論鐵路隧道滲水病害對襯砌結(jié)構(gòu)的影響及治理方案

王軍輝

（中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100081）

1 引言

由于鐵路隧道所處的地質(zhì)條件極其復(fù)雜，大部分都處于山體內(nèi)部，山體圍巖復(fù)雜多變，為防止出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌、冒頂、滲水事故，必須加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)防護(hù)，否則將造成巨大的人員和經(jīng)濟(jì)損失，這就對隧道設(shè)計(jì)和施工都提出了更加嚴(yán)格的要求。因此，設(shè)計(jì)人員和施工人員必須對隧道施工環(huán)境進(jìn)行提前預(yù)判，針對可能出現(xiàn)的事故提前做好預(yù)案，最大限度地降低損失。通過相關(guān)現(xiàn)場的實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，我國的許多相關(guān)工程都不同程度地面臨著滲漏水問題。因此，針對性地開展隧道滲漏水的專項(xiàng)防治技術(shù)研究就顯得尤為重要。

2 工程概況

某鐵路項(xiàng)目控制性工程為一座長度為1 421m 的隧道，施工結(jié)束后監(jiān)理部驗(yàn)收時發(fā)現(xiàn)了存在部分質(zhì)量缺陷：洞內(nèi)滲水進(jìn)入洞身襯砌結(jié)構(gòu)，在二襯混凝土施工縫周邊發(fā)現(xiàn)多條裂縫。因此，有必要對這些缺陷進(jìn)行修復(fù)后方可驗(yàn)收通過。

3 隧道滲漏水成因

通過對調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，隧道滲漏產(chǎn)生的主要原因有：客觀自然環(huán)境因素、設(shè)計(jì)及施工因素、防排水設(shè)計(jì)及襯砌完整性因素 3 大類【1】。

3.1 客觀自然環(huán)境因素

1）地表下面的圍巖情況非常復(fù)雜，種類變化較大，地表下方環(huán)境中的地下水狀況、巖石的構(gòu)成成分、穩(wěn)定性因素等，都會影響隧道穩(wěn)固性。

2）即便是完成開鑿工作的隧道，因?yàn)榈匦蔚淖兓?，周圍的巖石依然會受到影響。

3）規(guī)模較大的雨雪天氣也會產(chǎn)生不利影響。

4）滲水問題也非常突出。滲水問題通常發(fā)生在隧道途經(jīng)的斷層、溶洞、暗河等地帶。當(dāng)遇到大規(guī)模雨雪天氣而積水無法順利排出時，便會影響到防排水系統(tǒng)，出現(xiàn)漏水問題。

3.2 設(shè)計(jì)及施工因素

1）影響隧道滲水的問題中防排水體系的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，有些工程的設(shè)計(jì)忽略了自然天氣的影響，如排水如何應(yīng)對大規(guī)模降水的問題。

2）正式施工中遇到的問題：施工縫中止水帶缺陷問題；施工步驟與方式問題；工程設(shè)計(jì)與現(xiàn)場自然環(huán)境的差異問題；防水板的接茬處焊接不嚴(yán)密或在進(jìn)行模筑二襯時遭到損壞；其他排水設(shè)施中的管道有可能被封堵；相應(yīng)的控制及驗(yàn)收環(huán)節(jié)把控不當(dāng)。

3.3 防排水設(shè)施及襯砌完整性因素

1）隧道工程具有隱蔽性強(qiáng)、施工難度大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和施工不可能完全與周邊環(huán)境、地質(zhì)狀況相協(xié)調(diào)，這就會導(dǎo)致設(shè)計(jì)和實(shí)際建設(shè)存在差別，在對其進(jìn)行建設(shè)時應(yīng)結(jié)合實(shí)際，對某些關(guān)鍵性數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的調(diào)整和改進(jìn)，以應(yīng)對某些突發(fā)狀況，若處理不當(dāng)，極易產(chǎn)生隧道運(yùn)營滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。

2）防排水體系和襯砌的完整性是決定隧道滲漏的最直接因素。研究發(fā)現(xiàn)，所發(fā)生的滲水事件大部分都是由于排水溝被封堵導(dǎo)致的，其一旦被封堵則導(dǎo)致襯砌壁后排水不順暢，就會對隧道造成一定的水壓力，當(dāng)其作用在隧道上時，會使襯砌發(fā)生變形甚至產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致地下水進(jìn)入隧道。

