過(guò)江隧道滲漏水病害探查及治理技術(shù)研究

全強(qiáng) 秦旺

摘 要：由于過(guò)江隧道所處環(huán)境復(fù)雜多變，防水工程施工條件及質(zhì)量難以保證，滲漏水病害探查及治理成為隧道工程全壽命周期內(nèi)必須面對(duì)的挑戰(zhàn)之一。因此，本文在調(diào)研了隧道工程滲漏水病害探查及治理技術(shù)最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，探討了滲漏水類型及機(jī)理、運(yùn)營(yíng)期隧道滲漏水檢測(cè)技術(shù)與加固措施等，并指出目前研究中的不足并給出建議。結(jié)果表明：滲漏水病害誘發(fā)原因極其復(fù)雜，與水文地質(zhì)條件、防水工程、施工環(huán)境等有關(guān);滲漏水處治的主要方法是注漿封堵，但注漿材料不具備普適性。因此，需進(jìn)一步明確滲漏水類型與誘因的作用關(guān)系，研發(fā)高性能隧道滲漏水修復(fù)材料，形成適用于過(guò)江隧道的滲漏水防治方法及施工工藝等關(guān)鍵技術(shù)體系。

關(guān)鍵詞：隧道 ?滲漏水機(jī)理 ?檢測(cè) ?治理技術(shù)

Abstract： Due to the complex and changeable environment of river crossing tunnel， it is difficult to ensure the construction conditions and quality of waterproof engineering. So the detection and treatment of water leakage diseases become one of the challenges that must be faced in the whole life cycle of tunnel engineering. Therefore， in this paper， based on the investigation of the latest progress of water leakage disease detection and treatment technology in tunnel engineering， water leakage type and mechanism， water leakage detection technology and reinforcement measures in operation period are discussed， and the deficiencies in current research are pointed out and suggestions are given. The results show that the causes of water seepage are very complicated， which are related to hydrogeological conditions， waterproof engineering and construction environment. The main treatment method of seepage water leakage is grouting， but the grouting material is not universal.Therefore， it is necessary to further clarify the relationship between water leakage types and inducements， develop high-performance tunnel water leakage repair materials， and form key technology systems such as water leakage prevention methods and construction technology suitable for river tunnel.

Key Words： Tunnel; Leakage mechanism; Detection; Management technology

1 隧道滲漏水病害分類

1.1 按滲漏形式分類

隧道工程的滲漏水災(zāi)害根據(jù)形式可劃分為點(diǎn)滲漏、縫滲漏和面滲漏。點(diǎn)滲漏的滲漏面積較小，各點(diǎn)之間相對(duì)獨(dú)立，彼此之間未連成線狀或面狀;縫滲漏多指變形縫、施工縫和結(jié)構(gòu)混凝土裂縫處出現(xiàn)的滲漏，這種滲漏部位清晰、滲漏水比較集中，且滲透點(diǎn)已連接成線;面滲透的滲透部位面積較大，現(xiàn)象較普遍，滲透線已連接成面，其大部分由壁后空洞引起。

1.2 按滲漏水流量分類

按照滲漏水流量，隧道工程滲漏水可分為濕漬、滲水、水珠、滴漏和涌水。濕漬的特點(diǎn)為襯砌內(nèi)表面或地下建筑結(jié)構(gòu)表面呈現(xiàn)出色澤明顯變化的潮濕斑;滲水的特點(diǎn)為地下水或地表水從隧道襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)表面或地下建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)表面滲出，可觀察到明顯的流掛水膜現(xiàn)象;水珠的特點(diǎn)為懸垂在襯砌內(nèi)表面頂板或地下建筑結(jié)構(gòu)頂板的水滴，其滴落間隔超過(guò)1min;滴漏的特點(diǎn)為襯砌內(nèi)表面拱頂或地下建筑結(jié)構(gòu)頂板滲漏水的滴漏速度每分鐘至少1滴;涌水屬于嚴(yán)重滲漏，存在較大水壓，并可同時(shí)見(jiàn)水頭、水柱或漏泥沙現(xiàn)象，其特點(diǎn)為滲漏水呈線狀或噴泉狀。

1.3 按滲漏水發(fā)生部位分類

按照滲漏水發(fā)生的部位，地下建筑工程滲漏水可分為頂板滲漏、側(cè)墻滲漏、底板滲漏、變形縫滲漏、施工縫滲漏等;隧道工程滲漏水可以分為拱頂滲漏、側(cè)墻滲漏、仰拱滲漏、掌子面滲漏等。

2 隧道滲漏水病害產(chǎn)生機(jī)理.

