電防滲新技術在隧道滲漏水處治中的應用研究

馮勇 朱小明 杜誠誠

（1 甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030；2 甘肅暢隴公路養護技術研究院有限公司，甘肅 蘭州 730203）

0 引言

近年來隨著國家“交通強國”的戰略部署，隧道工程修建里程不斷增加，隧道病害也隨之頻發[1]，據交通運輸部有關部門統計：我國約有30%左右公路隧道存在嚴重的滲漏水病害[2]。滲漏水病害會加速區域圍巖、襯砌劣化，增加圍巖壓力，誘發襯砌背后空洞，高寒地區還會造成襯砌反復凍融劣化、附加圍巖凍脹力、襯砌掛冰、路面結冰，嚴重影響隧道結構及行車安全。如何有效可靠處治隧道滲漏水病害這一“老生常談”話題再次到業內廣泛關注[3-4]。

傳統的隧道滲漏水處治多為注膠封堵、埋管引排，施工便捷，但病害經一段時間后容易復發，寒區隧道復發率更是高達90%以上；而另一種處治方案—防排水系統的重建恢復，需要拆除隧道既有結構，施工風險大，費用高，對周邊交通影響大[5]；本文以甘肅某座寒區隧道滲漏水病害頑疾為依托，通過現場踏勘、資料收集分析，針對性提出了“埋管引排+電防滲新技術”綜合處治方案，經后期追蹤，完工后兩年內未見病害復發。

1 工程概況

病害隧道位于甘肅省境內高速公路上行線，隧道原設計為雙向四車道，設計車速為80Km/小時，建筑限界凈寬10.25m，凈高5m。隧道上行線全長6333m，于2012年建成通車。

隧道南段屬山地地貌單元，山體呈西東走向，山脊南側坡較為平緩，北側坡較為陡峻，海拔高度2410.52～2733.94m，相對高差約323.42m；隧道北段屬古豐灘臺地地貌，山勢平緩，海拔高度2560～2280，相對高差約280m。隧址區地層復雜，巖性多變，從上到下依次為第四系全新統沖洪積層、碎石土、角礫巖、變質砂巖、板巖和泥巖，圍巖整體破碎松散，屬極軟巖。按巖性、地下水出露情況、富水性推測地下水以孔隙、裂隙及構造破碎帶層賦水為主，水位線不連續、變化大，富水性弱，地下水位不穩定。經對隧址區的地下水取樣進行水質簡分析，水的PH值為7.94～8.23，不含侵蝕性CO2，隧址區地下水對混凝土和鋼筋混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。

隧道襯砌結構采用新奧法原理設計，病害段初期支護采用26cm厚C25噴射混凝土結構，內設I20b型鋼拱架，二次襯砌采用50cm厚C25鋼筋混凝土結構，共同組成永久性承載結構。兩次襯砌間設復合式防水板，環向透水軟管，二次模筑外拱腳設縱向排水盲溝，通過橫向排水盲溝將水引排至中心水溝排出隧道，見下圖1。

圖1 隧道病害段原防排水系統構造圖

2 隧道滲漏水狀況

隧道滲漏水病害主要出現在8號車行橫洞附近，管養單位進行了多次常規處理，包括注膠封堵、埋管引排，但維修效果、耐久性均不盡人意。病害表現為主洞右側拱腰邊墻施工縫滲漏水、局部涌流，滲水沿著路面縱橫坡向古浪端洞口流竄，冬季路面易結冰，見下圖2-圖3，洞內行車安全存在較大影響，可能會危及隧道結構安全。

圖2 襯砌右側拱腰滲漏水

圖3 滲漏水沿主洞路面竄流

3 病因分析

根據現場踏勘情況，結合隧道實際病害，認為隧道滲漏水病害主要有以下幾點：

1）根據原設計地質縱斷面，病害段隧道洞身巖體為圓礫土層，局部有地下水，透水性較強，且該段隧道埋深較淺，地表水容易下滲，見圖4；

2）隧道施工中防水系統施做不到位，防水板搭接焊質量較差，止水帶熱熔焊接不嚴密等原因，兼之材料老化，導致原隧道整體防水系統薄弱，地下水最終通過“三縫”等薄弱處滲出。