4 鐵路隧道滲漏水對襯砌結(jié)構(gòu)的影響

4.1 監(jiān)控水壓力變化對襯砌結(jié)構(gòu)的影響

通過構(gòu)建單洞隧道計(jì)算機(jī)模型，模擬隧道拱頂、拱肩、邊墻等部位在中埋深地下水中的裂縫出現(xiàn)情況，可以在設(shè)計(jì)階段提前對可能出現(xiàn)的裂縫部位進(jìn)行驗(yàn)算，從而制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)場可實(shí)時觀察隧道內(nèi)二次襯砌上拱頂、左右拱腳和拱底、左右拱肩和邊墻的模擬變化情況。通過分析這些位置的裂縫出現(xiàn)情況和滲漏水水壓變化情況，可以得到隧道內(nèi)部的薄弱部位和由此產(chǎn)生的不良后果變化情況【2】。

通過現(xiàn)場測試結(jié)果，孔隙水壓力在隧道內(nèi)滲漏位置比未出現(xiàn)滲漏的位置明顯偏高。其中，右拱肩滲漏位置孔隙水壓力較未滲漏位置水壓高6.65%。同理，右邊墻隙水壓力高2.53%，右拱腳水壓力高0.44%。

4.2 滲漏水對襯砌結(jié)構(gòu)的其他影響

1）滲漏水導(dǎo)致隧道內(nèi)的襯砌表面水壓力增大，影響了隧道的安全性和穩(wěn)定性，局部的大面積積水將直接破壞其襯砌結(jié)構(gòu)【3】；

2）襯砌開裂、風(fēng)化更加嚴(yán)重，降低了隧道的使用年限；

3）滲透水嚴(yán)重腐蝕了襯砌中的水泥混凝土，降低了襯砌的承載力；

4）襯砌的凍脹裂損較多出現(xiàn)在溫度較低的嚴(yán)寒區(qū)域內(nèi)的隧道，由于其環(huán)境惡劣、溫度較低，該病害容易導(dǎo)致襯砌破裂；

5）當(dāng)隧道內(nèi)部的滲漏水由于溫度降低而結(jié)冰時，將會增大襯砌縫隙，出現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)掉落、失效的病害；

6）部分隧道地處山區(qū)內(nèi)，防排水設(shè)施主要以“半包式”為主，這種方式可以應(yīng)對壓力較小的孔隙水，當(dāng)降水過多、水壓過大時，就會造成襯砌的嚴(yán)重破壞。

5 隧道滲漏水的修復(fù)措施

隧道漏水縫隙處需按照“拱部封堵，邊墻疏排，以引為主，截堵相結(jié)合”的原則，同時結(jié)合漏水的位置、裂縫大小、水壓力情況等多項(xiàng)指標(biāo)，再選擇合適的修復(fù)材料進(jìn)行處置。

5.1 點(diǎn)狀滲漏水整治措施

在對襯砌裂縫整治過程中，首先需要對點(diǎn)狀滲漏水進(jìn)行有效處理，具體步驟為：

1）精確查找隧道內(nèi)部的滲漏點(diǎn)，做好其表面的清理工作，并為下一步工作做好標(biāo)記工作；

2）對滲漏點(diǎn)進(jìn)行鉆孔勘察，孔深在10～20cm，然后利用化學(xué)注漿頭埋設(shè)其中，同時用速凝混凝土對滲漏點(diǎn)進(jìn)行封堵；

3）在注漿管內(nèi)注入1MPa 以上壓力的清水進(jìn)行打壓，以檢測周邊襯砌位置是否仍然存在未檢測到的滲漏點(diǎn)，并做好封堵工作；

4）針對大面積滲透位置，可采用注漿法進(jìn)行堵截。注漿時壓力需達(dá)到0.5MPa 以上，并根據(jù)周邊地質(zhì)環(huán)境做好壓力調(diào)整工作。為快速有效地堵截滲透點(diǎn)，注漿材料需選擇聚合物化學(xué)漿，該材料具有黏聚力高、凝固速度快、施工方便等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)【4】。

