電防滲新技術(shù)在隧道滲漏水處治中的應(yīng)用研究

馮勇 朱小明 杜誠誠

（1 甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030；2 甘肅暢隴公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730203）

0 引言

近年來隨著國家“交通強(qiáng)國”的戰(zhàn)略部署，隧道工程修建里程不斷增加，隧道病害也隨之頻發(fā)[1]，據(jù)交通運(yùn)輸部有關(guān)部門統(tǒng)計：我國約有30%左右公路隧道存在嚴(yán)重的滲漏水病害[2]。滲漏水病害會加速區(qū)域圍巖、襯砌劣化，增加圍巖壓力，誘發(fā)襯砌背后空洞，高寒地區(qū)還會造成襯砌反復(fù)凍融劣化、附加圍巖凍脹力、襯砌掛冰、路面結(jié)冰，嚴(yán)重影響隧道結(jié)構(gòu)及行車安全。如何有效可靠處治隧道滲漏水病害這一“老生常談”話題再次到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注[3-4]。

傳統(tǒng)的隧道滲漏水處治多為注膠封堵、埋管引排，施工便捷，但病害經(jīng)一段時間后容易復(fù)發(fā)，寒區(qū)隧道復(fù)發(fā)率更是高達(dá)90%以上；而另一種處治方案—防排水系統(tǒng)的重建恢復(fù)，需要拆除隧道既有結(jié)構(gòu)，施工風(fēng)險大，費(fèi)用高，對周邊交通影響大[5]；本文以甘肅某座寒區(qū)隧道滲漏水病害頑疾為依托，通過現(xiàn)場踏勘、資料收集分析，針對性提出了“埋管引排+電防滲新技術(shù)”綜合處治方案，經(jīng)后期追蹤，完工后兩年內(nèi)未見病害復(fù)發(fā)。

1 工程概況

病害隧道位于甘肅省境內(nèi)高速公路上行線，隧道原設(shè)計為雙向四車道，設(shè)計車速為80Km/小時，建筑限界凈寬10.25m，凈高5m。隧道上行線全長6333m，于2012年建成通車。

隧道南段屬山地地貌單元，山體呈西東走向，山脊南側(cè)坡較為平緩，北側(cè)坡較為陡峻，海拔高度2410.52～2733.94m，相對高差約323.42m；隧道北段屬古豐灘臺地地貌，山勢平緩，海拔高度2560～2280，相對高差約280m。隧址區(qū)地層復(fù)雜，巖性多變，從上到下依次為第四系全新統(tǒng)沖洪積層、碎石土、角礫巖、變質(zhì)砂巖、板巖和泥巖，圍巖整體破碎松散，屬極軟巖。按巖性、地下水出露情況、富水性推測地下水以孔隙、裂隙及構(gòu)造破碎帶層賦水為主，水位線不連續(xù)、變化大，富水性弱，地下水位不穩(wěn)定。經(jīng)對隧址區(qū)的地下水取樣進(jìn)行水質(zhì)簡分析，水的PH值為7.94～8.23，不含侵蝕性CO2，隧址區(qū)地下水對混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

隧道襯砌結(jié)構(gòu)采用新奧法原理設(shè)計，病害段初期支護(hù)采用26cm厚C25噴射混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)I20b型鋼拱架，二次襯砌采用50cm厚C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共同組成永久性承載結(jié)構(gòu)。兩次襯砌間設(shè)復(fù)合式防水板，環(huán)向透水軟管，二次模筑外拱腳設(shè)縱向排水盲溝，通過橫向排水盲溝將水引排至中心水溝排出隧道，見下圖1。

圖1 隧道病害段原防排水系統(tǒng)構(gòu)造圖

2 隧道滲漏水狀況

隧道滲漏水病害主要出現(xiàn)在8號車行橫洞附近，管養(yǎng)單位進(jìn)行了多次常規(guī)處理，包括注膠封堵、埋管引排，但維修效果、耐久性均不盡人意。病害表現(xiàn)為主洞右側(cè)拱腰邊墻施工縫滲漏水、局部涌流，滲水沿著路面縱橫坡向古浪端洞口流竄，冬季路面易結(jié)冰，見下圖2-圖3，洞內(nèi)行車安全存在較大影響，可能會危及隧道結(jié)構(gòu)安全。

圖2 襯砌右側(cè)拱腰滲漏水

圖3 滲漏水沿主洞路面竄流

3 病因分析

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，結(jié)合隧道實(shí)際病害，認(rèn)為隧道滲漏水病害主要有以下幾點(diǎn)：

1）根據(jù)原設(shè)計地質(zhì)縱斷面，病害段隧道洞身巖體為圓礫土層，局部有地下水，透水性較強(qiáng)，且該段隧道埋深較淺，地表水容易下滲，見圖4；

2）隧道施工中防水系統(tǒng)施做不到位，防水板搭接焊質(zhì)量較差，止水帶熱熔焊接不嚴(yán)密等原因，兼之材料老化，導(dǎo)致原隧道整體防水系統(tǒng)薄弱，地下水最終通過“三縫”等薄弱處滲出。

