既有隧道渗漏水分析及治理
摘要：国内已竣工运营的隧道目前普遍存在隧道衬砌结构渗漏水的情况。隧道渗漏水已成为我国隧道工程最为普遍的病害之一，本文通过对隧道渗漏水原因的分析及分类，以此给出了隧道渗漏水综合治理的措施。
关键词：既有隧道；渗漏水；成因；治理技术
0.引言
当前，隧道渗漏水已成为困扰隧道及地下工程界的世界性难题，逐渐发展的高速交通体系对隧道运营环境不断提出更高的要求，尤其是对隧道防水效果的要求更是严格，故渗漏水治理变得日益重要。据不完全统计，我国铁路运营隧道约6180座，其中渗漏水隧道1949 座，占隧道总数的31.5%。上海、广州、南宁、成都、昆明、南昌、西安、武汉等8个南方铁路局管内共有漏水隧道1524座，占调查漏水隧道总数的78.2%；哈尔滨、沈阳、北京、呼和浩特、郑州、济南、太原、兰州、乌鲁木齐、青藏等10个北方铁路局管内共有漏水隧道425座，占调查漏水隧道总数的 21.8%。根据随机抽取的102座隧道调查显示，平均每100延长米隧道分布有5.1处渗漏水[1]。因此，既有隧道渗漏水治理是一项工程量巨大而又十分艰巨的任务。
1.隧道工程渗漏水现状
目前的隧道工程大都采用复合式衬砌,即衬砌结构包括初期支护与二次衬砌。在洞内，与衬砌结构相适应的隧道工程防排水技术近年来也得到了很大发展，不过在隧道洞内总体思路仍然是防水层防水，即在初期支护与二次衬砌之间设置防排水层(主要是土工布、排水板和防水板)将水导入各种排水管，与之配套使用的还有弹簧半圆管、止水带、止水条以及盲管和盲沟等[2]。但是，即使采用了现有的各种防排水材料和工艺，隧道渗漏水现象依旧未能很好解决，尤其是在地下水丰富地区建设隧道工程，很少能做到衬砌不漏水、不滴水、不渗水，由此而带来的隧道工程渗漏水治理在很多隧道工程中花费了相当多的人力和财力。“十隧九漏”说明了隧道渗漏水的广泛性和普遍性。而且，在富水地段，隧道工程施工过程中所出现的大面积渗水、漏水乃至涌水也恶化了施工作业环境。
2.隧道渗漏水的危害
随着中西部公路建设的发展，隧道数量与里程不断增加。根据对现有隧道的调查，隧道存在严重的渗漏水。这是隧道建设应该重视的也是急需解决的一个问题。一旦发生渗漏水,将会有如下主要的危害：
（1）腐蚀附属设施，使其寿命缩短；
（2）路面积水，降低了轮胎和路面的附着力，产生和危及行车安全，导致车速减慢,影响行车效率；
（3）影响隧道结构本身稳定及降低其使用寿命，造成隧道的侵蚀破坏； （4）围岩有地下水并具侵蚀性的情况下，降低围岩的承载力，增加衬砌负担； （5）路面积水，影响隧道环境；
（6）在寒冷地区，反复的冻融循环，在衬砌内部造成衬砌混凝土冻胀开裂破坏；在衬砌和围岩之间，造成冻胀，引起拱墙变形破坏[3]；
（7）结冻地区，拱墙上悬挂冰柱、冰溜，侵入净空；在隧底可能冻起并形成冰坡、冰锥，使行车滑溜；
（8）渗漏水滴至路面，则易形成冰湖，严重威胁行车安全。
从上面的总结中可以看出，隧道渗漏水严重影响了其使用功能与使用环境。从而必须在设计阶段与施工中要求隧道的防排水问题。
3.既有隧道渗漏水病害分类
既有隧道渗漏水病害是指隧道在使用过程中，由于自然条件（地下水、材料、地层、冻融）的变化，使结构物发生各种变异现象（如开裂、错位、冻结、崩塌等），导致围岩地下水或地表水直接或间接地以渗漏或涌出的形式进入隧道内，大大缩短结构物的使用寿命，并影响隧道的正常运营和洞内设备的使用。运营隧道渗漏水病害会危及隧道内行车安全、设备安全以及结构安全等。其通常可按以下几种方式分类： 3.1 按表现形式分类
