公路隧道隧底結(jié)構(gòu)水害機(jī)理及整治措施

摘 要：隧底水害對(duì)隧道結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定及隧道運(yùn)營(yíng)期內(nèi)行車(chē)安全存在潛在安全隱患，容易造成隧底返水、路面擁包等運(yùn)營(yíng)期病害。本文借助施工案例，闡述高速公路隧道水害產(chǎn)生的基本原因、解決方法，為避免、緩解和解決隧道水害的產(chǎn)生提出若干技術(shù)方案，供相關(guān)施工參照與借鑒。

關(guān)鍵詞：公路隧道；隧底結(jié)構(gòu)；水害成因；治理方案文章編號(hào)：2095-4085（2024）02-0117-03

0 引言

隨著國(guó)家高速公路主干線路網(wǎng)的修建和大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，全國(guó)各地高等級(jí)公路工程施工步伐加快，尤其是山區(qū)公路工程數(shù)量日益增多，高速公路隧道的修建數(shù)量也與日俱增。山區(qū)地形單元復(fù)雜多變、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常伴有尾礦采空區(qū)等其他地質(zhì)變化，加上設(shè)計(jì)、施工、地質(zhì)條件等多方面的因素，在運(yùn)營(yíng)后部分隧道會(huì)不同程度地產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變型、裂縫與滲漏水等病害，給公路運(yùn)營(yíng)造成安全隱患，不同程度地影響運(yùn)營(yíng)安全。水害在眾多病害中最為普遍，也是導(dǎo)致其他病害的最大元兇。本文參照某高速公路隧道施工過(guò)程出現(xiàn)的因水害造成的隧道病害和相應(yīng)的缺陷治理方案，著重探討隧道水害的成因及治理技術(shù)，為交通、水利、礦山等隧道的病害處治提供有益的借鑒與參考。

1 工程概況

玉渡山隧道位于北京某高速公路，是整個(gè)工程中的控制工程，自然環(huán)境極其復(fù)雜，下穿玉渡山自然保護(hù)區(qū)，路線正穿山體富含豐富裂隙水。該隧道進(jìn)京段全長(zhǎng)4 607m，出京段全長(zhǎng)4 680m，總長(zhǎng)9.3km，于2019年8月12日正式貫通，此外隧道另有一長(zhǎng)度為410m的斜井。隧道分別經(jīng)過(guò)淺埋破碎段、富水空洞區(qū)、斷裂破碎段和鐵礦采空區(qū)等地質(zhì)較差區(qū)域，玉渡山隧道的涌水量過(guò)大且圍巖不良。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況簡(jiǎn)述

現(xiàn)場(chǎng)滲漏水影響區(qū)域，位于5#車(chē)行橫通道向北京方向前100m左右，K20+118為車(chē)行橫通道，地面在雨季出現(xiàn)陰濕（無(wú)積水），線路K20+000截面處正上方可見(jiàn)貫通裂隙，與隧道線路有交叉。現(xiàn)場(chǎng)病害范圍約150m，滲漏水分布在道路兩側(cè)以及路中路面位置，病害較嚴(yán)重的位置集中在150m中間位置的50m處。

3 水害機(jī)理分析

隧道水害狀況：二次襯砌結(jié)構(gòu)的接縫與沉降縫隙中，存在若干滲水情況，初期支護(hù)表層發(fā)生大范圍陰濕現(xiàn)象，施工過(guò)程中，開(kāi)挖區(qū)域觀察到大量裂隙水滲透（這種情況在初期并不顯著，隨著施工深入百米后逐漸變得明顯）。

隧道水害發(fā)生的原因，通常歸結(jié)為以下幾種情況：

（1）隧道工程貫穿富含水分的地層，經(jīng)過(guò)地質(zhì)資料分析及現(xiàn)場(chǎng)施工判斷，所穿過(guò)的地層主要由砂巖和泥巖交替堆疊而成，其中砂巖裂隙尤為豐富，存在裂隙水。泥巖主要是層狀分布，可起到隔水作用。隧道建設(shè)中，會(huì)造成附近圍巖應(yīng)力的重分布，干擾圍巖的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)與水的徑流趨勢(shì)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后將產(chǎn)生新的流水通道，周邊的地下水會(huì)聚集在低水壓的洞室，隧道會(huì)陷入地下水的包圍中，為隧道滲漏排水創(chuàng)造了機(jī)會(huì)［1］。