通過(guò)系統(tǒng)調(diào)研隧道工程滲漏水病害產(chǎn)生機(jī)理研究現(xiàn)狀，結(jié)合大量經(jīng)典隧道滲漏水案例具體分析，將運(yùn)營(yíng)期隧道滲漏水病害的形成原因主要?dú)w納為4個(gè)方面，分別是水文地質(zhì)因素、設(shè)計(jì)因素、施工因素和使用環(huán)境因素[1-3]

2.1 水文地質(zhì)因素

隧道運(yùn)營(yíng)期間，襯砌所處地應(yīng)力、地下水壓力、構(gòu)造活動(dòng)情況及環(huán)境溫度變化等原因是造成襯砌破損的根本原因之一。由于隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，襯砌所受應(yīng)力不斷變化，特別是存在斷層破碎帶等構(gòu)造區(qū)域，應(yīng)力變化更為顯著，當(dāng)?shù)叵滤M(jìn)入構(gòu)造后，受溫度影響極易出現(xiàn)干濕交替和凍融現(xiàn)象，產(chǎn)生膨脹或干縮應(yīng)力集中區(qū)域[4]。因此，當(dāng)隧道穿越含水量豐富、水壓力高的地層或巖層時(shí)，地下水往往從巖體結(jié)構(gòu)面、斷裂面、裂隙帶、溶洞及其他不良地質(zhì)區(qū)域涌出。襯砌多在上述多種因素產(chǎn)生的應(yīng)力作用下破損嚴(yán)重，導(dǎo)致滲漏水發(fā)生。

2.2 設(shè)計(jì)因素

隧道襯砌厚度和強(qiáng)度設(shè)計(jì)不足，未充分考慮極端地質(zhì)條件下對(duì)襯砌的技術(shù)要求，特別是在侵蝕性較強(qiáng)的地下水作用下襯砌極易開(kāi)裂破損。此外，未根據(jù)工程特點(diǎn)、環(huán)境條件、地下水壓力大小及來(lái)源等信息選擇防水材料，或者對(duì)所選防水材料的基本特性了解不清。防水材料不合格會(huì)導(dǎo)致防水材料耐水性差、吸水率高、壽命短。

2.3 施工因素

施工因素對(duì)滲漏水病害的影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即施工工藝不達(dá)標(biāo)及施工擾動(dòng)。施工工藝不達(dá)標(biāo)是隧道及地下工程滲漏水的重要原因，主要體現(xiàn)在5個(gè)方面[5]：（1）未按規(guī)范要求進(jìn)行施工，隧道的襯砌防水能力差、洞內(nèi)排水設(shè)施埋深不夠;（2）結(jié)構(gòu)地基處理不當(dāng)，在自重作用下產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)底板、邊墻開(kāi)裂;（3）混凝土結(jié)構(gòu)、施工縫、變形縫和穿墻管等特種部位未按照設(shè)計(jì)要求與程序進(jìn)行施工;（4）成品保護(hù)不到位;（5）細(xì)部做法錯(cuò)誤。

施工擾動(dòng)對(duì)隧道涌水的影響程度與施工方法及支護(hù)參數(shù)有關(guān)，一般情況下，采用分部開(kāi)挖法等對(duì)圍巖擾動(dòng)較小的隧道開(kāi)挖方法有利于減小隧道涌水的危害[6-7]。

2.4 使用環(huán)境因素

使用環(huán)境因素對(duì)滲漏水病害的影響體現(xiàn)在，隧道工程及地下工程在服役期間可能會(huì)遭遇暴雨、地震、臺(tái)風(fēng)、干濕循環(huán)、晝夜溫差大等不可抗力，會(huì)造成防水層破損和建筑物破損。此外，氣象狀況的改變，包括降雨、溫差及其他氣象現(xiàn)象，對(duì)隧道涌水量也有著重要影響。[8]

