水利水電工程水工隧洞滲水問題淺析

（貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550081）

1 水工隧洞滲涌水問題

根據(jù)水利水電工程的特點及建設條件，過水建筑物多采用隧洞這種結(jié)構(gòu)型式，如導流洞、泄洪洞、引水發(fā)電洞、水庫放空洞及輸水隧洞等。當前我國已建成的水工隧洞常會面臨滲水問題，滲水隧洞所占比例較高。

襯砌后的水工隧洞滲漏一般為襯砌混凝土結(jié)構(gòu)滲水，施工縫、結(jié)構(gòu)縫滲水等。雨季滲水點多且滲水較為嚴重，枯水季節(jié)相對滲水較輕。襯砌混凝土結(jié)構(gòu)滲水中，有的為局部點狀滲水，有的為線狀、片狀滴水、淋水及環(huán)狀滲、淋水，也有自下向上涌水、射水，更多的表現(xiàn)為表面沁水；結(jié)構(gòu)縫及施工縫則表現(xiàn)為沿縫間滲水，如圖1所示。

圖1 放空洞襯砌后雨季洞壁及施工縫滲水情況

2 水工隧洞滲漏危害

地下水穿過混凝土或施工縫、變形縫滲入洞內(nèi)會引起較大危害，主要包括以下幾個方面。

（1）滲水帶走了滲水通道及其附近的水泥砂漿，出水量大，特別是多點及片狀出水更是引起大片區(qū)域水泥砂漿被帶出，在混凝土內(nèi)形成永久排水通道，并導致滲水位置混凝土密實性降低甚至形成架空結(jié)構(gòu)，使混凝土產(chǎn)生冷縫。襯砌混凝土結(jié)構(gòu)完整性和安全性因此受到影響。

（2）隧洞襯砌施工完成后、運行前，隧洞滲漏造成襯砌混凝土鈣化淅出，涌水通道逐漸增大；工程投入運行后，隨著混凝土不斷鈣化淅出，鋼筋銹蝕，混凝土內(nèi)部空洞越來越大，可能引起基礎失穩(wěn)，結(jié)構(gòu)破壞。

（3）滲水帶走止水條、止水帶兩側(cè)混凝土中水泥等膠凝材料，導致止水無法發(fā)揮應有的效果，且縫面滲水越來越嚴重。

（4）隧洞輸配水時可能造成內(nèi)水外滲，輸配水工程的滲漏量過大，嚴重時會引起邊坡、山坡失穩(wěn)，引發(fā)安全事故。

（5）地下水向洞內(nèi)排泄，區(qū)域地下水位下降，可能導致當?shù)鼐用耧嬎щy。對于供水工程，可能造成飲用水污染。

3 水工隧洞滲漏原因分析

3.1 施工階段滲、涌水來源

由于長期受到多種復雜地質(zhì)作用，如地應力、表層風化、卸荷應力等，巖體中一般存在斷層、破碎帶、裂隙、空洞，這些位置本身就是滲、排水通道或富存地下水。隧洞開挖過程中，爆破會對開挖面周圍一定深度的巖體產(chǎn)生擾動或松動破壞，形成向洞內(nèi)排泄的通道。隧洞開挖后，地下水向洞內(nèi)排泄，在部分洞壁位置形成滲涌水。因此，多數(shù)隧洞開挖后洞壁均有滲水。

同時，因地下水的富存量、補給性及與隧洞位置不同，裂隙的寬度及連通性差異較大，開挖后洞壁滲水可能出現(xiàn)在頂部、邊墻及底板，洞壁滲水區(qū)域可能是單點，也可能是片狀；滲水量小時表現(xiàn)為點狀滴水、滲水，補給源穩(wěn)定、滲水量大時多表現(xiàn)為片狀或帶狀滲、淋水、涌水，灰?guī)r地層可能出現(xiàn)巖溶管道水；不同季節(jié)滲水量變化較大。

3.2 襯砌混凝土設計

通常水工隧洞襯砌混凝土為C20強度等級以上鋼筋混凝土或素混凝土，根據(jù)工程特點及重要性決定混凝土防滲等級。在地質(zhì)變化位置設置變形縫，其余位置各澆筑倉段間設施工縫。變形縫間設置橡膠止水帶或銅片止水板，施工縫間設置橡膠止水帶、塑料止水帶或膨脹止水條。