3）隧道處于季節性凍土區，運營多年來，隨著凍融循環次數的增大，混凝土力學性能逐漸降低，破壞混凝土的使用性能，在圍巖有水的情況下可能引起隧道洞內滲漏水。凍融破壞主要是因為在某一凍結溫度下，水結冰產生體積膨脹，過冷水發生遷移，引起各種壓力，當壓力超過混凝土能承受的應力時，混凝土內部孔隙及微裂縫逐漸增大，擴展并互相連通，強度逐漸降低，造成混凝土破壞。

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4 處治方案

病害隧道位于國家高速網，是甘肅省境內重要的交通要道，附近可繞行路線較長、等級較低、路況一般，大型車輛通行存在一定的危險及困難。故而在確保處治方案可靠有效的基礎上，必須對既有交通的影響降到最低，經過多種方案的比選分析，最終采用了“埋管引排+電防滲新技術”的綜合處治方案。

4.1 方案設計

1）滲水段通過中心水溝檢查井疏通中心水溝，保證隧道中心水溝排水通暢。

2）滲水施工縫、變形縫及沉降縫鑿槽引排處治：①沿襯砌滲水施工縫、變形縫、沉降縫及集中滲水裂縫于襯砌表面切槽，切槽大小以剛好能安裝φ50半圓透水管為宜，位置根據滲水縫位置或裂縫擴展位置靈活布置；②在開槽內沿環向每隔3m鉆設h=3m的φ42泄水孔，用高壓空氣吹洗干凈切槽內碎渣、灰塵；③于滲水處拱墻部位設置φ50半圓透水管作為環向排水，將其引排入墻腳電纜溝內新增設的φ116縱向排水管，縱向排水管通過路面下φ116橫向排水管將水排入中心水溝檢查井。半圓透水盲管根據原襯砌混凝土滲水情況設置，切槽及布設盲管應結合滲漏水及裂縫情況調整實際位置。安裝時應注意按照先拱部后兩側的順序進行，接茬部位是下節壓上節，長度為10-15cm。在埋管外側涂刷封邊膠，兩側壁原二襯混凝土與水泥砂漿交接處刷界面膠。

3）MPS電防滲阻水層：先對滲漏水施工縫、裂縫采用引排封堵的情況下，然后用鈦合金屬絲在混凝土表面布設形成正極系統（縱向間距80cm），用銅棒（根據現場情況靈活布設，縱向間距不大于30m）在隧道結構外水體中布置形成負極系統，從而形成并聯回路，在由控制裝置連續施加低壓正負脈沖電流將水電離。混凝土結構內的水分子被電離后有規律的向負極方向永無休止地移動，使得混凝土結構保持永久的干燥狀態，見圖5。

4）恢復襯砌涂裝。

4.2 電防滲技術施工

1）施工流程

現場勘查→斜縫注膠處治明顯滲漏出水點→布設電防滲技術正負極線路→通過中央控制箱將正負極閉合→中央控制箱接入隧道電源控制箱→調試運行→堵漏完畢→質量檢驗，見下圖6。

圖5 電防滲滲漏水處治平面布設圖

圖6 電防滲滲漏水處治施工步驟圖

2）施工注意事項

①電防滲系統施做前，須對施工縫、裂縫滲漏水引排封堵或注膠封閉；

②電防滲系統正極為鈦合金金屬絲，布設于二次襯砌內表面，注意金屬絲與襯砌內鋼筋保持不能連通（保持絕緣距離5cm）；負極為φ14銅棒，穿透襯砌布設于圍巖內不小于1.0m，縱向間距按不大于30m控制；

③電防滲系統施做后需保證隧道內持續供電，當遇不可抗力因素導致隧道內停電時，應及時打開控制箱內的開關；

④電防滲系統使用220V交流電壓，輸出直流電壓32-36V，對人體和結構不造成危險，100-1200m2面積耗電量為0.2-0.3度/天；

⑤電防滲系統施做建議由有施工經驗的專業隊伍進行施工。

5 結語

本文結合通過現場踏勘、資料收集分析，揭示了隧道病害的主要原因，通過方案比選，最終采用“埋管引排+電防滲新技術”的綜合方案對隧道滲漏水頑疾進行處治。通過完工后近兩年追蹤，原滲漏水病害再未見復發，為同類病害隧道維修處治提供了重要的參考價值。