新建蘭渝鐵路隧道襯砌滲漏水原因分析與治理措施

薛 寧

(蘭渝鐵路有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

隧道滲漏水問題由于其普遍性和危害性，被業(yè)界稱為隧道工程質(zhì)量的“大隱患”，相關(guān)研究較多。鄒翀等[1]對(duì)圓梁山隧道襯砌裂縫及滲漏水產(chǎn)生的原因和治理采用的材料、方法等作了介紹；張成平等[2]對(duì)處于高水壓富水區(qū)的海底隧道進(jìn)行了研究；吳兵等[3]依托關(guān)興公路蛇形坡隧道襯砌滲漏水病害整治工程，用5種措施對(duì)滲漏縫(點(diǎn))進(jìn)行修復(fù)；楊婕等[4]基于婁山關(guān)隧道滲漏水病害，提出了公路隧道的單個(gè)和總體病害等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。上述研究主要集中在運(yùn)營(yíng)公路隧道滲漏水病害成因與整治方面，而關(guān)于新建高速鐵路隧道襯砌出現(xiàn)的一系列滲漏水病害成因分析及整治的研究甚少。

蘭渝鐵路是我國(guó)繼京廣線、京滬線之后，第3條縱貫中國(guó)南北的鐵路大動(dòng)脈。其中蘭州—廣元段多座隧道穿越第三系富水未成巖砂巖、極高地應(yīng)力軟巖等惡劣工程地質(zhì)環(huán)境。隧道貫通后，蘭州鐵路局對(duì)蘭州—廣元段隧道進(jìn)行了提前介入檢查，發(fā)現(xiàn)部分隧道襯砌存在滲漏水等病害。

本文針對(duì)蘭渝鐵路蘭州—廣元段部分隧道出現(xiàn)的滲漏水病害，對(duì)其成因進(jìn)行了分析，并提出了一套適合新建高速鐵路隧道二次襯砌滲漏水病害的整治措施，供新建隧道工程借鑒。

1 隧道襯砌滲漏水病害分類

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集的隧道滲漏水病害情況進(jìn)行了病害歸納分類。對(duì)隧道的滲漏水形態(tài)進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)，根據(jù)滲漏水量大小和滲漏狀態(tài)分為4類：①水跡，發(fā)生滲漏水的襯砌表面留下滲漏水痕跡，如泛堿;②滲潤(rùn),襯砌表面呈面狀濕潤(rùn)，但沒明顯的水珠現(xiàn)象;③滴水,襯砌滲漏水成水滴狀態(tài)，可以在襯砌表面形成明顯的滴水點(diǎn);④流水,襯砌表面從裂縫或施工縫中流出明顯的水流或滴水成線狀。

2 病害原因分析

根據(jù)對(duì)隧道的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合相關(guān)研究[5-8]，高速鐵路隧道滲漏水原因可從以下3方面分析。

1)隧址區(qū)工程地質(zhì)環(huán)境是導(dǎo)致隧道滲漏水的直接原因。例如，隧道穿越區(qū)圍巖為第三系富水未成巖砂巖的胡麻嶺隧道(全長(zhǎng) 13 611 m)，地下水豐富，開挖前水頭超過洞身標(biāo)高70 m以上，全隧貫通后地下水位逐步恢復(fù)，加之細(xì)小沙粒堵塞排水盲管等綜合作用，導(dǎo)致隧道襯砌滲漏水。還有一種情況是隧道穿越斷層區(qū)域、暗河如木寨嶺隧道(全長(zhǎng) 19 105 m)、化馬隧道(全長(zhǎng) 12 580 m)，在強(qiáng)降雨情況下地表水通過圍巖裂隙滲入地下，斷層大量漏水和暗河流量增加，從而導(dǎo)致隧道防排水設(shè)施超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，無法及時(shí)排出涌入的地下水，最終導(dǎo)致隧道襯砌滲漏水。

2)隧道防排水結(jié)構(gòu)的完整性受到破壞是隧道襯砌出現(xiàn)滲漏水的重要原因之一。蘭州—廣元段多座隧道穿越復(fù)雜工程地質(zhì)，為保證順利施工，多采用CRD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等分部開挖工法，隧道初期支護(hù)分多次進(jìn)行前后左右連接，部分隧道因復(fù)雜地質(zhì)引發(fā)二次襯砌拆換，甚至是多次拆換，引起防水設(shè)施反復(fù)局部拆換。上述設(shè)計(jì)、施工因素不可避免地造成部分防水板出現(xiàn)焊接不到位、施工止水帶外露(如圖1)等問題。

圖1 施工止水帶外露導(dǎo)致滲漏水

3)部分防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并沒有考慮到隧址區(qū)遇到強(qiáng)降雨情況下的強(qiáng)化防排水能力。同時(shí)部分第三系富水未成巖砂巖受到承壓滲流水作用非常明顯的隧道，其排水盲管由于粉細(xì)砂粒或地下水礦化結(jié)晶體充填堵塞而沒有形成設(shè)計(jì)的排水通道，造成了襯砌壁后排水不暢，使得隧道二襯受到較強(qiáng)的地下水壓力作用，最終導(dǎo)致地下水直接從襯砌裂縫滲入隧道。