3）隧道處于季節(jié)性凍土區(qū)，運(yùn)營多年來，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增大，混凝土力學(xué)性能逐漸降低，破壞混凝土的使用性能，在圍巖有水的情況下可能引起隧道洞內(nèi)滲漏水。凍融破壞主要是因?yàn)樵谀骋粌鼋Y(jié)溫度下，水結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹，過冷水發(fā)生遷移，引起各種壓力，當(dāng)壓力超過混凝土能承受的應(yīng)力時，混凝土內(nèi)部孔隙及微裂縫逐漸增大，擴(kuò)展并互相連通，強(qiáng)度逐漸降低，造成混凝土破壞。

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4 處治方案

病害隧道位于國家高速網(wǎng)，是甘肅省境內(nèi)重要的交通要道，附近可繞行路線較長、等級較低、路況一般，大型車輛通行存在一定的危險及困難。故而在確保處治方案可靠有效的基礎(chǔ)上，必須對既有交通的影響降到最低，經(jīng)過多種方案的比選分析，最終采用了“埋管引排+電防滲新技術(shù)”的綜合處治方案。

4.1 方案設(shè)計

1）滲水段通過中心水溝檢查井疏通中心水溝，保證隧道中心水溝排水通暢。

2）滲水施工縫、變形縫及沉降縫鑿槽引排處治：①沿襯砌滲水施工縫、變形縫、沉降縫及集中滲水裂縫于襯砌表面切槽，切槽大小以剛好能安裝φ50半圓透水管為宜，位置根據(jù)滲水縫位置或裂縫擴(kuò)展位置靈活布置；②在開槽內(nèi)沿環(huán)向每隔3m鉆設(shè)h=3m的φ42泄水孔，用高壓空氣吹洗干凈切槽內(nèi)碎渣、灰塵；③于滲水處拱墻部位設(shè)置φ50半圓透水管作為環(huán)向排水，將其引排入墻腳電纜溝內(nèi)新增設(shè)的φ116縱向排水管，縱向排水管通過路面下φ116橫向排水管將水排入中心水溝檢查井。半圓透水盲管根據(jù)原襯砌混凝土滲水情況設(shè)置，切槽及布設(shè)盲管應(yīng)結(jié)合滲漏水及裂縫情況調(diào)整實(shí)際位置。安裝時應(yīng)注意按照先拱部后兩側(cè)的順序進(jìn)行，接茬部位是下節(jié)壓上節(jié)，長度為10-15cm。在埋管外側(cè)涂刷封邊膠，兩側(cè)壁原二襯混凝土與水泥砂漿交接處刷界面膠。

3）MPS電防滲阻水層：先對滲漏水施工縫、裂縫采用引排封堵的情況下，然后用鈦合金屬絲在混凝土表面布設(shè)形成正極系統(tǒng)（縱向間距80cm），用銅棒（根據(jù)現(xiàn)場情況靈活布設(shè)，縱向間距不大于30m）在隧道結(jié)構(gòu)外水體中布置形成負(fù)極系統(tǒng)，從而形成并聯(lián)回路，在由控制裝置連續(xù)施加低壓正負(fù)脈沖電流將水電離。混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分子被電離后有規(guī)律的向負(fù)極方向永無休止地移動，使得混凝土結(jié)構(gòu)保持永久的干燥狀態(tài)，見圖5。

4）恢復(fù)襯砌涂裝。

4.2 電防滲技術(shù)施工

1）施工流程

現(xiàn)場勘查→斜縫注膠處治明顯滲漏出水點(diǎn)→布設(shè)電防滲技術(shù)正負(fù)極線路→通過中央控制箱將正負(fù)極閉合→中央控制箱接入隧道電源控制箱→調(diào)試運(yùn)行→堵漏完畢→質(zhì)量檢驗(yàn)，見下圖6。

圖5 電防滲滲漏水處治平面布設(shè)圖

圖6 電防滲滲漏水處治施工步驟圖

2）施工注意事項(xiàng)

①電防滲系統(tǒng)施做前，須對施工縫、裂縫滲漏水引排封堵或注膠封閉；

②電防滲系統(tǒng)正極為鈦合金金屬絲，布設(shè)于二次襯砌內(nèi)表面，注意金屬絲與襯砌內(nèi)鋼筋保持不能連通（保持絕緣距離5cm）；負(fù)極為φ14銅棒，穿透襯砌布設(shè)于圍巖內(nèi)不小于1.0m，縱向間距按不大于30m控制；

③電防滲系統(tǒng)施做后需保證隧道內(nèi)持續(xù)供電，當(dāng)遇不可抗力因素導(dǎo)致隧道內(nèi)停電時，應(yīng)及時打開控制箱內(nèi)的開關(guān)；

④電防滲系統(tǒng)使用220V交流電壓，輸出直流電壓32-36V，對人體和結(jié)構(gòu)不造成危險，100-1200m2面積耗電量為0.2-0.3度/天；

⑤電防滲系統(tǒng)施做建議由有施工經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行施工。

5 結(jié)語

本文結(jié)合通過現(xiàn)場踏勘、資料收集分析，揭示了隧道病害的主要原因，通過方案比選，最終采用“埋管引排+電防滲新技術(shù)”的綜合方案對隧道滲漏水頑疾進(jìn)行處治。通過完工后近兩年追蹤，原滲漏水病害再未見復(fù)發(fā)，為同類病害隧道維修處治提供了重要的參考價值。