（2）施工中沒(méi)有進(jìn)行爆破環(huán)節(jié)控制，導(dǎo)致挖掘部分應(yīng)力過(guò)分集中，支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋及破損，為地下水通過(guò)裂隙形成滲漏路徑創(chuàng)造了條件。

（3）初期支護(hù)結(jié)構(gòu)尚未達(dá)到相關(guān)平整度要求，防水板安裝完畢后，未按規(guī)定進(jìn)行錨桿頭和鋼筋頭的處理，在二次襯砌混凝土澆筑施加的強(qiáng)大壓力下，防水板局部受損、破裂。

（4）二次襯砌“三縫”處理不當(dāng)，個(gè)別位置有滲漏縫隙。

4 整治措施

4.1 臨時(shí)鉆孔泄水降壓措施

為迅速、高效地降低隧道水害區(qū)域地下水頭，減輕隧道內(nèi)滲漏水、涌水以及道床隆起問(wèn)題，降低對(duì)貴廣鐵路正常運(yùn)行的干擾，參考實(shí)際工況，采用臨時(shí)鉆孔排水減壓技術(shù)修復(fù)隧道滲水段。鉆孔排水減壓施工示意圖（參照?qǐng)D1所示）。

（1）泄水降壓孔分布于隧道兩側(cè)邊墻底部，其尺寸為φ80，深度為打穿襯砌及噴硅并入巖深度1.0m，橫向減壓孔設(shè)置于通信信號(hào)線、電力電纜槽下方位置，施工時(shí)確保不損壞溝槽結(jié)構(gòu)，并在側(cè)溝內(nèi)處引入地下水，使用楔形溝壁孔口，直徑為10cm，軌道側(cè)孔口直徑為8cm，使用C25微膨脹硅土對(duì)孔口進(jìn)行密閉封堵處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆孔出水狀況，橫向泄水孔可靈活加密布置。

（2）在隧道兩側(cè)溝及中心水溝處布置尺寸為φ80的泄水降壓孔，其縱向間距為5～10m，在出水量較大的區(qū)域適當(dāng)加密布局，確保其穿透噴硅與仰拱，并深入巖層大于20cm。此外，在孔中插入排水鋼管，鋼管尺寸為φ75，在入巖區(qū)域布置泄水孔，其尺寸為φ30，該泄水段鋼管外部纏繞兩層不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)，設(shè)置間距為2mm。

（3）由于泄水降壓孔內(nèi)地下水噴射會(huì)影響行車(chē)，須在泄水降壓孔的一端設(shè)置引水管與擋水板［2］。

4.2 襯砌滲漏水整治

4.2.1 整治原則

（1）本隧道依據(jù)“以堵為主的方針進(jìn)行滲漏治理，參照因地制宜，堵排結(jié)合，多道設(shè)防，綜合治理”的原則進(jìn)行整治方案的設(shè)計(jì)與施工。

（2）本著“先應(yīng)急再治理，先治標(biāo)再治本，先治漏再治滲”、“結(jié)構(gòu)安全，節(jié)約投資，方案可行，方便施工”的原則，在確保結(jié)構(gòu)完整與功能完善的前提下，防止襯砌時(shí)的“大換大拆”，使隧道結(jié)構(gòu)性能達(dá)到較高水平。

（3）對(duì)于結(jié)構(gòu)裂縫需分析具體情況，因目前裂縫相關(guān)資料不全，無(wú)法分析裂縫產(chǎn)生的原因，本次治理僅對(duì)現(xiàn)有裂縫進(jìn)行封堵治理，后續(xù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中應(yīng)持續(xù)跟蹤觀察裂縫發(fā)展及本次封堵結(jié)構(gòu)情況，若裂縫繼續(xù)發(fā)展，應(yīng)妥善處理本次封堵結(jié)構(gòu)，避免對(duì)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生影響，并查明裂縫產(chǎn)生原因，采取相應(yīng)處理措施。