3 襯砌滲漏水治理

3.1 隧道襯砌滲漏水整治原則

TB 1003—2005《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“隧道防排水應(yīng)按防、排、截、堵，因地制宜，綜合治理的原則進(jìn)行”。具體做法如下：

1)采用目前建筑防排水領(lǐng)域較先進(jìn)、效果好、功效高的新技術(shù)、新工藝、新材料修復(fù)襯砌裂縫。

2)采用鑿槽埋管的措施進(jìn)行引排水。對(duì)于一般施工縫滲漏水可以采用環(huán)向刻槽埋管的排水措施，將水引入到水溝內(nèi)。對(duì)于一些不規(guī)則的裂縫滲漏水應(yīng)刻槽埋管，將水引入到附近施工縫處埋設(shè)的排水管中。一般點(diǎn)滲水和距離施工縫較遠(yuǎn)的不規(guī)則裂縫滲漏水可采取堵水措施。集中出水點(diǎn)可采取先注漿堵水，再進(jìn)行集中引排的措施。

3)在襯砌背后注漿堵水。可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，采用鋼管錨桿進(jìn)行襯砌背后注漿。該措施既能起到堵水的作用，也能夠固結(jié)襯砌背后的圍巖。對(duì)襯砌背后的空洞進(jìn)行填充，使固結(jié)體成為二次襯砌的“圍巖護(hù)拱”，成為隧道支護(hù)體系的一部分。同時(shí)注漿鋼管可作為隧道徑向支護(hù)錨桿，加強(qiáng)隧道支護(hù)系統(tǒng)。襯砌背后注漿(包括仰拱下和仰拱與填充層間)以充填固結(jié)為原則，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔情況靈活掌握注漿深度，嚴(yán)格控制注漿壓力，盡量采用快速凝結(jié)的注漿材料。注漿前及注漿過程中應(yīng)認(rèn)真排查注漿孔附近二襯裂縫及相鄰施工縫，防止?jié){液溢流至水溝電纜槽或碎石道床上，危及行車設(shè)備。

4)對(duì)于高位(超過起拱線)滲漏水點(diǎn)或滲漏嚴(yán)重段落可施作排水降壓孔，對(duì)水流集中進(jìn)行引排，減小襯砌背后的水壓力，降低水壓對(duì)襯砌支護(hù)體系的壓力，從而達(dá)到整治滲漏水的目的。排水降壓孔宜避開施工縫(50 cm)，深度以穿透二次襯砌和防水板即可，一般不穿透初期支護(hù)。排水降壓孔應(yīng)施作成面向洞內(nèi)的下坡，減少淤堵。岷縣以北寒冷地區(qū)隧道，在洞口500 m范圍內(nèi)的排水降壓孔必須采用電伴熱保溫措施。排水降壓孔是在營(yíng)業(yè)線施工條件下滲漏水整治最快速有效的方案，隧道內(nèi)的滲漏水應(yīng)急處理應(yīng)首先采用該方法。

5)對(duì)隧道兩側(cè)及中心排水溝進(jìn)行清理、疏通，結(jié)合隧址區(qū)的夏季實(shí)際最大降雨量，通過水力學(xué)公式對(duì)現(xiàn)有排水溝的斷面尺寸和縱坡進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證其是否滿足排水要求。如不滿足可適當(dāng)增加隧道排水溝的斷面尺寸和縱坡，保證排水順暢。

3.2 隧道襯砌滲漏水治理措施

結(jié)合以上綜合治理的原則，蘭州—廣元段隧道的襯砌滲漏水治理可分為區(qū)域漬水及單點(diǎn)滲漏水及線狀裂縫滲漏水的整治、襯砌環(huán)向施工縫滲漏水缺陷的整治及止水帶外露缺陷整治3個(gè)方面。

3.2.1 區(qū)域漬水及單點(diǎn)、線狀裂縫滲漏水的整治

這種治理措施可分為襯砌裂縫鑿槽、填塞(如圖2)和引排水暗槽施作(如圖3)2方面。

圖2 襯砌裂縫鑿槽、填塞橫斷面示意

圖3 引排水暗槽設(shè)計(jì)

具體步驟如下：

①隧道大跨以下襯砌漬水及單點(diǎn)滲漏水(無流水)，原則上不單獨(dú)處理;

②襯砌滲漏水缺陷處實(shí)施壁后注漿。

③對(duì)單個(gè)漏水點(diǎn)鑿寬4～6 cm，長(zhǎng)、深各5 cm的楔形洞，先預(yù)埋灌漿嘴，在鑿槽的側(cè)面安裝φ8彎鉤膨脹螺栓，用801桶裝膠拌制的纖維砂漿(質(zhì)量比為1∶1)填塞，壓漿結(jié)束后再刮涂防水劑2層以止水。

