運營期隧道滲漏水病害無損檢測及處治措施研究

雪彥鵬，何杰，高斌，江東

（1重慶中信滬渝高速公路有限公司，重慶 401336；2北京中交橋宇科技有限公司，北京 100102）

運營期隧道滲漏水病害無損檢測及處治措施研究

雪彥鵬1，何杰2，高斌2，江東2

（1重慶中信滬渝高速公路有限公司，重慶 401336；2北京中交橋宇科技有限公司，北京 100102）

該文以某山區高速公路運營隧道滲漏水病害檢測及處治為工程背景，通過地質雷達無損探測及水質檢測，確定了隧道的滲漏水的分布范圍和主要成因，在隧道滲漏區域采用“排、截”等方式對其進行綜合治理，同時在隧道滲漏水檢測及處治等方面提供一定的參考價值，促進大量運營期滲漏水隧道能夠繼續保持良好的運營狀態。

隧道病害；綜合檢測方法；病害機理；綜合處治

0 前言

近年來，隨著我國高速公路隧道的大量建設，隧道滲漏水成為最為常見的病害之一，不僅危害隧道結構和周圍環境，嚴重的已影響到行車和洞內設施安全，已經成為運營隧道的第一大頑疾[1]。

最初，人們主要靠簡單的人工巡查來檢測隧道病害，判斷的依據也僅僅來源于肉眼的觀察以及傳統測量工具的數值。近年來，公路隧道檢測技術發展迅速，地質雷達、紅外熱成像、超聲檢測等多種無損檢測方法均已成功運用于隧道檢測中，對掌握隧道病害內部機理提供了更加有利的參考[2-6]。

公路隧道的防滲漏工作應當結合實際對施工技術的可行性、運營養護的經濟性和耐久性等因素進行權衡。簡單的說，就是要做到因地制宜、綜合治理、保護環境、防排堵截相結合，保證隧道正常運營和使用，但尚未形成一套具體、詳細且針對性強的處治方法[7]。

1 工程概況

1.1 隧道概況

某山區高速公路運營隧道方向由西向東，最大埋深471m。為深埋特長分離式隧道，建筑限界凈空為10.50×5m，左右線間距18~30m。左線長6015m，右線長6002.077m。

隧道自通車以來，左右洞進口段約3000m范圍內，出現襯砌施工縫、變形縫、襯砌拱腰部、電纜溝涌水，路面隆起等現象（圖1），嚴重影響行車安全。

圖1 隧道現場病害照片

1.2 水文地質

近幾年雨水量統計如表1所示，其中雨量多集中在夏季，每年5至9月份的降水量占全年的70%，且多有春旱或伏旱的特點。

表1 近幾年雨水量統計表

隧址區屬構造溶蝕侵蝕低山及溶蝕平臺地貌，地形切割較大，高差230～918.9m。為南北向展布的長條狀山脈。

該區主體構造為背斜，存在1斷裂，全長33km，在該區長14km；存在1斷層，在隧道進洞口沿北35°東展布，傾向北西，傾角20°～25°，呈壓扭性，斷層破碎帶寬1～5m。

沿隧道軸線方向，地表無常年的地表溪流，只是隨降雨有季節性溪流。在隧道軸線左右500m范圍內共發現5處池塘，地表泉和井出露不發育，在區域范圍內垂直于隧道沿伸方向的灰巖區有多處地下暗河出口，水量隨降雨量變化明顯。地下水主要富集于斷層附近，施工過程中所遇到主要的不良地質是斷層、巖溶、瓦斯氣體和石膏。

2 隧道結構背后含水區域檢測

目前大量物探技術理論和設備均取得長足的進步，探水方面運用較為成熟的有紅外熱成像探測技術、脈沖回波探測技術、地質雷達等。通過對比各類物探技術的理論和現場實施特點，該次采用地質雷達法檢測。