3 隧道滲漏水病害檢測(cè)與治理

3.1滲漏水病害檢測(cè)方法分類

總體上，滲漏水病害檢測(cè)方法可分為傳統(tǒng)檢測(cè)法和快速無(wú)損檢測(cè)法兩大類。3.1.1 傳統(tǒng)檢測(cè)法

隧道滲漏水的傳統(tǒng)檢測(cè)法是指以人工巡檢的方式，采用目測(cè)、量測(cè)、拍攝等人工手段采集信息、處理數(shù)據(jù)，以定性判斷滲漏水情況。

3.1.2 快速無(wú)損檢測(cè)法

目前，隧道滲漏水的快速無(wú)損檢測(cè)法主要包括紅外成像法、溫度梯度法、電導(dǎo)率法、地面激光掃描法和地質(zhì)雷達(dá)法等;除此以外，回彈法、沖擊回波法、超聲波法和閉合回路成像法等也可用于隧道滲漏水的無(wú)損檢測(cè)[9]

3.2 運(yùn)營(yíng)期隧道滲漏水病害治理技術(shù)

國(guó)內(nèi)隧道滲漏水病害治理的方法主要有結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法、拆除重建法和注漿加固法等。[10-12]

（1）結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法采用堵塞表面孔隙、涂膜防水層等方式修補(bǔ)襯砌的缺陷，從而提高其抗?jié)B性。

（2）拆除重建法是指新建襯砌結(jié)構(gòu)，置換掉滲漏水、開(kāi)裂等病害區(qū)段的襯砌。（3）注漿加固法通過(guò)注漿減小圍巖滲透系數(shù)，形成隔水圈，填充襯砌背后的空腔，以及變形縫、施工縫等薄弱部位，從而彌補(bǔ)防水層的不足。

4 結(jié)論與展望

4.1結(jié)論

（1）隧道及地下工程滲漏水可根據(jù)滲漏形式、滲漏水流量滲和漏水發(fā)生部位分為不同類型;不同類型的滲漏水可能具有不同的誘發(fā)原因，因此應(yīng)具體問(wèn)題具體分析。一般而言，隧道及地下工程滲漏水誘發(fā)原因可概括為水文地質(zhì)條件因素、設(shè)計(jì)因素、施工因素、使用環(huán)境因素及服役期的綜合誘發(fā)因素。

（2）傳統(tǒng)檢測(cè)法已無(wú)法滿足滲漏水檢測(cè)對(duì)高精度、高效率和無(wú)損的要求。滲漏水快速無(wú)損檢測(cè)法順應(yīng)發(fā)展要求，應(yīng)用前景廣闊，正朝著智能化、輕巧化和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等方向發(fā)展。

4.2展望

（1）提高隧道及地下工程運(yùn)營(yíng)期滲漏水等病害無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的智能化、信息化和實(shí)時(shí)化水平。進(jìn)一步擴(kuò)充隧道滲漏水病害數(shù)據(jù)庫(kù)，拓展設(shè)計(jì)病害特征，降低非病害因素對(duì)數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)精確度的不利影響。

（2）加大滲漏水治理新方法、新工藝、新材料的理論及試驗(yàn)研究力度。目前注漿理論研究嚴(yán)重滯后于工程實(shí)踐，已有的預(yù)測(cè)漿液擴(kuò)散范圍的理論無(wú)法反映漿液的真實(shí)擴(kuò)散情況，導(dǎo)致注漿參數(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制，因此需要進(jìn)一步研究完善。

（3）根據(jù)滲水成因、滲漏水量、水害位置等信息進(jìn)行研究篩分，科學(xué)地對(duì)滲漏水害進(jìn)行類型劃分。研發(fā)滲漏水表層及內(nèi)部情況的快速識(shí)別方法，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)過(guò)江隧道滲漏水情況的快速識(shí)別和日常巡檢。

（4）系統(tǒng)調(diào)研水泥基材料、高分子乳液、防水涂料等治理材料的性能特點(diǎn)，針對(duì)過(guò)江隧道滲漏水害特點(diǎn)，研發(fā)或改良適用于運(yùn)營(yíng)隧道滲漏水新型治理修復(fù)材料及其工藝技術(shù)，調(diào)研篩選出相應(yīng)的注漿治理設(shè)備。

（5）為避免注漿量過(guò)多造成的浪費(fèi)以及可能造成的變形過(guò)大等二次病害，應(yīng)發(fā)展注漿實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋調(diào)整技術(shù)，實(shí)現(xiàn)注漿精細(xì)化控制。

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