水利水電工程水工隧洞滲水問題淺析

（貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550081）

1 水工隧洞滲涌水問題

根據水利水電工程的特點及建設條件，過水建筑物多采用隧洞這種結構型式，如導流洞、泄洪洞、引水發電洞、水庫放空洞及輸水隧洞等。當前我國已建成的水工隧洞常會面臨滲水問題，滲水隧洞所占比例較高。

襯砌后的水工隧洞滲漏一般為襯砌混凝土結構滲水，施工縫、結構縫滲水等。雨季滲水點多且滲水較為嚴重，枯水季節相對滲水較輕。襯砌混凝土結構滲水中，有的為局部點狀滲水，有的為線狀、片狀滴水、淋水及環狀滲、淋水，也有自下向上涌水、射水，更多的表現為表面沁水；結構縫及施工縫則表現為沿縫間滲水，如圖1所示。

圖1 放空洞襯砌后雨季洞壁及施工縫滲水情況

2 水工隧洞滲漏危害

地下水穿過混凝土或施工縫、變形縫滲入洞內會引起較大危害，主要包括以下幾個方面。

（1）滲水帶走了滲水通道及其附近的水泥砂漿，出水量大，特別是多點及片狀出水更是引起大片區域水泥砂漿被帶出，在混凝土內形成永久排水通道，并導致滲水位置混凝土密實性降低甚至形成架空結構，使混凝土產生冷縫。襯砌混凝土結構完整性和安全性因此受到影響。

（2）隧洞襯砌施工完成后、運行前，隧洞滲漏造成襯砌混凝土鈣化淅出，涌水通道逐漸增大；工程投入運行后，隨著混凝土不斷鈣化淅出，鋼筋銹蝕，混凝土內部空洞越來越大，可能引起基礎失穩，結構破壞。

（3）滲水帶走止水條、止水帶兩側混凝土中水泥等膠凝材料，導致止水無法發揮應有的效果，且縫面滲水越來越嚴重。

（4）隧洞輸配水時可能造成內水外滲，輸配水工程的滲漏量過大，嚴重時會引起邊坡、山坡失穩，引發安全事故。

（5）地下水向洞內排泄，區域地下水位下降，可能導致當地居民飲水困難。對于供水工程，可能造成飲用水污染。

3 水工隧洞滲漏原因分析

3.1 施工階段滲、涌水來源

由于長期受到多種復雜地質作用，如地應力、表層風化、卸荷應力等，巖體中一般存在斷層、破碎帶、裂隙、空洞，這些位置本身就是滲、排水通道或富存地下水。隧洞開挖過程中，爆破會對開挖面周圍一定深度的巖體產生擾動或松動破壞，形成向洞內排泄的通道。隧洞開挖后，地下水向洞內排泄，在部分洞壁位置形成滲涌水。因此，多數隧洞開挖后洞壁均有滲水。

同時，因地下水的富存量、補給性及與隧洞位置不同，裂隙的寬度及連通性差異較大，開挖后洞壁滲水可能出現在頂部、邊墻及底板，洞壁滲水區域可能是單點，也可能是片狀；滲水量小時表現為點狀滴水、滲水，補給源穩定、滲水量大時多表現為片狀或帶狀滲、淋水、涌水，灰巖地層可能出現巖溶管道水；不同季節滲水量變化較大。

3.2 襯砌混凝土設計

通常水工隧洞襯砌混凝土為C20強度等級以上鋼筋混凝土或素混凝土，根據工程特點及重要性決定混凝土防滲等級。在地質變化位置設置變形縫，其余位置各澆筑倉段間設施工縫。變形縫間設置橡膠止水帶或銅片止水板，施工縫間設置橡膠止水帶、塑料止水帶或膨脹止水條。