2.1 地質雷達探測

地質雷達探測原理如圖2所示，我們一般以脈沖反射波的形式體現雷達圖，通過對雷達檢測資料的后處理我們可獲知地下介質的分布情況以及介電常數變化面的位置等參數[8-9]。

圖2 地質雷達探測原理

電磁波在遇到相對介電常數明顯變化的地質情況時會產生反射和透射現象，這種現象主要受異常變化界面的電磁波反射系數影響：

式中：r— 界面電磁波反射系數；

ε1—第一層介質的相對介電常數；

ε2—第二層介質的相對介電常數。

如圖3所示，巖土體介電常數隨著含水量增大而增大，多數干燥的地下介質，其相對介電常數值＜10，水的相對介電常數是81。

圖3 不同含水率下巖體介電常數

基于以上地質雷達探測原理的分析，干燥混凝土與水的介電常數相差較大的基礎，在分界面易得到電磁波反射系數，地質雷達用于結構背后探水具有獨到的優勢。

2.2 現場檢測方法

沿隧道縱向布置4條測線，分別位于左右拱腰的邊墻。根據實際情況，避開照明及電纜橋架等障礙物，最終確定雷達測線位置。測線布置見圖4。

圖4 雷達檢測線布置示意圖

襯砌背后缺陷及含水檢查采用地質雷達，配備500MHz屏蔽天線，探測深度2～3m。

檢測過程中，對發現的疑似含水區域，在原有測線的兩側加密布設測線，確定含水影響區域。

2.3 地質雷達標定方法

檢測之前應在每座隧道已知厚度部位 （一般在洞口明洞地段二次襯砌厚度可用常規方法測量地段）或與隧道襯砌材料相同的其他預制件上測定襯砌混凝土的介電常數或電磁波速度。然后根據雷達圖像的分層情況找出襯砌與空氣（圍巖）的界面，確定襯砌混凝土的介電常數或電磁波速度，使確定的介電常數代入后的處理厚度結果與現場實際測量的厚度結果相吻合。

根據標定的檢測參數，對相應隧道進行檢測。

2.4 參數調試

選取隧道中已知的襯砌、路面背后含水位置或者出現嚴重破損的位置作為試驗段，采用地質雷達進行探測，得到探測結果后安排專業人員進行數據分析和解讀，對疑似含水區域進行鉆孔驗證，從而調試參數，提高探測效果和準確性。

2.5 檢測結果

通過對地質雷達探測得到的原始雷達波進行時間靜校正、去直流漂移、增益、背景去除、巴特沃斯帶通一維濾波及滑動平均等二維濾波處理，壓制和剔除干擾波，突出有效波，分析電磁波典型特征，解析雷達圖像，圖5為典型襯砌背后含水、富水地質雷達圖像，且均通過鉆孔驗證。

圖5 地質雷達濾波圖（襯砌結構背后）

經統計，隧道左右幅結構背后含水情況分類統計見表2、表3。

表2 左幅結構背后含水情況統計表

表3 右幅結構背后含水情況統計表

3 隧道滲漏水成因分析

（1）山體水文地質較差，山體地質復雜。山體中有集中水存在，巖層、裂隙和堆積層含有大量的裂隙水和孔隙性地下水，坡面植被茂盛；主體構造為背斜，存在1斷裂、1斷層，為水害提供了水源和通道。這也是施工中存在很大麻煩的原因。

（2）根據竣工資料，二襯與初支在墻角合為一體，沿防水板下滲水流只能通過縱、橫向排水管排泄，若縱、橫向排水管造成堵塞，必將導致進入二襯和初支之間水流形成密閉水倉，形成有壓水。同時受圍巖裂隙發育，其有壓水頭會進一步增加。也是造成拱頂噴射的原因。

