地下水影響隧洞襯砌混凝土質(zhì)量成因分析及解決方案

李桐宇陳業(yè)廣郎秀艷

（1.遼寧水利土木工程咨詢(xún)有限公司遼寧沈陽(yáng)110166 2.遼陽(yáng)縣水務(wù)局遼寧遼陽(yáng)111000）

地下水影響隧洞襯砌混凝土質(zhì)量成因分析及解決方案

李桐宇1陳業(yè)廣1郎秀艷2

（1.遼寧水利土木工程咨詢(xún)有限公司遼寧沈陽(yáng)110166 2.遼陽(yáng)縣水務(wù)局遼寧遼陽(yáng)111000）

通過(guò)對(duì)大伙房輸水工程二段輸水隧洞地下水影響襯砌混凝土質(zhì)量的成因分析，提出有針對(duì)性的解決方案，以提高混凝土的耐久性，保障工程安全運(yùn)行。

地下水；隧洞襯砌混凝土；施工質(zhì)量；影響成因

1 工程概況

大伙房輸水工程二段輸水隧洞全長(zhǎng)130.88km，其中鉆爆法施工段長(zhǎng)100.95km，TBM施工段長(zhǎng)29.93km。隧洞需要進(jìn)行全斷面混凝土襯砌的長(zhǎng)度有115.39km，其施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到本工程的耐久性及運(yùn)行安全。目前該段襯砌混凝土已累計(jì)完成約1.6km，從其外觀質(zhì)量效果看，除了存在常見(jiàn)的氣泡、局部麻面等質(zhì)量通病外，還出現(xiàn)了諸多細(xì)微裂縫，且有地下水從裂縫（包括施工縫）中滲出導(dǎo)致混凝土表面泛白等現(xiàn)象，影響了襯砌混凝土的施工質(zhì)量。

2 地下水成因分析

二段輸水隧洞地下水的賦存條件及分布情況主要受氣象、地形地貌、巖性及構(gòu)造等因素影響。大氣降水是該段隧洞地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，對(duì)其豐枯程度及動(dòng)態(tài)變化起控制作用；同時(shí)，地表水是另一重要補(bǔ)給源。淺部巖體由于受構(gòu)造作用切割，促成構(gòu)造裂隙與風(fēng)化裂隙的連通，構(gòu)成了較強(qiáng)的含水介質(zhì)，是地下水獲得滲水補(bǔ)給和賦存的場(chǎng)所。而深部巖體結(jié)構(gòu)面多微張～閉合，透水性微弱，一般含水貧乏。

按地下水賦存條件與含水層的空隙性質(zhì)，將二段工程區(qū)內(nèi)地下水劃分為松散巖類(lèi)孔隙潛水、裂隙水和巖溶水三類(lèi)：

（1）松散巖類(lèi)孔隙潛水：主要分布于渾江、富爾江、蘇子河、渾河、清河河谷及支流谷地。河谷平原的松散巖類(lèi)孔隙潛水含水層具有沖積成因特點(diǎn)，主側(cè)流分相明顯，堆積顆粒粗，其厚度向下游有遞增之勢(shì)；豎直方向具有雙層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即表層為粘性土，向下為砂礫石層，并與地表水關(guān)系密切。

（2）裂隙水：包括風(fēng)化裂隙水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。

①風(fēng)化裂隙水：分布在風(fēng)化裂隙中且多數(shù)為層狀裂隙水，主要受大氣降水補(bǔ)給，有明顯的隨季節(jié)變化而循環(huán)交替性。由于風(fēng)化裂隙彼此相連通，在一定范圍內(nèi)形成相互連通的地下水體，水平方向透水性均勻，豎直方向隨深度而減弱，多屬潛水，局部也存在上層滯水。當(dāng)風(fēng)化殼上部的覆蓋層透水性很差時(shí)，其下部的裂隙帶有一定的承壓性。

②基巖裂隙水：主要賦存于成巖裂隙及碎屑巖類(lèi)裂隙中。當(dāng)成巖裂隙的巖層出露地表時(shí)，常賦存成巖裂隙潛水。本區(qū)巖漿巖分布較廣，其裂隙水較為發(fā)育，裂隙均勻密集，張開(kāi)性好，貫穿連通，常形成貯水豐富、導(dǎo)水暢通的潛水含水層，且多呈層狀分布，在一定范圍內(nèi)相互連通，廣泛分布于洞線區(qū)的各巖層中。

含水層巖組包括侏羅系果松組、小東溝組、白堊系小南溝組；巖層構(gòu)成分為砂巖、頁(yè)巖、安山巖、凝灰?guī)r等，分布于中生代盆地內(nèi)的低山丘陵區(qū)。巖組內(nèi)多發(fā)育NE向和NW向兩組構(gòu)造裂隙，節(jié)理裂隙風(fēng)化帶厚度一般小于50m，接受降水補(bǔ)給。

