隧道滲漏水病害的產生原因及整治技術

韓銀輝

(中鐵十八局集團第三工程有限公司，河北 涿州 072750)

依據鐵路工程實踐和相關資料，絕大多數隧道病害[1]集中于如下三方面：顯著的滲水和漏水，結構襯砌腐蝕損壞，仰拱以及鋪底損壞等等。其中由于襯砌開裂引發的隧道滲漏水加劇、結構侵限、仰拱或鋪底變形導致的翻漿冒泥質量缺陷，經常使行車安全無法得到保障，列車速度無法實現進一步提升，直接干擾交通運營的正常展開。

1 工程概況

桑植隧道里程為DK147+276.75～DK152+335，全長為5 058.25 m，其設計斷面如圖1所示。

圖1 隧道標準段橫斷面(單位：cm)

由于該隧道工程位于典型的中低山區范疇，當地地形坡陡山翹，林木豐茂，部分盆地谷底與村落農田錯落分布，國道以及省道等等周折回轉于其中，交通通暢性難獲保障。

該隧道屬于典型的雙線隧道，埋深差異較大，最小處僅為7.3 m，最大處則高達449.5 m。本標段地層主要為第四系全新統坡洪積粉質粘土、碎石類土，三疊系灰巖、白云巖，二疊系上統、下統碳質頁巖、灰巖，泥盆系中上統砂巖、頁巖，志留系頁巖、砂巖。底層斷裂帶由一系列的順向、向、背斜斷裂組合成一弧形構造體，地層的連續性比較好，形成了多個較完整的水文地質單元。巖溶水大多以管狀的地下河形式或樹枝狀水流系統集中排泄，范圍非常廣，部分地下河數十公里長，最大流量可達7 300 L/s，依據統計，已探明的有180多條地下河；地表巖溶形態非常發育，落水洞、巖溶洼地等分布非常普遍，降水由此流入地下河，形成一種垂直徑流帶，侵蝕基準面以上的地下河把河流作為一種主要排泄帶。

本標段特殊地質地段需要處理的主要有巖溶發育引發的突水、突泥，淺埋段水系改變引發的地面塌陷，隧道穿越煤層可能引發的瓦斯危害、山體水系破壞引發的周邊居民生活水源問題等。

2 隧道滲漏水病害概況

桑植隧道正洞分為進、出口兩個作業面施工，進口襯砌已施作里程為DK147+276.75～DK148+382，完成1 105.25 m；出口襯砌已施作里程為DK152+335～DK151+508，完成827 m。施工中檢測到的隧道滲漏水部分情況如表1所示。

3 隧道滲漏水原因分析

3.1 隧道開挖對地下水的影響

地下水流動往往遵循特定流線，自高壓水位起始，流至低壓水位區域。隧道開挖過程中，必將使圍巖應力釋放，同時應力重分布，圍巖力學特性發生變異，四圍水流開始逐步匯聚于隧道區域，進而致使襯砌及底部等部位發生滲漏水。隧道開挖對水流匯聚的影響程度與具體范圍，難以厘清，滲透系數、水位降深、過水斷面及當地水文環境等均與之相關，該隧道病害段涌水壓力1.869～2.708 MPa，涌水量平均達到14.311 m3/(d·m)。

表1 隧道無損檢測情況及滲漏水情況

3.2 施工缺陷致使混凝土存在空隙

(1)拌合混凝土拌合過程中，倘若其和易性未能得到保障，或是施工質量存在缺陷，造成混凝土內部不均勻；再者水泥漿沒有按照骨料表面粘結的規定環節進行操作，或表層被污染，導致水泥內聚力高于集料附著力，出現縫隙造成透水；除此之外，混凝土拌和物在灌注搗實方面未能達標，亦會致使密實度欠妥，甚至存在諸多縫隙。