5.2 噴射混凝土施工處理裂縫方案

1）錨噴的施工流程：清面鑿毛→鉆孔插桿→掛網(wǎng)→噴射混凝土；

2）受噴面清理和鑿毛：對將要加固的結(jié)構(gòu)面使用鋼刷進(jìn)行雜質(zhì)清理，使用鐵鑿和鐵錘開鑿出密度10.13 點(diǎn)/10cm2、深度0.5cm 的鑿毛面；

3）鉆孔和插入錨桿：該工序主要按照放樣、鉆孔、清孔、填孔、插錨桿的次序進(jìn)行施工；

4）掛鋼筋網(wǎng):對縱橫錨桿養(yǎng)護(hù)2d 后，即可進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)作業(yè)。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)時需按照先綁扎、后定位、再焊接的方法進(jìn)行施工；

5）噴射混凝土施工：噴射混凝土施工需在掛鋼筋網(wǎng)施工結(jié)束后進(jìn)行。該工序首先需要對鋼筋網(wǎng)用高壓水槍進(jìn)行大面積清洗，當(dāng)鋼筋網(wǎng)表面無明顯積水時，方可噴射混凝土。

5.3 開槽引排方案

1）清潔表面:清除襯砌混凝土表面的雜質(zhì)，以便在最短時間內(nèi)找到滲漏點(diǎn)；

2）割縫或鉆孔：對襯砌混凝土滲漏點(diǎn)切割出一個深度8cm、寬度6cm、間距2cm 左右的鉆孔；

3）人工開挖溝槽時需確保其完整性，溝槽防水層需達(dá)到23cm 以上，深度為8cm，采用倒梯形的結(jié)構(gòu)形式；

4）埋管：將直徑50mm 的彈簧連接到直徑50mm 的PVC管上，埋設(shè)在溝槽底部，用鐵皮進(jìn)行固定，以防止其脫落；

5）封填：使用橡膠止水條對埋管進(jìn)行封閉，之后在其上方填筑水泥砂漿；

6）當(dāng)封填的水泥砂漿強(qiáng)度達(dá)到相關(guān)規(guī)定時，可再次噴灑水霧進(jìn)行修復(fù)養(yǎng)護(hù)，之后按照1∶2 的比例鋪設(shè)普通砂漿；

7）養(yǎng)護(hù)：對水泥砂漿進(jìn)行一定溫度和濕度的養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間為2 周。

5.4 施工縫邊緣開裂處理

采用灌注水泥砂漿的方法，可有效降低施工縫邊緣裂縫對隧道二襯的進(jìn)一步破壞。

5.4.1 注漿所用材料及配合比

環(huán)氧樹脂砂漿配比：環(huán)氧樹脂∶水泥∶細(xì)砂∶乙二胺∶二丁酯=1∶1.6∶3.2∶0.1∶0.12。其確定和使用要先經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證合格性。

5.4.2 注漿工藝要點(diǎn)

1）壓力注漿系統(tǒng)布置：鉆孔的間隔距離需根據(jù)裂紋的方向、位置、深度等多種因素進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，其中，鉆孔深度需達(dá)到15cm 以上，間隔一般保持在0.5m 左右，施工時需注意禁止將襯砌打通；

2）預(yù)埋注漿嘴：注漿嘴的埋設(shè)需在裂縫擴(kuò)槽、清理工序結(jié)束之后進(jìn)行，其埋設(shè)的間距大小受裂縫寬度、方向、結(jié)構(gòu)形式等多種因素的影響；

3）封閉裂縫：環(huán)氧膠泥的主要作用是對裂縫的溝槽進(jìn)行填充，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況可靈活決定其加寬尺寸；

4）壓氣試漏檢測：環(huán)氧泥漿要想達(dá)到一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需靜置3h 以上才可使用，使用前需進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)檢測，以檢測其是否仍然存在空洞；

5）養(yǎng)護(hù)：養(yǎng)護(hù)需經(jīng)過24h 之后才可以產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，之后進(jìn)行注漿嘴拆除后還需靜置12h 才可進(jìn)行下一步驟。

6 結(jié)語

本文從自然因素、防排水系統(tǒng)的建設(shè)和完善等方面，對鐵路隧道內(nèi)的襯砌滲漏的原因進(jìn)行了簡要分析和討論。由滲漏產(chǎn)生的水壓力變化將導(dǎo)致襯砌的二次開裂和其他相關(guān)病害，產(chǎn)生了極大的安全隱患。針對這種情況，建議按照“疏、堵、排”的理念進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)和建造。