③構(gòu)造裂隙水：賦存于斷裂帶中，包括斷層構(gòu)造帶及影響帶、巖體節(jié)理裂隙等。其賦存規(guī)模直接受巖體破碎程度影響，流量差異很大，一般隨季節(jié)、地形地貌、巖性，以及斷裂的性質(zhì)、規(guī)模、組成物質(zhì)、形狀等的變化而變化，主要靠大氣降水補(bǔ)給。少數(shù)斷裂帶存在深循環(huán)或呈封閉狀態(tài)，具有承壓性；多數(shù)斷裂帶透水性與富水性微弱。由于穿越洞線區(qū)構(gòu)造多為壓性或壓扭性，故不具備稍大型儲(chǔ)存地下水的條件，多為小型地下水儲(chǔ)存場(chǎng)所。

（3）巖溶水：林家溝組硅質(zhì)條帶大理巖是巖溶水賦存的主要區(qū)段。該洞段較短，且所含地下水一般為水量貧乏的巖溶裂隙水。另?yè)?jù)調(diào)查，地面尚未發(fā)現(xiàn)巖溶現(xiàn)象。因此，該洞段巖溶裂隙水不發(fā)育。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)察看和分析，二段隧洞開(kāi)挖完成后，洞內(nèi)地下水主要表現(xiàn)為涌水、淋滲水，其中淋滲水一般為線流狀態(tài)、滴水等狀態(tài)。

3 混凝土裂縫滲水成因分析及解決方案

3.1 裂縫滲水成因分析

已完成混凝土襯砌的隧洞段，除了因溫度應(yīng)力引起的裂縫外，因地下水作用引起的裂縫也占有較大比例，其主要成因分析如下：

（1）在較大的地下水作用下，由于混凝土澆筑時(shí)地下水已摻入到其中，導(dǎo)致水灰比發(fā)生變化，不但影響混凝土的強(qiáng)度，且從其薄弱處滲出而造成裂縫。

（2）較高壓力的地下水容易在混凝土未初凝時(shí)對(duì)其產(chǎn)生劈裂直至裂縫，導(dǎo)致開(kāi)裂滲水。

（3）由于承壓水的作用，如果混凝土的預(yù)埋排水孔失效，在其壓力超過(guò)混凝土承載力時(shí)，引起破壞產(chǎn)生裂縫。

（4）混凝土開(kāi)裂后，地下水在裂縫處與其中的CaO反應(yīng)，生成Ca(OH)2被隨水帶出，Ca(OH)2與空氣中的CO2反應(yīng)生成CaC03晶體，沉積在裂縫表面或者內(nèi)部，并沿著襯砌混凝土的邊頂拱表面向下流動(dòng)，影響其耐久性和外觀質(zhì)量。

3.2 解決方案

（1）灌漿

隧洞混凝土襯砌前，根據(jù)地下水的成因類(lèi)型分別對(duì)地下水豐富洞段進(jìn)行阻水灌漿和固結(jié)灌漿處理：

①當(dāng)為松散巖類(lèi)孔隙潛水、風(fēng)化裂隙水時(shí)，由于受地表水的直接補(bǔ)給，一般對(duì)地表的環(huán)境影響較大，開(kāi)挖后應(yīng)盡快進(jìn)行阻水灌漿。

②當(dāng)為構(gòu)造裂隙水時(shí)，由于水量較大，影響施工，也應(yīng)及時(shí)進(jìn)行阻水灌漿。

③當(dāng)為基巖裂隙水時(shí)，應(yīng)經(jīng)排放一定時(shí)間，水量減少時(shí)再進(jìn)行固結(jié)水灌漿。

（2）設(shè)置排水孔

一般情況下，節(jié)理裂隙較發(fā)育洞段在經(jīng)過(guò)阻水灌漿、固結(jié)灌漿處理后，隧洞滴滲水將大幅度減少直至基本消除，在襯砌混凝土施工時(shí)無(wú)需設(shè)置排水孔。但下列情況需要設(shè)置：

①在Ⅲb類(lèi)圍巖洞段，因節(jié)理相對(duì)不發(fā)育，可灌性較差；在Ⅱ類(lèi)、Ⅲa類(lèi)圍巖洞段，因局部存在單點(diǎn)滲漏水情況。這兩種情況的洞段，即使經(jīng)過(guò)灌漿處理也很難消除滴滲水，仍會(huì)存在一定范圍內(nèi)的滴水狀態(tài)。