對于隧洞開挖后洞壁滲水問題的處理，現(xiàn)階段公路工程中通常是在襯砌混凝土外單獨設置防排水結(jié)構(gòu)，因此投入使用的公路隧洞（隧道）很少出現(xiàn)滲水問題。但在水利水電工程領域，由于認識不足或出于投資考慮，除滲水較大洞段外，隧洞襯砌設計方案中一般無滲水處理措施設計，而是要求施工單位在混凝土澆筑前用導水管將各處滲、涌水單獨引排，混凝土襯砌后借助回填灌漿及固結(jié)灌漿兼顧堵水，施工過程中需要監(jiān)理監(jiān)控施工質(zhì)量以減少、減小洞內(nèi)滲水。

3.3 襯砌后混凝土滲水原因

（1）施工單位埋管引排的處理效果不佳。目前，除單點滲水處理外，施工單位埋管的引排處理效果一般不佳。原因包括：①片狀、條帶狀滲涌水根本無法埋管引排，單點滲、涌水的情況下施工單位安裝的引排管易受鋼筋安裝、混凝土澆筑影響而走位；②部分施工單位埋管引排工作重視不夠；③在目前建筑市場中很多現(xiàn)場監(jiān)理人員能力不足或未盡到應盡職責。

（2）新澆混凝土不具備防水能力。無論襯砌混凝土設計防滲等級有多高，襯砌混凝土在達到一定強度前均不具備阻止?jié)B水的能力。而目前水工隧洞襯砌外圍并未單獨設置防水措施，安裝引排水管效果差，洞壁滲、涌水排泄因澆筑混凝土而受阻擋，壓力逐漸升高會帶走水泥沙漿，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)或施工縫面形成排水通道，這是混凝土結(jié)構(gòu)自身滲水的主要原因。

（3）施工縫及變形縫滲涌水原因。按現(xiàn)行SL279-2016《水工隧洞設計規(guī)范》［1］，水工隧洞襯砌混凝土施工縫間可設置遇水膨脹止水條止水。膨脹止水條的安裝方法為待先澆塊具備一定強度后切槽，或在先澆筑塊端頭模板上固定突出塊以便拆模后形成槽，在槽內(nèi)安放膨脹止水條，澆筑后澆塊混凝土。端面混凝土強度至少應達到10 MPa才能保證切不破壞槽，且要求槽面平整。然而，這種安裝方法在實際施工中很難達到預期效果。因為一般洞內(nèi)混凝土要達到要求的切槽強度10 MPa，凝期為2～3 d。由于施工條件限制或出于工期及施工成本方面考慮，洞內(nèi)混凝土襯砌一般施工順序為從遠端某位置向洞口逐倉段后退澆筑，不可能等待2～3 d再安裝下一模模板，因此一般在混凝土未達到該強度時便需要固定膨脹止水條。通常采用水泥釘釘于先澆塊，因此止水條的固定不夠牢固，后澆塊混凝土澆筑時，在混凝土較大推擠力的作用下，膨脹止水條多出現(xiàn)移動。由于要求鋼筋穿過施工縫面，端頭模板一般采用小塊木方拼裝，使安裝膨脹止水條端面不平整。此外，隧洞襯砌混凝土一般采用泵送澆筑，混凝土中含有多余水份或縫面附近本身就有滲、涌水，膨脹止水條在后澆塊混凝土澆筑過程中已經(jīng)部分或完全遇水膨脹；雖然設計要求對施工縫面進行鑿毛處理，但根據(jù)筆者觀察，一般縫面新老混凝土面均有細小縫隙，因此施工縫間設置遇水膨脹止水條效果不大。

變形縫滲水的主要原因還是未能正確設置防、排水措施，且剛澆筑的混凝土不具備擋水性能。

4 襯砌后滲水處理措施及效果

若隧洞襯砌混凝土施工完成后有滲、涌水，一般希望在隧洞回填、固結(jié)灌漿階段解決，即通過滲水點附近的設計灌漿孔或加孔灌漿堵水，若再遇滲水則采用化學灌漿處理。現(xiàn)場實際情況表明，這些處理方法往往花費較高且效果不佳。