（3）根據現場疏通邊溝情況來看，溝底淤沙（泥）嚴重，基本堵塞邊溝，基于此，水中夾帶物質有可能堵塞排水管道，這也是邊溝和電纜槽間水系亂穿的原因。造成排水不暢。

（4）隧道所在山體含煤層，通過先前檢測和該次現場勘察均表明局部漏水處的水含有腐蝕性，但腐蝕程度較輕。

（5）水從損壞的防水結構裂縫以及施工縫滲出；襯砌開裂也為滲漏水提供通道。

隧道排水不暢是隧道病害的一個主要因素，也是引發該隧道災害的第一大毒藥[10]。

3.1 隧道襯砌滲漏水處治措施

隧道防排水設計應當做到因地制宜、綜合治理、排截結合，加強水害的防、排、隔處治措施。隧道滲漏水治理設計不降低原有技術標準，治理設計應考慮原結構整體性，減少損傷原有結構。同時，考慮施工對隧道運營的影響，盡量減少干擾。

3.2 隧道襯砌縱、斜向滲水點治理

（1）襯砌的上部（拱腳以上）主要靠封堵，引導地下水集中在下部，而襯砌的下部應以引排為主。

（2）襯砌表面清理：安裝豎向塑料排水管位置處，清洗干凈襯砌四周，去除塵土、薄膜、反堿、油漆、表面涂層及其他雜物，鏟除損害結構，徹底浸透表面但不留積水。

（3）沿滲水處開一個外14cm寬、內16cm寬、7.5cm深的梯形槽，將水引入最近的排水管中。

（4）集水半管、排水管應用Φ4鐵絲卡固定，鐵絲卡間距50cm。

（5）集水半管與環向排水管、集水半管與集水半管交接處刷一層“立止水”瞬間堵漏劑，將搭接處搭接密實。

（6）距滲水裂縫軸線兩邊各15cm共30cm范圍內環向涂刷1～2mm厚“優止水”高效防水劑。

（7）現場根據滲水量的大小和邊溝堵塞情況選擇合理的排水位置，邊溝嚴重堵塞或滲水量較小的情況下，可將襯砌滲水由軟管導入至電纜槽內且保證滲水不接觸電纜槽內管線。

（8）相鄰點若距離小于1m則合并處理，里程相同高程不同時以較高位置為起點鑿槽埋管，若超過1m則分別處理。

（9）防水涂層宜強調多層，每層可稍薄，成分配比、涂抹方向應不同。

隧道襯砌點狀、縱、斜向滲水點具體處治方法及治理工藝圖如圖6、圖7所示。

圖6 隧道襯砌點狀、縱、斜向滲水點處治方法

圖7 隧道襯砌點狀、縱、斜向滲水點治理工藝圖

3.3 隧道施工縫及環向裂縫滲水治理

（1）清洗干凈待施工的混凝土四周，去除塵土、薄膜、反堿、油漆、表面涂層及其他雜物，鏟除損害結構，徹底浸透表面但不留積水。

（2）沿裂縫環向開一個外14cm寬、內16cm寬、10cm深的梯形槽，梯形槽的環向高度根據滲水長度調整，滲水長度小于等于400cm的，自拱腳向上刻槽至滲水最高位置，滲水長度大于400cm的，按照“上堵下排”的原則，梯形槽自電纜槽頂部起高400cm，超過400cm的上部出水口，應采用堵漏劑進行堵漏處理。