根据隧道渗漏水表现形式可以将渗漏水定性地分为：浸渗、滴漏、渗漏、涌流（见图1）[4]。
（1）浸渗(渗润)：衬砌表面呈面状湿润状态，像冒汗一样出现水珠，但没有明显的漏水点；
（2）滴漏(滴水)：衬砌漏水成水滴状态，间断下滴，有明显漏水点；
（3）渗漏(渗水)：衬砌表面出现明显水流从裂缝或施工缝中流出或滴水成线状下流； （4）涌流(喷水)：水直接从衬砌裂缝或施工缝中喷出。
浸渗（渗润）
滴漏（滴水）
渗透（渗水）
涌流（喷水）
图1 隧道渗透水病害
3.2 按渗漏位置分类
根据渗漏水病害发生位置的不同，分为：拱顶渗漏、边墙渗漏、仰拱水害和避车洞水害。其中拱顶渗漏和仰拱水害对列车运行影响较大。 3.3 按形成原因分类
根据渗漏水形成原因不同，可以分为施工缝（变形缝）渗漏、混凝土收缩裂缝渗漏、混凝土密实度不足渗漏以及预埋构件接缝处理不当渗漏。其中施工缝（变形缝）渗漏是较为常见的渗漏，而混凝土密实度不足渗漏是最难治理的渗漏[5]。 3.4 按补给水源方式分类
根据隧道渗漏水补给水源的不同，分为地下水补给和地表水补给两种。其中地下水补给的渗漏病害水源稳定，四季变化不大；地表水补给的渗漏病害，受地表降水影响较大。
4.运营铁路隧道渗漏水病害成因
运营隧道渗漏水病害成因可分为外因（外力和环境等外部因素）和内因（材料和设计施工等构造方面的因素）两大类。隧道修成以后，破坏了围岩内原有的水系平衡和应力平衡，隧道为了达到新的平衡，需承受地层内部水压力和围岩压力，这是隧道产生渗漏水病害的外因。而内因则是由于材料属性、施工以及构造措施不足等原因，造成隧道防水体系存在一定的缺陷，为地下水渗漏提供了迁移路径。隧道渗漏水病害情况的的主要因素见图2。
图2 隧道渗漏水病害情况的的主要因素
4.1 自然地理状况
水文地质条件不良，有水源。是造成隧道发生渗漏水的一个主要原因，由于隧道的开挖，引起围岩应力释放和重分布，从而改变围岩的力学特性和地下水的径流途径，使周围水向隧道内汇集，给衬砌及底部渗漏水留下隐患。隧道开挖后地下水汇集范围的大小与地层的渗透系数、水位降深、过水断面大小有关。此外，还受大气降水、隧道进深及隧道周围溶洞、泉、水库或湖泊、江河的影响。造成隧道渗漏水属于隧道区自然地理状况的因素应该包括所在地区的气候情况、地质、以及所在区的降雨量特别是最大降雨量，以及地表水状况[6]。 4.2 围岩及地下水情况
地下水作用于隧道工程不但导致隧道涌渗水，造成隧道施工、运营中的水害，同时又改变岩体水文地质条件而导致洞顶水环境灾害。地下水的侵蚀作用可造成衬砌结构的侵蚀破坏，从而危害衬砌结构的耐久性[7]，严寒地区因渗漏水的反复冻融循环，可造成衬砌混凝土的冻胀开裂破坏。此外由于岩石不仅是地下水储存和运动的场所，同时又是活泼的化学反应剂，能使水分子不断的离解，而地下水作为基本的地质营力之一，是与环境相互作用的，所以隧道所在区的水和岩石的成分和类型，是影响运营隧道渗漏水的因素。此一级因素下设定了 3 个二级影响因素：围岩的裂隙连通情况(渗透率)、地下水的腐蚀性、地下水水位与隧道底板的高差。 4.3 隧道施工
施工工艺水平低，不能按计量正确施工。卷材防水层数擅减、搭接不规范，粘结不密实，涂抹层厚薄不均匀及节点未做密封处理，使用的防水混凝土强度过高，收缩性大而产生裂缝或防水混凝土抗渗强度过低而无法抵抗压力的渗漏，施工现场混乱，施工材料中混入泥土等杂物。支护技术不过关，拱顶衬砌不密实，当围岩压力过大时导致拱腰部位衬砌出现纵向拉裂，拱顶衬砌压碎掉块导致渗漏，软岩地段仰拱施工滞后，衬砌不能及时成环，墙脚受力内移致使边墙出现纵向裂缝导致渗漏。