4.1 設計范圍回填灌漿及固結(jié)灌漿處理效果

水工隧洞襯砌后一般設計要求進行回填及固結(jié)灌漿?；靥罟酀{處理范圍為頂拱120°區(qū)域，每環(huán)1～2孔梅花形布置，通常環(huán)距3 m，灌漿壓力0.3 MPa；固結(jié)灌漿孔一般也是3 m間排距，梅花形布置，灌漿壓力0.5 MPa；兩種灌漿通常采用純水泥漿液。目前這兩項灌漿孔數(shù)有限，孔位有嚴格孔位偏差要求（一般不能隨便移動），灌漿壓力又小，無法兼顧堵水。此外，由于目前水工隧洞的固結(jié)灌漿以灌漿長度計量，且施工單位灌漿項目投標單價一般較低，加上灌漿工程的專業(yè)性、隱蔽性強，若灌漿監(jiān)理人員不熟悉灌漿工藝或責任心不強，就會導致未按設計要求施工。對于襯砌混凝土表面的片狀滲水，無法大面積鉆孔灌漿，以免破壞襯砌結(jié)構(gòu)。因此，回填及固結(jié)灌漿施工難以兼顧隧洞滲水處理。

4.2 目前的水工隧洞滲、涌水處理措施

若回填、固結(jié)灌漿完成后仍有滲、涌水，則認為是施工質(zhì)量缺陷，要求施工單位必須及時處理以達到驗收條件。施工方通常會接受處理要求，但如果業(yè)主不支付相應費用，滲水處理往往半途而廢。

通常大的滲涌水采用純水泥漿液灌注，細小的滲水則采用化學灌漿處理，縫面滲水則是沿縫兩側(cè)鉆孔灌漿，堵住水后需對表面采用環(huán)氧砂漿等處理。工程實踐表明，單點滲、涌水處理效果明顯，線狀、片狀滲水效果差，且需要投入大量的人工、材料等資源?；瘜W灌漿能起到很好的止水作用，但不能完全止住滲水，且化學灌漿往往費用較高。因此，襯砌混凝土澆筑后灌漿堵水效果事倍功半。例如，某水利水電工程其泄洪洞（見圖2）、放空洞、引水發(fā)電洞均進行了長時間的缺陷處理，其中泄洪洞缺陷處理從10月到次年4月份，950 m的隧洞處理費用超過400萬元才通過驗收。因此，單獨布孔堵水灌漿處理費用往往較高且效果不佳，尤其是化學灌漿。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

（1）由于地質(zhì)原因及受開挖施工影響，多數(shù)隧洞開挖后洞壁有滲水。

（2）目前水工隧洞襯砌設計中多無專項防排水措施設計，襯砌施工中臨時排水措施難以達到預期效果，導致了水工隧洞襯砌后洞內(nèi)多有滲水。

圖2 泄洪洞采用環(huán)氧膠泥進行襯砌混凝土表面缺陷處理及化灌

（3）水工隧洞襯砌后洞壁滲水，造成的危害較多，后果嚴重。

（4）一旦襯砌后洞壁滲水，處理滲水所需的資源投入相對較大，處理費用較高。對于襯砌前洞壁滲水，在混凝土澆筑前處理則相對經(jīng)濟，效果較好。

5.2 建議

為了切實減少襯砌混凝土滲水，提高隧洞襯砌混凝土施工質(zhì)量，提出如下建議。

（1）設計單位應充分認識防排水措施設計的重要性。高度重視隧洞開挖后洞壁滲涌水問題，在襯砌混凝土設計的同時提出可行的設計處理措施或根據(jù)洞壁滲涌水情況作專項設計，這是節(jié)約資源與費用的最佳途徑。

（2）隧洞滲水處理措施設計宜采取防排相結(jié)合的原則，即在隧洞底部設置縱向排水管；邊頂拱設置防水板，防水板下端匯集滲水后引向中央排水管。為了使水工隧洞襯砌混凝土與圍巖緊密接觸、共同受力，同時節(jié)約投資，可采取局部即只在滲水位置設置防水板的措施。只在滲涌水部位設置防水布對襯砌混凝土與圍巖共同受力影響不大。有滲水的位置即使不設置防水板，混凝土也不能與基巖很好膠結(jié)。

（3）作為永久建筑的隧洞特別是輸水隧洞不宜采用膨脹止水條止水，應采用橡膠止水帶或銅片止水，且必須有可行的固定措施；縫面止水措施應與洞壁防水措施相結(jié)合，共同發(fā)揮作用。

（4）建議修改現(xiàn)行水工隧洞設計規(guī)范相關內(nèi)容，將防水措施設計作為必要設計項目，同時作為永久結(jié)構(gòu)工程，環(huán)向施工縫宜參照結(jié)構(gòu)縫設置止水措施。