④對(duì)沿著裂縫分布的線狀滲水裂縫，需要沿著裂縫鑿槽，將水引排至側(cè)水溝。具體方法：沿著滲水裂縫鑿槽，視水量大小固定半剖φ50～100 PVC管，用云石膠將PVC管與混凝土黏結(jié)牢固，用801桶裝膠拌制的聚合物砂漿(質(zhì)量比為1∶1)填塞抹平后安裝5 cm厚擠塑保溫板(非凍害地區(qū)不設(shè)，凍害地區(qū)離開洞口500 m 后可不設(shè))，按照15 cm間距梅花形安裝φ8彎鉤膨脹螺栓，用801桶裝膠拌制的聚合物砂漿(質(zhì)量比為1∶1)填塞至距襯砌表面5 cm時(shí)，用14號(hào)鐵絲縱橫連接膨脹螺栓彎鉤并固定1 cm網(wǎng)孔間距的鋼絲網(wǎng)，用801桶裝膠拌制的聚合物砂漿(質(zhì)量比為1∶1)填塞封堵鑿槽，然后用手持砂輪機(jī)對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨清理，涂刷改性環(huán)氧樹脂防水涂料兩層防水，厚度1.2 mm。

3.2.2 襯砌環(huán)向施工縫滲漏水缺陷的整治

將松弛、裂損部位全部清除，中埋式止水帶外襯砌厚度小于7 cm的混凝土全部清除；視水量大小安半剖φ50～100 PVC管將水引排至側(cè)水溝，用801膠拌制的聚合物砂漿抹平后安裝5 cm厚擠塑保溫板，用801膠拌制的聚合物砂漿嵌補(bǔ)鑿槽。引排水暗槽設(shè)計(jì)如圖4，處理流程如圖5。

圖4 引排水暗槽設(shè)計(jì)

圖5 處理流程

具體措施如下：

①固定半剖φ50～100聚乙烯管，用云石膠將PVC管與混凝土黏結(jié)牢固，用801膠拌制的聚合物砂漿抹平后安裝5 cm厚擠塑保溫板(非凍害地區(qū)不設(shè)，凍害地區(qū)離開洞口500 m后可不設(shè))，按照15 cm間距梅花形安裝φ8彎鉤膨脹螺栓，寬度大時(shí)按照間距10 cm植入環(huán)向筋，用801桶裝膠拌制的聚合物砂漿(質(zhì)量比為1∶1)填塞至距襯砌表面5 cm時(shí)，用14號(hào)鐵絲縱橫連接膨脹螺栓彎鉤并固定1 cm網(wǎng)孔間距的鋼絲網(wǎng)，用801桶裝膠拌制的聚合物砂漿(質(zhì)量比為1∶1)填塞封堵鑿槽，然后用手持砂輪機(jī)對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨清理，涂刷改性環(huán)氧樹脂防水涂料2層，厚度1.2 mm。

②變形縫處理時(shí)需用1 cm泡沫板隔斷。

3.2.3 止水帶外露缺陷整治

止水帶外露分變形縫處、施工縫處止水帶外露2種情況(如圖6)。

圖6 止水帶外露處理示意

具體操作步驟和注意事項(xiàng)如下：

①鑿除外露止水帶所在襯砌，成倒梯形，深度為止水帶安置深度，重新復(fù)位安置止水帶，打設(shè)鋼筋釬釘，模筑混凝土封閉腔體。

②若二襯為素混凝土，應(yīng)植入環(huán)向和縱向鋼筋，鋼筋直徑φ16,縱距10 cm，縱向筋按構(gòu)造布置；厚度不超過20 cm時(shí)鋼筋網(wǎng)增加1層。

③在鑿除混凝土區(qū)域植入φ16的鋼筋釬釘，間距30 cm，植入深度20 cm，植筋采用A級(jí)錨固膠錨固。

④模筑C40混凝土封閉“腔體”，模板拆除后再注入環(huán)氧樹脂灌漿料充填。

⑤在混凝土模板拆除后，用軟鋼絲刷或打磨機(jī)清理打磨混凝土表面，混凝土內(nèi)表面不宜侵入隧道內(nèi)輪廓線，以內(nèi)欠2 mm為宜，并圓順過渡。

⑥可將模筑C40混凝土換成用801桶裝膠拌制的聚合物砂漿(質(zhì)量比為1∶1)。

4 結(jié)語

新建蘭渝鐵路的襯砌滲漏水病害治理從“襯砌修復(fù)”和“地下水治理”2方面出發(fā)，采用區(qū)域漬水及單點(diǎn)、線狀裂縫滲漏水缺陷，襯砌環(huán)向施工縫滲漏水缺陷和止水帶外露缺陷的整治措施，遵循了“防、排、截、堵、因地制宜，綜合治理”的原則。

蘭州鐵路局后期對(duì)病害隧道的再次檢查結(jié)果表明，所采取的治理措施效果明顯。

蘭渝鐵路隧道襯砌滲漏水病害的發(fā)生與其所穿越的惡劣工程地質(zhì)環(huán)境分不開，隧道后期養(yǎng)護(hù)與巡檢維修應(yīng)加大力度，加強(qiáng)頻次。

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