對于隧洞開挖后洞壁滲水問題的處理，現階段公路工程中通常是在襯砌混凝土外單獨設置防排水結構，因此投入使用的公路隧洞（隧道）很少出現滲水問題。但在水利水電工程領域，由于認識不足或出于投資考慮，除滲水較大洞段外，隧洞襯砌設計方案中一般無滲水處理措施設計，而是要求施工單位在混凝土澆筑前用導水管將各處滲、涌水單獨引排，混凝土襯砌后借助回填灌漿及固結灌漿兼顧堵水，施工過程中需要監理監控施工質量以減少、減小洞內滲水。

3.3 襯砌后混凝土滲水原因

（1）施工單位埋管引排的處理效果不佳。目前，除單點滲水處理外，施工單位埋管的引排處理效果一般不佳。原因包括：①片狀、條帶狀滲涌水根本無法埋管引排，單點滲、涌水的情況下施工單位安裝的引排管易受鋼筋安裝、混凝土澆筑影響而走位；②部分施工單位埋管引排工作重視不夠；③在目前建筑市場中很多現場監理人員能力不足或未盡到應盡職責。

（2）新澆混凝土不具備防水能力。無論襯砌混凝土設計防滲等級有多高，襯砌混凝土在達到一定強度前均不具備阻止滲水的能力。而目前水工隧洞襯砌外圍并未單獨設置防水措施，安裝引排水管效果差，洞壁滲、涌水排泄因澆筑混凝土而受阻擋，壓力逐漸升高會帶走水泥沙漿，在混凝土結構內或施工縫面形成排水通道，這是混凝土結構自身滲水的主要原因。

（3）施工縫及變形縫滲涌水原因。按現行SL279-2016《水工隧洞設計規范》［1］，水工隧洞襯砌混凝土施工縫間可設置遇水膨脹止水條止水。膨脹止水條的安裝方法為待先澆塊具備一定強度后切槽，或在先澆筑塊端頭模板上固定突出塊以便拆模后形成槽，在槽內安放膨脹止水條，澆筑后澆塊混凝土。端面混凝土強度至少應達到10 MPa才能保證切不破壞槽，且要求槽面平整。然而，這種安裝方法在實際施工中很難達到預期效果。因為一般洞內混凝土要達到要求的切槽強度10 MPa，凝期為2～3 d。由于施工條件限制或出于工期及施工成本方面考慮，洞內混凝土襯砌一般施工順序為從遠端某位置向洞口逐倉段后退澆筑，不可能等待2～3 d再安裝下一模模板，因此一般在混凝土未達到該強度時便需要固定膨脹止水條。通常采用水泥釘釘于先澆塊，因此止水條的固定不夠牢固，后澆塊混凝土澆筑時，在混凝土較大推擠力的作用下，膨脹止水條多出現移動。由于要求鋼筋穿過施工縫面，端頭模板一般采用小塊木方拼裝，使安裝膨脹止水條端面不平整。此外，隧洞襯砌混凝土一般采用泵送澆筑，混凝土中含有多余水份或縫面附近本身就有滲、涌水，膨脹止水條在后澆塊混凝土澆筑過程中已經部分或完全遇水膨脹；雖然設計要求對施工縫面進行鑿毛處理，但根據筆者觀察，一般縫面新老混凝土面均有細小縫隙，因此施工縫間設置遇水膨脹止水條效果不大。

變形縫滲水的主要原因還是未能正確設置防、排水措施，且剛澆筑的混凝土不具備擋水性能。

4 襯砌后滲水處理措施及效果

若隧洞襯砌混凝土施工完成后有滲、涌水，一般希望在隧洞回填、固結灌漿階段解決，即通過滲水點附近的設計灌漿孔或加孔灌漿堵水，若再遇滲水則采用化學灌漿處理。現場實際情況表明，這些處理方法往往花費較高且效果不佳。