(2)灌注襯砌混凝土未能夠針對工作縫進行有效處理，存在結合問題，進而導致漏水縫隙發生。

(3)變形縫止水帶操作不規范時導致漏水問題發生。

3.3 隧道裂縫病害

隧道二次襯砌施工過程中產生的裂縫大多位于環與環之間，拱墻之間的縱向縫以及混凝土施工過程中因停工而產生的水平、斜向裂縫屬性均為施工縫。現在我國對于施工縫處理有較為全面的規定，但是仍然會由于材料選擇不當或技術選用不合理而出現滲漏問題。

為了確保結構不出現均勻變位而設計變形縫，但由于施工質量不合理或結構變位控制不當則會出現滲漏。

混凝土裂縫是隧道施工中較為常見的問題，其產生原因在于砂石料、外加劑質量不過關、配比不當、振搗不密實或養護操作不當。如果裂縫深度較大足以貫穿襯砌厚度，則可能產生滲漏。

3.4 襯砌混凝土中的泌水

混凝土澆筑過程中水灰比設置不當導致硬化過程中，存在多余水分蒸發等。

3.5 防水板安裝問題

由于防水板安裝操作存在缺陷，沒有處理搭接區域從而出現滲水。

4 隧道襯砌結構損害原因

一般來說，隧道襯砌結構損害是指結構出現變形、片塊脫落，從而出現大范圍坍落。具體來說，結構惡化成因多種多樣，但產生機理是類似的：首先是有水的來源，即滲水處與襯砌外地層存在水力聯系或結構內存在滲水通道；再者是前期勘察設計階段對水文地質條件掌握不清楚，采取的防排水設施不完善；三是施工質量有缺陷，如混凝土施工過程中振搗不到位，引起襯砌蜂窩、麻面、洞穴或由于混凝土級配或水灰比不當產生泌水通道、排水管溝堵塞或防水板破損等等。

4.1 自然地質因素

自然因素主要是指地質因素，圍巖結構較為軟弱區域常常受到地下水影響，導致隧道圍巖結構出現軟化，進一步出現偏壓等問題發生開裂。由于地層偏壓，但施工中沒有進行對應處理，從而出現襯砌裂縫問題。原有滑坡結構不穩定，出現山體滑移問題，隧道襯砌造成開裂。

4.2 設計缺陷因素

隧道所處區域地勢較低，地下水發達，降雨量大，因而地下水位相對較高，水壓較大，給防水造成了一定的困難，高水壓是造成該地下工程結構滲漏的根本原因。在進行設計工作時，設計人員對于工程的實際情況了解不夠全面，如工程所處的自然環境、氣候條件和氣候特征等。線路選擇過程中，需要人為避開不穩定地質路段，但是在設計過程中并沒有予以重視，或在不良地段設計不合理，從而導致隧道襯砌結構強度不足以支撐圍巖壓力，出現損壞和病害。

5 裂縫滲漏水處治技術

結合是否滲水將混凝土裂縫分為兩個類型，分別是有水裂縫與無水裂縫。而按照滲水總量由大到小，有水裂縫可以分為無潤水、潤水、滲水、漏水、噴水等五個類型。

裂縫處理屬于一種修補措施，僅能處理漏水問題，并修繕外觀，所以一般都要與其他修復技術共同應用，才能從根本上處理隧道病害。

5.1 無水裂縫的處治

具體施工工藝如下：依裂縫的延伸方向，鑿出寬深各5 cm的溝槽，在長度方面則在裂縫起止點前后各延伸0.1 m。清潔浮塵之后，每隔0.5～0.8 m安設注漿管，在前段分叉直接注入裂縫中，用環氧樹脂砂漿來完成嵌補，保證結構固定，在此之后壓注環氧樹脂漿液，最后去除外露部分，進行刷涂步驟。環氧樹脂漿液配比，環氧樹脂∶501稀釋劑∶二甲苯∶乙二胺=1∶0．2∶0．35∶0．08。刮抹料配比，水泥∶細砂∶水=1∶2∶0．35。調色料配比，水泥∶白水泥∶107膠=5∶3∶1。處理過程見圖2。

