某小半徑隧道滲漏水病害整治

李金標，彭昌翠，袁 丁

（四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610000）

1 引言

滲漏水病害是隧道的通病，據(jù)統(tǒng)計，運營隧道中約30%以上存在襯砌開裂、滲漏水等病害[1]。襯砌裂縫以環(huán)形裂縫為主，縱向、斜向裂縫次之。裂縫成因受施工條件、圍巖蠕變松弛、溫度、車輛撞擊等復雜因素的影響，環(huán)形裂縫多為非荷載裂縫，縱向、斜向裂縫多為荷載裂縫[2]。地下水沿裂縫滲漏進入洞內(nèi)，導致襯砌進一步開裂，隧底裂損、下沉與翻漿冒泥[3]，降低襯砌承載力，對機電設備造成腐蝕，縮短使用壽命，增加維修費用[4]；同時洞內(nèi)惡劣的運營環(huán)境，極易誘發(fā)車禍。隨著交通強國戰(zhàn)略的實施，滲漏水病害的處置愈發(fā)重要，并向常態(tài)化發(fā)展[5]，因地制宜、合理的選擇整治方案，對提高隧道服務水平、延長隧道服務年限、保證行車安全等具有非常重要的意義。以老山梁子隧道為例，分析研究低線形指標、滲漏水病害處置的原則及選取的措施，研究成果可為同類工程提供參考。

2 工程概況

2.1 隧道線形指標

老山梁子隧道位于G42滬蓉高速公路廣鄰段，隧道平面如圖1所示，2000年12月通車。

圖1 老山梁子隧道平面圖

2.2 隧道工程地質(zhì)條件

隧道穿越NE 向脊狀山嶺，屬構(gòu)造剝蝕低山地貌；出露三疊系須家河組（T3xj）、侏羅系珍珠沖組（J1zh）、自流井組（J2z）、興田溝組（J2x）等砂巖、泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)砂巖、長石砂巖夾煤層、灰?guī)r等及第四系全新統(tǒng)松散堆積層；洞身處于川東褶皺帶華鎣山復式背斜中段寶頂背斜西翼，為單斜構(gòu)造，如圖2所示。巖層產(chǎn)狀290°～312°，∠65°～∠79°，發(fā)育多組節(jié)理。

圖2 隧道工程地質(zhì)縱斷面圖

地下水主要為碎屑巖裂隙水，賦存于各套地層砂巖層中，以裂隙和層間含水為主，受泥巖層隔離，無隧洞軸線縱向的水力聯(lián)系；地下水接受沿山脊走向的砂巖層降雨入滲補給，層內(nèi)或裂隙賦存、運移。因此，砂巖層出露洞段是隧道開挖中出現(xiàn)地下水相對較集中的地段，但巖層傾角陡，脊狀山嶺匯水條件差，補給來源有限，水量不大。地下水對混凝土有微腐蝕性。

2.3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)及施工期變更

隧道按新奧法進行設計，洞身采用復合式襯砌，初期支護為錨噴聯(lián)合支護，二次襯砌為模筑C20、C25 混凝土，見表1。洞口段為鋼筋混凝土襯砌。地下水通過盲管導入縱向軟式透水管，每隔30m 通過橫向排水管排入排水邊溝。路面水通過每隔30m集水坑排入Φ300鑄鐵排水管。

表1 支護參數(shù)表cm

施工過程中曾發(fā)生多次局部小塌方，左洞鄰水洞端曾發(fā)生冒頂大塌方，左右洞各通過一次溶洞和兩次煤層采空區(qū)。鄰水洞端存在三處小煤窯采空區(qū)，后進行片石回填、注漿，并在邊墻和行車道板下分別現(xiàn)澆鋼筋砼托梁和鋼筋砼板加固處理。洞頂坍落段為ZK26+022～ZK26+034、YK26+058～YK26+081、YK26 +334.089～YK26+357.089。該隧道長約800m，施工期圍巖類別變更達29次，占建安費的89.7%[6]。

2000年通車后，該隧道經(jīng)過十余年的運營，大量施工縫開裂，并產(chǎn)生了一些結(jié)構(gòu)性裂縫和路面裂縫，洞內(nèi)滲漏水病害比較嚴重。滲漏水漫流路面，攜帶粘土干燥后形成大量灰塵。大面積滲漏水對二襯混凝土耐久性、小半徑隧道的運營安全等帶來不利影響。

3 前期病害整治及效果評價

3.1 2010年病害整治措施

運營十余年間除每年定期養(yǎng)護外（以清理垃圾及車禍后局部修補為主），2010 年，養(yǎng)護單位根據(jù)檢測報告[7]對老山梁子隧道的滲漏水、結(jié)構(gòu)性病害等問題進行方案設計和加固施工[8，9]。主要措施如下：

