隧道混凝土防水性能研究

段文超

(山西省交通建設工程監(jiān)理總公司)

1 工程概況

康家樓隧道屬于和榆高速中的控制性工程，其工程的左線(山西段)長6 831 m，右線(山西段)長6 769 m，工期是從2011年1月至2013年12月，由中鐵12 局承包建設。但是由于當地地質條件惡劣，所以對工程施工造成了巨大的影響，為工程建設帶來極大的壓力。工程中至今洞內多處涌水，最猛烈的時候就像“暴雨”一般，而權洞涌水量高達17 000 m3/min，主洞月進尺最慢時約50 m 左右。但目前工程的建設任務僅僅完成了三分之一。而康家樓隧道作為和榆告訴公路頭號控制性工程，已經安全的通過了告訴公路頭號控制性工程，已經安全的通過了F5、F6 大型斷層破碎帶，這是康家樓隧道施工中成功突破重大風險源的又一重要標志。

2 隧道施工現狀

和榆高速公路十標段康家樓隧道中的F5、F6 斷層破碎帶是中斷距最寬的兩條短層，在破碎帶范圍內的圍巖地質構造經過強烈的變動，從而導致地質均為強風化泥巖和飽和粉細砂層，泥巖手可捏碎，隧洞中有多處涌水，而泥巖遇水后浸泡后坍塌，自穩(wěn)能力弱，整體性較差，均為V 級及V 級淺埋圍巖，在洞身開挖后，由于初期給支護帶來的承載壓力過重，因此出現多處開裂變形的情況。順利穩(wěn)妥的通過F5、F6 斷層破碎帶是康家樓隧道施工的重要目標。中國鐵件十二局集團三公司和榆項目部主動積極的向工程的監(jiān)理單位和業(yè)主進行施工詳情匯報，邀請設計單位和隧道專家到現場進行會診，擬定專項的施工方案，同時不但改善施工工藝和工法。為了保證主線隧道妥善的施工，從而采用了四步走的辦法，將安全質量控制在一定的范圍內。(1)對于存在極高風險斷層區(qū)域，可以采用將TSP 超前地質預報、地質雷達和超前水平鉆孔三種相結合的方式，提前獲取前方地質信息方便制定施工方案。隧道開挖施工時，為了隨時掌握前方圍巖穩(wěn)定情況，因此在每個循環(huán)中的不同部位都有隧道掌子面用風鉆在進行打地質預報探孔。(2)結合探明地質的情況，可以對前方巖體采用超前棚支護、每循環(huán)超前小導管預加固、對巖體進行注雙液漿等方法進行加固，釋放水壓，從而將開挖風險降至最低。(3)嚴格遵守“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的方針進行施工，加大施工進度的管理，每循環(huán)僅進尺一榀拱架，弱爆破或不爆破，削弱對圍巖的震動。同時在每個循環(huán)中打上超前小導管，在核心土中預留三階臺進行施工。(4)全面清晰、正確的掌握隧道量變的實際情況，隧道初期支護后的斷面每天要進行四次測量，不間斷測量重點部位，要及時準確的掌握初期支護的收斂情況，如發(fā)現數據超限，為防止情況突變可以采用加固支撐和回填注漿等方式制止突變。

3 試驗結果及分析

3.1 試驗結果

對實驗中的配合比編號1～4 中的混凝土試件的試驗結果進行線性擬合，可以通過上述的式子計算出混凝土試件的滲透系數和啟動壓力梯度，同時結合試驗測得的孔隙率小。

從實驗結果我們可以看到出實驗中數據點線性的相關性是非常緊密的，同時由于0.5 左右的水膠比的混凝土的滲透系數(10～18 m2)和啟動壓力梯度的低滲介質的滲透系數(10～15 m2)相比，明顯是前者遠遠低于后者，因此我們在實驗中可以很明顯的看出，滲流的曲線不過坐標的原點，存在明顯的啟動壓力梯度。

配合比實驗中編號5 的混凝土試件，基本上不能在試驗裝置中進行科學測量，因為配合比編號5 的水膠比很低，滲透的系數也是極低的。在試驗中為得到測量一定水壓下滲透隨時間變化的數據，可以采用混凝土抗?jié)B儀通過常規(guī)的破損測滲透深度的方式等到。

從實驗可以得知，低水膠在高水壓條件下20 d 的滲透深度只有30 mm 左右，因此我們可以知道抗?jié)B等級評價高強混凝土的防水性是無意義。同時我們還知道，隨著時間的流逝，在一定時間后混凝土內的滲透深度基本不會變化。

3.2 試驗結果分析

有上文分析得知，對實驗中配合比編號1～4 的混凝土滲流曲線可以知道，水在混凝土中的滲流規(guī)律不符合一般認為的線性Darcy 定律，而是滿足非Darcy 模型。

試驗中，水在混凝土中的滲透運行不是一直變化的過程，它不會隨著時間的推移不斷的變大，而是在某一時間內達到一個“平衡深度”后停止?jié)B透。當滲透達到平衡時式子有即式中的hb 是指滲透平衡深度。

根據上述，就可以更加直白的解釋試驗中滲透深度基本不隨時間變化的現象。同時想要計算出混凝土按照抗?jié)B等級評價時(試件高度150 mm)所需要的最小滲穿水壓以及能夠達到的抗?jié)B標號可以利用上述的式子進行計算從而得出想要的結果。

4 結束語

綜合以上所述，因為混凝提土中存在的啟動壓力梯度從根本上加強了混凝土的防水性能，因此我們可以得知混凝土出現滲漏現象的主要原因并不是混凝土本身。隧道的滲漏大多數發(fā)生在混凝土體積變形從而產生的接縫處，因此不斷增加混凝土抗收縮、抗裂性能才是避免出現滲漏現象的重要環(huán)節(jié)。此外，我們從實驗中得出以下幾點結果。

(1)混凝提中的水不符合線性Darcy 定律，因為存在很明顯的啟動壓力梯度。

(2)混凝土防水性的好壞直接取決于啟動壓力梯度，因此對隧道混凝土而言，抗?jié)B等級是非常容易滿足的一個指標，因此，抗?jié)B等級不合適評價高強混凝土。

(3)站在隧道防水混凝土角度上看，衡量防水性能的首要指標指的就混凝土的抗收縮以及抗裂性能，而不是所謂的抗?jié)B等級。

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