接從襯砌裂縫中噴涌，因此將云南省干線公路隧道滲漏水的類型分為4類：涌流、掛冰、滴漏、浸滲。

隧址區的自然環境決定了地下水是否富集在隧道區域，而隧道開挖后使地下水滲流路徑發生改變，集中滲向隧道方向，同時隧道圍巖發生應力重分布，壓力直接作用于襯砌結構上從而形成裂縫，而裂縫為地下水進入隧道提供了通道，此次統計結果如圖5所示。

由圖5看出：云南省干線公路隧道滲漏水類型主要以浸滲、滴漏為主，分別占71.1%和26.5%的比例，其滲漏水量相對較小，涌流所占比例僅為2.3%，其滲水量較大，易形成路面積水，道路濕滑，使行車不安全。在云南西北部，冬季氣溫較低，隧道滲漏水則易形成掛冰，對行車安全造成極大威脅。

4.2 隧道滲漏水部位

隧道滲漏水根據所在的位置將其大致分為拱頂滲漏水、拱肩滲漏水、邊墻滲漏水、拱腳滲漏水四類，不同位置隧道滲漏水產生的原因也不相同，其統計結果如圖6所示。

由圖6看出：隧道滲漏水主要集中在邊墻處，占滲漏水總數34.5%，然后是拱肩、拱腳，分別占26.22%和25.95%，拱頂所占比例較低，僅占13.3%。其主要原因在于襯砌防排水失效，混凝土密實度不夠，泌水通道發育，且拱肩、邊墻、拱腳是裂縫易產生部位，為地下水滲入隧道提供了路徑，還有地下水對襯砌混凝土的化學腐蝕[7]。從受力方面分析，拱頂混凝土一般是內側受壓，從而導致開裂、剝落；拱腳裂縫則會形成襯砌錯動；拱腰主要是因為混凝土內側受拉張開；邊墻裂縫由于混凝土襯砌內側受拉張開錯動，使隧道失穩。環向裂縫因為縱向受到不均勻荷載，以及沉降縫處理不當、圍巖地質變化等因素，往往發生在洞口或不良地質帶交接處；斜向裂縫一般由于混凝土襯砌的環向應力和縱向受力組合而成的拉應力造成。

5 隧道滲漏水原因探究

對云南省干線公路隧道滲漏水病害進行檢查，并根據云南地區的氣象、地形地貌、水文地質條件，隧道的施工工藝等資料，綜合分析后，認為導致干線公路隧道滲漏水主要有以下三個因素：

5.1 自然因素

從自然因素方面考慮，隧道地質環境和強降雨是導致隧道滲漏水的直接原因。一方面是地表水通過地下巖溶管道或圍巖裂隙滲入地下，并排入暗河，當遇到強降雨時，巖溶管道、圍巖裂隙滲漏水能力有限，使得大量雨水無法及時排走，涌向隧道處，使得隧道防排水設施超負荷運轉。另一方面是隧道穿越暗河、溶洞及斷層區域，在強降雨情況下，暗河流量驟增、溶洞積水和斷層大量漏水，從而使得隧道防排水設施超負荷運轉，無法及時排除涌入的地下水，導致隧道出現滲漏水[8]。另外在本次檢查中，有極少數的裸洞存在，根據試驗研究結果表明，裸洞隧道病害是損傷和滲流耦合強度因子在0.5左右產生的，隨著隧道圍巖裂隙的擴展和損傷程度的加劇，圍巖塑性區半徑隨水壓力的增加而迅速增大，導致了滲漏水的產生[9]。

5.2 設計因素

（1）由于隧道勘察設計主要傾向于隧道結構部分，對隧道防排水有所忽視。雖然防水板采用全包形式，并且設計了相應的排水系統，但是對于復雜地質區段，特別是穿越破碎帶、溶洞以及軟-硬圍巖交接段等，未進行全面防排水處理，即沒有采用初支背后圍巖注漿堵水或未設置泄水孔等措施，從而使隧道出現滲漏水病害[3]。

（2）短隧道防排水設計往往忽視水文地質條件的變化，整個隧道采用同一種防排水措施，可能隧道圍巖局部分布有富水層、破碎帶等，未進行相應處理。

5.3 施工因素

在山區和半山區，地形多為“雞爪形”地形，在隧道建設技術中，有不同地質環境下的技術方法。一般來說，自然地質病害在隧道勘察設計階段，往往采取了相應的工程處治對策，重大地質病害往往也引起各級的高度重視，采取的工程技術對策一般也相對合理有效，可以起到很好的防治作用。但是，在隧道建設過程中，誘發的問題往往不可預見，具有隱蔽性和突發性，因此，往往給隧道建設帶來一定的病害隱患。

隧道施工時，隨著二次襯砌和噴射混凝土，支護結構承受較大圍巖壓力導致產生裂縫。目前修建的公路隧道襯砌常為復合式襯砌，在隧道施工過程中，止水條設置預留不合理，在預留縫里布設止水條后被水污染，影響后期止水條的性能，止水條固定不牢固導致澆筑混凝土時脫落或無法保證止水條與襯砌截面垂直。

6 結束語

隨著社會經濟的不斷發展，我國的交通行業得到很大的提升。隧道逐漸成為主要的地下交通形式，為確保隧道通行安全，因此應加強對隧道滲漏水裂縫病害的研究，對其原因進行分析，并提出尋找解決辦法。通過對云南省干線公路隧道襯砌裂縫、滲漏水的統計和機理分析，揭示了導致干線公路隧道滲漏水的主要原因，為干線公路隧道維護和病害防治提供重要的資料，并具有一定的現實意義和參考價值。

參考文獻：

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