岩溶发育地区隧道施工中，开挖导致围岩裂隙与岩溶贯通，若施工在旱季，岩面渗水不明显而没有采取防排水措施，雨季岩溶水补给后则导致渗漏。混凝土衬砌施工中振捣不到位致使衬砌不密实，出现蜂窝麻面，使防水混凝土的抗渗强度达不到要求导致渗漏等。此外，我国早期修建的铁路隧道各种接缝均未作防水处理，因此接缝漏水占隧道漏水的绝大部分，尤其是早期施工的隧道衬砌，每环 3~6m，环向接缝多，漏水严重[8]。针对这一影响因素，设定了 4 个二级因素：防排水措施施工、三缝的施工、衬砌的施工(混凝土的施工)、初期支护的施工等。
5.渗漏水治理原则
公路隧道渗漏水防治应从实际出发，综合考虑施工技术的可行性、运营养护的经济性和耐久性等因素。隧道渗漏水是地下水沿隧道结构内部缺陷迁移至隧道内部，影响隧道内部的运行环境\"因此，隧道渗漏水的治理需从渗漏水的迁移路径!渗水点上入手。一般涉及水患治理问题时，常遵循“堵、排、截”的原则[5]，隧道渗漏水也可采用该原则进行治理。
“堵”——封堵水流迁移通道\"目前常用的方法有衬砌内部注浆和围岩注浆，衬砌内部注浆是采用化学注浆法封堵二次衬砌内部缺陷，阻止地下水的迁移；而围岩注浆多采用水泥等无机材料对隧道围岩进行注浆，提高围岩的阻水能力。
“排”——将进入隧道内部的地下水有规律地引排，以消除或降低渗漏水对隧道运营环境的影响，常采用凿槽埋管法或外设排水槽法进行治理。
“截”——将地下水拦截在衬砌内部，使其不渗流出二次衬砌，常采用的方法为衬砌表面施做涂层防水。
在隧道运营养护阶段，需要根据渗漏水的发生状态(线状、面状)、漏水量、净空断面的富余量作为选择整治对策的依据。对于漏水情况较集中，渗漏量较小的情况，一般可在衬砌表面加装平行管或在漏水处修导水槽的方法来治理；对于衬砌开裂而引起的轻微漏水(滴水)，可根据漏水范围大小选择通过止水填充物填充裂隙或用防水材料喷射、涂抹衬砌表面以达到止水效果；对于隧道净空仍有剩余的情况，可通过加装防水板来阻止衬砌大面积渗漏。公路隧道防渗漏水问题贯穿隧道的整个生命期，为减少公路隧道在后期的渗漏水治理问题上所投入的费用和所承担的风险，在隧道设计和施工阶段时应严格遵照有关规范规定，将隧道渗漏问题扼杀于源头，已投入运营的隧道对其进行观测分析找到病害发生的根源以便及时对其进行针对性治理隧道中的渗漏水按形式和面积可简单地分为点、线、面三种形式。 5.1 点渗漏的整治
点渗漏也可称为孔眼渗漏或集中渗漏。根据渗漏水压力的大小及混凝土结构的缺陷程度，可分别采用直接堵塞法和注浆堵漏法[9]。 5.1.1 直接堵塞法
当水压不大而混凝土结构密实性很好时，可采用此法。以漏水点为圆心，根据渗水范围大小凿成直径10~40mm、深20~200mm的孔，并用水冲洗干净；用双快水泥砂浆或其他快凝材料捻成与圆孔直径接近的锥形小团，待其初凝时迅速堵塞于孔内，并向孔壁四周挤压，使其与孔壁紧密结合，封住漏水。经检查无渗漏后，表面抹防水面层。 5.1.2 注浆堵漏法
注浆法适用于水压较大、孔洞较大且漏水量大的孔洞，也可用于密实性差、内部蜂窝孔隙较大混凝土的线渗漏和面渗漏处理。对于围岩破碎严重造成隧道防排水压力很大，渗漏水十分严重的情况，也可采用向衬砌后的围岩或回填层注浆两种方式。可以说注浆是隧道渗漏综合治理中最为常用和有效的方法之一。