對(duì)此，應(yīng)采用防水板和Ω型管聯(lián)合排水方式，將其集中引排至一模襯砌混凝土的側(cè)面，拆除模板后立即施作排水孔，并做好反濾處理。

②當(dāng)基巖裂隙水在襯砌前減少至停止流出時(shí)，無(wú)需進(jìn)行灌漿處理，但也應(yīng)在該段混凝土襯砌后打設(shè)排水孔。

4 施工縫滲漏水成因分析及解決方案

4.1 施工縫滲水對(duì)混凝土的影響

主要表現(xiàn)為在其施工縫及周邊出現(xiàn)水印，或者出現(xiàn)泛白現(xiàn)象，引起隧洞洞壁后方的沖填物隨滲漏水流出，引起施工縫被沖刷破壞。

4.2 施工縫滲漏水成因分析

設(shè)計(jì)施工圖圖示在前一?；炷翝仓r(shí)，在端部設(shè)置一條寬30mm、深10mm的止水條預(yù)留槽，待澆筑下一?；炷燎鞍惭b橡膠止水條，橡膠止水條遇水膨脹起到止水效果。預(yù)留槽構(gòu)造見(jiàn)圖1示。

實(shí)際施工過(guò)程中，部分安裝止水條的施工縫仍存在滲漏水，其成因分析如下：

圖1 止水條預(yù)留槽示意圖

（1）膨脹率分布不均勻或膨脹時(shí)間長(zhǎng)

為了驗(yàn)證橡膠止水條膨脹的均勻程度和膨脹時(shí)間，在15#支洞取3段各10m長(zhǎng)采用完全泡水法試驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表1示。

通過(guò)試驗(yàn)，止水條（端部除外）12h膨脹110%左右，24h膨脹120%左右，49h膨脹130%左右，60h膨脹140%左右。經(jīng)過(guò)一周后的橡膠止水條基本達(dá)到了預(yù)計(jì)的膨脹效果，膨脹率達(dá)到220%左右。

由于是室內(nèi)試驗(yàn)，止水條完全浸泡在水里，經(jīng)過(guò)一周左右達(dá)到了預(yù)計(jì)膨脹率?，F(xiàn)場(chǎng)施工縫中的水量未達(dá)到室內(nèi)試驗(yàn)的邊界條件，完全膨脹需要更長(zhǎng)的時(shí)間，這與混凝土的強(qiáng)度上升不相適應(yīng)，造成混凝土一定的強(qiáng)度損失，在施工后短期內(nèi)施工縫存在滲水現(xiàn)象，影響耐久性。

另外，其端部遇水不膨脹或膨脹率較低，在安裝時(shí)未除掉，從而導(dǎo)致了該部位止水條不能完全填充施工縫處預(yù)留的止水條槽而形成滲漏通道。

（2）現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)機(jī)不規(guī)范

實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，有的在安裝止水條后間隔了幾天、甚至更長(zhǎng)時(shí)間才澆筑下一模混凝土，期間止水條已經(jīng)膨脹，達(dá)不到預(yù)期的膨脹止水效果。

4.3 解決方案

（1）止水條表面涂抹緩脹劑

在止水條外表面涂抹SR緩脹劑并密封保存，其延時(shí)膨脹時(shí)間＞8h～10h，且7天的膨脹率不大于最終膨脹率的60%。在新一?；炷翝仓皣?yán)防被水浸泡并予以安裝，混凝土澆筑完成且達(dá)到7天強(qiáng)度后，止水條開(kāi)始延時(shí)膨脹，大約20天～30天后起到止水效果。具體形式見(jiàn)圖2示。括其他滲水裂縫）采用雙組分聚硫橡膠密封膏、SH外摻劑、環(huán)氧砂漿等防水材料，按剔縫→埋管封縫→注漿→封孔的施工程序來(lái)實(shí)施。具體布置詳見(jiàn)圖3示。

表1 橡膠止水條膨脹率試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

圖2 止水條涂抹緩脹劑構(gòu)造示意圖

圖3 滲水縫注漿布置示意圖

5 結(jié)論

地下水對(duì)隧洞襯砌混凝土的施工質(zhì)量影響很大，也影響混凝土的耐久性和外觀質(zhì)量。當(dāng)在開(kāi)挖過(guò)程中洞室出現(xiàn)涌水、線流、大面積淋滲水時(shí)，應(yīng)在襯砌前及時(shí)進(jìn)行阻水灌漿和固結(jié)灌漿處理。

在規(guī)范使用橡膠止水條及采取滲漏水縫注漿處理后，達(dá)到了預(yù)期的止水效果，提高了混凝土的耐久性，工程運(yùn)行安全得到進(jìn)一步保障。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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