圖2 無水裂縫處理斷面

5.2 有水襯砌裂縫的處治

有水襯砌裂縫的滲漏大多發生在雨季，而旱季則不會漏水，所以可選用完全封堵。水泥類固化材料封堵具有較高的耐用性，嵌補材料采用遇水膨脹橡膠條和快硬水泥材料，余與無水裂縫處理相同。在施工過程中，從美觀考慮，可先清洗干凈裂縫表面，然后涂刷環氧樹脂漿液2～3遍，接著通過調色料、刮抹料等對混凝土表面進行處理，確保其顏色和周圍襯砌混凝土顏色大概相同。

如果裂縫滲水量不大，則可以直接采用注漿封堵，但是由于該類裂縫大多較小，不需要太多的漿液，可采用超細水泥漿、化學漿液。在固化后其具有較高的強度，并且和原混凝土結構有較好的結合性，因而實現較好的防滲效果。在施工工藝方面，首先沿著裂縫的方向進行開鑿，從而形成一個寬5 cm、深6 cm的溝槽，隨后通過清水沖刷的方式確保其整體潔凈。之后可以繼續沿著裂縫方向，大約按照每50～80 cm即設置一根注漿管道，管長可為10 cm，直徑1 cm，并前端分叉，從而與裂縫精準對接，之后采用雙快水泥的方式完成注漿管填充，進行固定操作，嵌補材料為雙快水泥和高分子丙凝漿液。水泥逐步上升至目標強度，然后就可以查驗堵塞情況，保證注漿管外沒有滲漏。

一旦發現其他環節存在漏水隱患，應當第一時間進行繼續封堵，隨后完成管路以及注漿泵的對接，并從下方開始進行灌注，保持灌注壓力為0.4 MPa左右，并對注漿效果進行檢驗，完畢后即可清除注漿嘴。為確保整體視覺觀感的一致性，用調色料刷涂于表面上，從而修復裂縫產生的破壞。

5.3 變形縫的滲漏水處理

如果隧道變形過大出現變形縫滲漏水的情況，首先進行一般的排水處理，之后將處理部位打開，斷面如圖3所示，具體操作步驟如下：

圖3 變形縫滲漏水處理(單位：cm)

(1)采用切割機和鑿子對變形縫進行剔槽操作，將變形縫內的填充材料清除掉，形成深9 cm、寬4 cm的溝槽，而槽口部位的寬度為10 cm。

(2)用沖擊鉆進行鉆孔操作，孔深控制在接近止水帶，但避免將其穿透，中間維持20 cm內的間距。

(3)用鋼刷清除槽內灰塵雜物。

(4)在孔內設置注漿嘴，填充膨脹膩子，厚度控制在2～3 cm，之后用厚度為2 cm的環氧砂漿覆蓋。

(5)砂漿強度達到預期要求后，則在其內部注入環氧樹脂，加固充填不密實的部位。

(6)注漿操作完畢后，將注漿管切斷，并嵌入?3 cm的彈簧排水盲管，確保排水盲管另一側連接水溝。

(7)在盲管外側涂抹厚度為2 cm的防水膩子、3 cm防水砂漿，表面和混凝土保持平整。

(8)混凝土表面涂覆防水涂料，之后用水泥砂漿覆蓋。

(9)環氧樹脂∶水泥∶細砂∶乙二胺∶二丁酯=1∶1．6∶3．2∶0．1∶0．12，其中乙二胺是固化劑，二丁酯是稀釋劑。待環氧樹脂砂漿有一定的強度后，以0．15～0．20 MPa壓力壓入水泥-水玻璃漿液或環氧樹脂漿液。壓漿結束后在0.2 MPa壓力下壓水檢查壓漿效果。

6 結束語

本文從設計、施工、水文地質等方面詳細分析了隧道滲漏水病害形成原因，提出了相應的防治技術及建議。需要注意的是：在襯砌施工前，需要注意防止滲漏水的關鍵工序施工，確保最佳選材和合理施工，才能更好實現防水要求。