4.1 設計范圍回填灌漿及固結灌漿處理效果

水工隧洞襯砌后一般設計要求進行回填及固結灌漿。回填灌漿處理范圍為頂拱120°區域，每環1～2孔梅花形布置，通常環距3 m，灌漿壓力0.3 MPa；固結灌漿孔一般也是3 m間排距，梅花形布置，灌漿壓力0.5 MPa；兩種灌漿通常采用純水泥漿液。目前這兩項灌漿孔數有限，孔位有嚴格孔位偏差要求（一般不能隨便移動），灌漿壓力又小，無法兼顧堵水。此外，由于目前水工隧洞的固結灌漿以灌漿長度計量，且施工單位灌漿項目投標單價一般較低，加上灌漿工程的專業性、隱蔽性強，若灌漿監理人員不熟悉灌漿工藝或責任心不強，就會導致未按設計要求施工。對于襯砌混凝土表面的片狀滲水，無法大面積鉆孔灌漿，以免破壞襯砌結構。因此，回填及固結灌漿施工難以兼顧隧洞滲水處理。

4.2 目前的水工隧洞滲、涌水處理措施

若回填、固結灌漿完成后仍有滲、涌水，則認為是施工質量缺陷，要求施工單位必須及時處理以達到驗收條件。施工方通常會接受處理要求，但如果業主不支付相應費用，滲水處理往往半途而廢。

通常大的滲涌水采用純水泥漿液灌注，細小的滲水則采用化學灌漿處理，縫面滲水則是沿縫兩側鉆孔灌漿，堵住水后需對表面采用環氧砂漿等處理。工程實踐表明，單點滲、涌水處理效果明顯，線狀、片狀滲水效果差，且需要投入大量的人工、材料等資源。化學灌漿能起到很好的止水作用，但不能完全止住滲水，且化學灌漿往往費用較高。因此，襯砌混凝土澆筑后灌漿堵水效果事倍功半。例如，某水利水電工程其泄洪洞（見圖2）、放空洞、引水發電洞均進行了長時間的缺陷處理，其中泄洪洞缺陷處理從10月到次年4月份，950 m的隧洞處理費用超過400萬元才通過驗收。因此，單獨布孔堵水灌漿處理費用往往較高且效果不佳，尤其是化學灌漿。

5 結論及建議

5.1 結論

（1）由于地質原因及受開挖施工影響，多數隧洞開挖后洞壁有滲水。

（2）目前水工隧洞襯砌設計中多無專項防排水措施設計，襯砌施工中臨時排水措施難以達到預期效果，導致了水工隧洞襯砌后洞內多有滲水。

圖2 泄洪洞采用環氧膠泥進行襯砌混凝土表面缺陷處理及化灌

（3）水工隧洞襯砌后洞壁滲水，造成的危害較多，后果嚴重。

（4）一旦襯砌后洞壁滲水，處理滲水所需的資源投入相對較大，處理費用較高。對于襯砌前洞壁滲水，在混凝土澆筑前處理則相對經濟，效果較好。

5.2 建議

為了切實減少襯砌混凝土滲水，提高隧洞襯砌混凝土施工質量，提出如下建議。

（1）設計單位應充分認識防排水措施設計的重要性。高度重視隧洞開挖后洞壁滲涌水問題，在襯砌混凝土設計的同時提出可行的設計處理措施或根據洞壁滲涌水情況作專項設計，這是節約資源與費用的最佳途徑。

（2）隧洞滲水處理措施設計宜采取防排相結合的原則，即在隧洞底部設置縱向排水管；邊頂拱設置防水板，防水板下端匯集滲水后引向中央排水管。為了使水工隧洞襯砌混凝土與圍巖緊密接觸、共同受力，同時節約投資，可采取局部即只在滲水位置設置防水板的措施。只在滲涌水部位設置防水布對襯砌混凝土與圍巖共同受力影響不大。有滲水的位置即使不設置防水板，混凝土也不能與基巖很好膠結。

（3）作為永久建筑的隧洞特別是輸水隧洞不宜采用膨脹止水條止水，應采用橡膠止水帶或銅片止水，且必須有可行的固定措施；縫面止水措施應與洞壁防水措施相結合，共同發揮作用。

（4）建議修改現行水工隧洞設計規范相關內容，將防水措施設計作為必要設計項目，同時作為永久結構工程，環向施工縫宜參照結構縫設置止水措施。