（4）本站滲漏病害類(lèi)型為：裂縫滲漏、結(jié)構(gòu)面滲等幾種類(lèi)型。滲漏級(jí)別按水量大小分為濕漬、滴漏、線流、股流4個(gè)級(jí)別。

4.2.2 整治方案

（1）對(duì)于干縫、干漬、濕漬，縫寬lt;0.3mm的裂縫、施工縫采用涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料進(jìn)行處理，產(chǎn)品性能符合《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》（GB18445-2008）中相關(guān)規(guī)定。

（2）對(duì)于縫寬≥0.3mm、滴漏的裂縫、施工縫采用灌注環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料并涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料進(jìn)行處理，環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料符合《混凝土裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料》（JC/T1041-2007）中相關(guān)規(guī)定。

（3）對(duì)于線流裂縫、施工縫采用深孔灌注丙烯酸鹽灌漿材料、淺孔灌注環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料并涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料進(jìn)行處理，丙烯酸鹽灌漿材料符合《丙烯酸鹽灌漿材料》（JC/T2037-2010）中相關(guān)規(guī)定。

（4）對(duì)于涌水裂縫應(yīng)先設(shè)置泄壓孔，然后采用上述工藝進(jìn)行處理。

4.2.3 滲漏治理工藝

4.2.3.1 裂縫治理

縫寬Wgt;0.3mm濕漬、滴漏裂縫滲漏水治理（治理級(jí)別L2-1），采用鉆孔注漿法+表面封閉法處理。施工工藝步驟如下。

（1）對(duì)裂縫周邊混凝土進(jìn)行基面清理，沿裂縫長(zhǎng)度防線放線。

（2）清理封內(nèi)浮渣及灰塵，拌合快干水泥，用瓦刀均勻磨平至縫內(nèi)，外邊與混凝土結(jié)構(gòu)齊平。

（3）電鉆在裂縫一側(cè)斜鉆孔，斜孔穿過(guò)裂縫，孔深宜為結(jié)構(gòu)厚度的1/3～1/2，鉆孔間距宜300～500mm，鉆孔角度45°～60°，孔徑14mm。

（4）清孔，安裝短針頭。

（5）改性環(huán)氧樹(shù)脂注漿液進(jìn)行裂縫注漿修補(bǔ)。

（6）拆除注漿針頭并用快干水泥封孔。

（7）涂刷滲透結(jié)晶防水涂料超過(guò)3道于裂縫兩側(cè)相關(guān)范圍內(nèi)，涂刷方向滿足一致性與均勻性，涂覆量大于1.5kg/m2。涂層厚度不小于1.0mm。前后兩次涂刷方向相互垂直，并按材料要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)［3］。