（3）梯形槽內環向布設3根Φ50引水管，引水管穿過二次襯砌即可，引水管與水平線夾角15°，靠近圍巖一側用土工布包扎，靠近梯形槽處安裝Φ50彎頭。

（4）將Φ100mm的半管嵌入槽中，應用Φ4鐵絲卡固定，鐵絲卡間距50cm。

（5）用快速堵漏劑填實半管周圍，并涂上1mm厚高效遇水膨脹劑，再填1mm厚快速堵漏劑，梯形槽其余空間用聚合物防水砂漿充填密實。

（6）距施工縫中心左右各15cm共30cm范圍內環向涂刷聚合物防水砂漿1～2mm厚。

（7）現場根據滲水量的大小和邊溝堵塞情況，選擇合理的排水位置；邊溝嚴重堵塞或滲水量較小的情況下，可將襯砌滲水由軟管導入至電纜槽內且保證滲水不接觸電纜槽內管線。

（8）快速堵漏劑和聚合物防水砂漿的具體配比要求、施工方法和養護要求見快速堵漏劑和聚合物防水砂漿的產品說明。

（9）施工時注意保護隧道內管線，不得破壞。

（10）防水涂層宜強調多層，每層可稍薄，成分配比、涂抹方向應不同。

施工縫及環向裂縫滲水具體治理方法及治理工藝如圖8、圖9所示。

圖8 施工縫及環向裂縫滲水治理方法

圖9 施工縫及環向裂縫滲水治理工藝圖

3.4 隧道襯砌點狀涌流排水治理

隧道襯砌點狀涌流排水治理的方式與3.3隧道施工縫及環向裂縫滲水治理的方式大同小異，整個步驟也基本相同，主要區別有如下幾點。

（1）引水溝槽內環向鉆設孔深150cm，并在端頭安裝Φ50彎頭，再鉆孔植入三根Φ6鋼筋錨固防止涌水沖擊引流透水管，這里區別于3.3中第三步。

（2）將Φ100mm的半管嵌入槽中過后，還需要在電纜槽蓋板邊緣上開Φ120mm的孔，這里區別于3.3中第四步。

具體的襯砌點狀涌流排水治理方法及治理工藝如圖10、圖11所示。

圖10 襯砌點狀涌流排水治理方法

圖11 襯砌點狀涌流排水治理工藝圖

3.5 處治措施評價

從以上措施可以總結出，對于隧道襯砌表面滲漏水的整治主要包括封補、注漿、充填、引排四個方面的工序。

（1）裂縫封補：主要對滲漏水裂縫做全面封堵以及對襯砌整體做結構的補強，大大改善襯砌結構的整體性和水平方向的抗變形能力。

（2）圍巖注漿：主要利用化學漿液在襯砌、充填防水層外形成一個隔水帷幕，對水流進行封堵，此舉可以實現治理效果的長久化。

（3）壁后充填：對襯砌壁后空洞或裂隙處填充漿液，使襯砌所受荷載均勻分布，提高結構的承載能力和抗變形能力。

（4）集中引排：在滲漏水處設置引水管進行集中引排，有效緩解裂隙水壓力對隧道襯砌的破壞。

4 結論

（1）公路隧道由于地質、設計、施工、養護等多方面的因素，運營期隧道滲漏水已成為影響隧道正常運行的重要病害，需及時處治，改善隧道運營狀態。

（2）地質雷達技術在隧道結構背后滲漏水探測過程中有良好的理論優勢，實施過程中通過合理布設測線、現場設備標定和參數調試，探測精度可以極大地提高。

（3）公路隧道屬于巖土工程領域，隧道滲漏水產生原因具有復雜性和不確定性的特點，應按照“防、排、堵、截”結合的方式，發揮各類常規處治方法的優勢，達到經濟合理的技術效果。

（4）該隧道襯砌結構滲漏水處治方案綜合考慮施工技術的可行性、運營養護的經濟性和耐久性等因素。為隧道結構物和運營設備的正常使用和行車安全提供了一套詳細且針對性強的處治方案。

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責任編輯：孫蘇，李紅

Study on Nondestructive Testing and Treatment Measuresof Water Seepage in Tunnels During the Operation Period

Based on the detection and treatment of water seepagein theoperating tunnel of an expressway in the mountainous area,the distribution range and the main cause of water seepage in the tunnel are determined by the non-destructive detection of geological radar and water quality.Meanwhile,the methods likedraining and severing are adopted to comprehensively treat the problem in theseepage area.It can provide some references for similar programsand help retain thesmooth operation of thedefected tunnel.

tunnel defect;comprehensivedetection method;defect mechanism;comprehensivetreatment

U457.2

A

1671-9107（2017）10-0033-05

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.10.033

2017-08-07

雪彥鵬（1972-），男，寧夏固原人，本科，高級工程師，主要從事道路建設與養護工作。