注浆法按工艺可分为单液注浆和双液注浆。单液注浆仅需一套压浆系统，通过压力泵加压后，把浆液直接压入漏水缝隙。双液注浆采用两个压力泵加压，使甲、乙溶液通过各自的的管路进入混合器，混合均匀后再压入漏水裂缝中。单液注浆工艺简单，而双液注浆具有易于控制凝结时间的优点。对于围岩或衬砌背后注浆，一般只采用无机材料为主的浆液如水泥浆、水泥-水玻璃浆等，衬砌背后空洞较大也可以用砂浆，渗漏严重的结构常用水泥-水玻璃浆液（见图3）。对于衬砌混凝土内的孔隙和裂缝，一般使用有机材料进行注浆，常用的有络木素类、丙烯酰胺类、丙烯酸盐类、聚氨酯类、环氧树脂类、尿醛树脂类、呋喃树脂类等。这其实是一种衬砌裂缝补强加固处理的方法。此方法将化学浆液压入衬砌混凝土中，封堵裂缝，密实混凝土，达到治水目的。
图3 衬砌后洞注浆
5.2 缝渗漏的整治
首先应分析裂缝的成因，对隧道承载力有影响的裂缝,应对隧道进行加固处理。对不影响结构受力的裂缝，可以直接对裂缝进行治理。常用的治理方法有三大类:充填法、注浆法和表面覆盖法。为了治理裂缝渗漏水，同时使衬砌混凝土连接成整体，恢复原有的刚度及耐久性,一般采用注浆法。整治缝漏一般也可根据水量大小采取嵌缝堵漏或凿槽排水的方法[10]。 5.2.1 嵌缝堵漏施工步骤
沿渗漏水裂缝凿槽，宽度15~20mm，深40~50mm，槽壁要平整，并用高压水冲洗，清除灰碴、粉尘。用木板条将膨胀止水条顶入槽底，膨胀止水条两侧与槽壁尽量密贴。在有水情况下，经过约20min膨胀发挥作用，然后用双快水泥净浆封槽，塞紧抹平。 5.2.2 凿槽排水施工步骤
凿槽排水（图4）一般用于注浆部分的下方或缝漏水量较大时，沿漏水缝隙凿槽(槽可不必为直线)，将水引至排水沟内。若洞内水沟在另一侧，则需在隧底填充处设横向盲沟。盲沟坡度为3%，断面一般为20 cmx10 cm，中间以碎石填塞,表面整平，抹一层2 cm厚的砂浆。
图4 暗槽排水结构示意图
5.3 面渗漏的整治
大面积渗水可分为慢渗、快渗和混凝土剥蚀等几种情况。一般慢渗可以直接采用防水材料抹面的方法，对于混凝土强度和密实度良好的快渗情况，可采用排水降压的方法，减少渗水压力，然后采用防水材料进行抹面。对于渗漏严重，而且混凝土表面风化、剥蚀严重的情况,则一般要求采用浇筑混凝土或钢筋混凝土护面进行防水和补强。
防水材料抹面一般可分为：刷涂防水层、抹压防水层、喷涂防水层。
6.总结
既有隧道因其隐蔽性、渗漏影响因素多而复杂等原因，造成了目前渗漏水治理效果较差的现状，难以满足隧道防水的要求\"根据以往工程实例，常用的治理方法有二次衬砌内部注浆法、围岩注浆法、引排法和衬砌表面施工防水层法。在具体工程中，应根据工程实际情况选择合适的治理方法。
既有隧道渗漏水治理需注意以下几点：
（1）根据隧道区域内的水文地质资料、围岩条件、施工条件、支护结构特点以及隧道防水层等因素，同时结合物探无损检测方法，进行渗漏水病害勘察，以判断隧道渗漏水的形成原因、水流迁移路径、渗漏水的危害等；
（2）充分考虑渗漏水的形成原因、发生位置、围岩条件以及隧道支护结构的变异情况等因素，并结合不同隧道渗漏水治理方法的特点，选择合适的治理方法及治理材料，且应针对渗漏水病害的特点，逐一选择合适的治理方法；
（3）严格控制施工质量，方案设计过程中应针对每个渗漏点（或区）的特点，制定合理的质量控制标准；
（4）质量检测应采用物探无损检测和人工观察相配合的方法，而且检测过程中应注意检测前和检测过程中地下水位和降雨的变化；
此外，对于隧道及地下工程普遍的渗漏水状况，其彻底消除的关键在于施工控制，即通过完善设计方案，严格控制施工质量，特别是衬砌的灌注质量、施工缝的处理来消除衬砌中的渗水缝隙并严格按设计要求做好防水处理才能有效的避免渗漏水的出现做到一劳永逸使渗漏水不再是隧道及地下结构的质量通病。 参考文献
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