4.2.3.2 施工縫滲漏

（1）縫寬W＞0.3mm的濕漬治理（治理級(jí)別S2-1），采用鉆孔注漿法+表面封閉法處理。施工工藝步驟：1）對(duì)施工縫周邊混凝土進(jìn)行基面清理，沿裂縫長(zhǎng)度防線放線；2）清理封內(nèi)浮渣及灰塵，拌合快干水泥，用瓦刀均勻磨平至縫內(nèi)，外邊與混凝土結(jié)構(gòu)齊平；3）電鉆在裂縫一側(cè)斜鉆孔，斜孔穿過(guò)裂縫，孔深宜為結(jié)構(gòu)厚度的1/3～1/2，鉆孔間距宜300～500mm，鉆孔角度45°～60°，孔徑14mm；4）清孔，安裝短針頭；5）改性環(huán)氧樹(shù)脂注漿液進(jìn)行裂縫注漿修補(bǔ)；6）拆除注漿針頭并用快干水泥封孔；7）涂刷滲透結(jié)晶防水涂料超過(guò)3道于裂縫兩側(cè)相關(guān)范圍內(nèi)，涂刷方向滿足一致性與均勻性，涂覆量大于1.5kg/m2。涂層厚度不小于1.0mm。前后兩次涂刷方向相互垂直，并按材料要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（2）縫寬W＞0.3mm的滴漏、線流治理（治理級(jí)別S2-2），采用鉆孔注漿法+表面封閉法處理。施工工藝步驟：1）對(duì)施工縫周邊混凝土進(jìn)行基面清理，沿裂縫長(zhǎng)度防線放線；2）清理封內(nèi)浮渣及灰塵，拌合快干水泥，用瓦刀均勻磨平至縫內(nèi)，外邊與混凝土結(jié)構(gòu)齊平;3）電鉆鉆斜孔，一側(cè)為深孔，孔深宜為結(jié)構(gòu)厚度的h～70，一側(cè)為淺孔，孔深宜為結(jié)構(gòu)厚度的1/3～1/2，鉆孔間距宜300～500mm，鉆孔角度45°～60°（深孔按45°），孔徑14mm；4）清孔，安裝短針頭；5）深孔長(zhǎng)針頭注入丙烯酸鹽注漿液，施工縫迎水面止水，注漿過(guò)程中采用間歇性、少量、低壓注漿，以止住明水為準(zhǔn)；6）淺孔短針頭注入改性環(huán)氧樹(shù)脂注漿液進(jìn)行施工縫注漿修補(bǔ)；7）拆除注漿針頭并用快干水泥封孔；8）涂刷滲透結(jié)晶防水涂料超過(guò)3道于裂縫兩側(cè)相關(guān)范圍內(nèi)，涂刷方向滿足一致性與均勻性，涂覆量大于1.5kg/m2。涂層厚度不小于1.0mm。前后兩次涂刷方向相互垂直，并按材料要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.2.3.3 排水管道淤堵治理

（1）打開(kāi)路緣溝水篦子，清理水篦子下方的雜物。

（2）利用通管器探查排水管道是否通暢。

（3）遇到不通地段，采取切槽方式探查。

（4）根據(jù)實(shí)際情況判斷是更換排水疏通排水設(shè)備。

（5）處理完成后恢復(fù)地面，并安裝水篦子，便于下次修復(fù)。

5 結(jié)語(yǔ)

隧道病害是國(guó)內(nèi)與國(guó)際交通工程中十分普遍的問(wèn)題，以水害最普遍，因此養(yǎng)護(hù)部門(mén)也有“十隧九漏”的說(shuō)法。縱觀水害產(chǎn)生的成因和影響后果，為了從根本上防止水害出現(xiàn)，最大程度減輕水害所帶來(lái)的不利影響，可以從如下幾個(gè)角度著手。

（1）規(guī)范施工管理。施工操作中不按標(biāo)準(zhǔn)施工可能導(dǎo)致防水板遭受損傷，出現(xiàn)襯砌裂縫，這是隧道水害發(fā)生的深層次原因。在工程初始階段就要規(guī)范執(zhí)行施工管理措施。

（2）及時(shí)反饋施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)單位和相關(guān)部門(mén)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，及時(shí)提出相應(yīng)解決方案，降低水害風(fēng)險(xiǎn)，以免在運(yùn)營(yíng)期產(chǎn)生無(wú)謂的經(jīng)濟(jì)損失。

（3）一旦水害發(fā)生，選擇和實(shí)施恰當(dāng)?shù)奶幚怼⒄未胧┚惋@得極為重要。本文所述工程實(shí)例，針對(duì)實(shí)際遭遇水害的問(wèn)題，分別提出了科學(xué)的解決方案，取得了良好的效果，充分體現(xiàn)了“選取合理方案”的價(jià)值。

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［3］傅搏峰，周志剛，陳曉鴻，等.瀝青路面水損害疲勞破壞過(guò)程的數(shù)值模擬分析［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2006（1）：13-16.

作者簡(jiǎn)介：王波（1983—），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，本科，工程師。研究方向：土木工程道路橋梁隧道施工。