①結(jié)構(gòu)性病害處置。

對進出口段結(jié)構(gòu)性裂縫縱橫交錯的段落（評價為1A、2A的襯砌段落）先進行滲漏水整治，再嵌套輕軌噴砼套拱，最后邊墻瓷磚鑲嵌。

②路面病害處置。

對出現(xiàn)貫通裂縫、交叉裂縫、板塊破碎路面病害的段落整體更換路面板塊，對未貫通的輕微路面裂縫進行裂縫修補，修補主要采用壓縮空氣配特制噴嘴及細鐵絲鉤子等工具，掏出裂縫中泥土等雜物，然后環(huán)氧樹脂直接灌注。對處于下坡的左線廣安端洞口至洞身400m范圍路面微表處，提高路面抗滑阻力。

③滲漏水病害處置。

對拱部滲漏水裂縫刻槽封堵，對面狀滲水部位直接涂刷KT1 高效防水材料；邊墻鉆孔將墻背水引入電纜溝；局部地段在路面底增設矩形排水溝，未增設水溝地段清通路側(cè)排水管；路面涌水地段或板塊破碎地段在路面板下增設排水盲溝，將地下水引入路側(cè)矩形水溝或原路側(cè)排水管；通過路面底排水管及電纜溝排水溝將地下水排出洞外。

3.2 滲漏水病害現(xiàn)狀及整治效果評價

根據(jù)2014年定檢報告[9]及詳細的現(xiàn)場調(diào)查，形成洞身病害特征展示圖，如圖3 所示，以逐樁描述洞身工程地質(zhì)條件、病害特征、既有處置措施、技術狀況評定等。

圖3 隧道洞身病害特征展示圖

老山梁子隧道洞內(nèi)襯砌裂縫在邊墻、拱腰及拱頂均有發(fā)育，以環(huán)向裂縫為主，多出現(xiàn)在邊墻，基本呈微裂縫或微張開形態(tài)，施工縫開裂也很普遍。裂縫多伴有滲漏水甚至析出黑色物質(zhì)。具體病害現(xiàn)狀及處置效果如下：

①套襯及鋼拱架噴漿整體效果較好。

處置位置為縱向裂縫、橫向裂縫較發(fā)育，滲水較多，處置斷面滲漏水得到有效控制，但封堵之后，水顯示出遷移性，在邊角及附近施工縫位置滲出，如圖4所示。

圖4 套襯邊角滲漏水

②結(jié)構(gòu)性裂縫治理效果較好。

左洞結(jié)構(gòu)裂縫11處，長約20.2m，寬度為0.11mm～0.58mm；右洞結(jié)構(gòu)裂縫8 處，長約12.8m，寬度為0.10mm～0.40mm，采用抹面、刻槽封堵，治理效果較好，特別是拱頂部位，多數(shù)未見再次滲水跡象，如圖5所示。

圖5 結(jié)構(gòu)性裂縫治理效果

③施工縫采用以堵為主的措施處置，效果較差。

左洞治理77 處，未再次滲水23 處，再次滲水干水印44 處，濕水印或滴水10 處，其中全縫未達到治理效果共14處，如圖6所示。右洞治理64處，未再次滲水13處，干水印42 處，濕水印或滴水9 處，其中全縫未達到治理效果共17處。

圖6 施工縫仍在滲漏水

④邊墻角泄水孔排水。

尚在流水孔左洞27 處，右洞9 處，孔口多析出黃泥、黑泥堆積檢修道蓋板，如圖7 所示，孔徑小，塑料材質(zhì)易損，泄水管與鉆孔未緊密結(jié)合，從管周漏水。約1/3孔口無流水或流水后干痕跡，即未能有效排水。

圖7 邊墻腳泄水孔析出黃泥

4 滲漏水病害原因分析

老山梁子隧道滲漏水病害的具體特征受其獨特的地質(zhì)環(huán)境、施工設計等因素影響。襯砌裂縫主要包括環(huán)向裂縫、斜向裂縫。根據(jù)設計、施工、運營、管養(yǎng)檢測等全階段時間序列資料，分析襯砌裂縫病害及滲漏主要原因。

4.1 工程地質(zhì)條件影響

隧道長約800m，裂縫分布具有全線分布、局部集中的特征。分析是由于洞身穿越侏羅系中統(tǒng)興田溝組、自流井組、下統(tǒng)珍珠沖組及三疊系上統(tǒng)須家河組等四套地層，圍巖主要為泥巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)砂巖、灰?guī)r、煤層等，軟硬巖間隔分布，施工期就曾發(fā)生多次局部小塌方，圍巖應力松弛差異大，在襯砌內(nèi)部形成應力差異，生成裂縫。

隧道斷面上裂縫多分布于左右幅墻體結(jié)構(gòu)上。分析是由于隧道穿越泥巖、頁巖，巖體破碎帶等容易產(chǎn)生膨脹土壓的地質(zhì)類型，經(jīng)過較長期的運行使用，隧道的環(huán)向排水盲管、縱向排水管等排水設施部分可能失效，導致襯背圍巖中的水不能及時排出而積聚于襯砌背后，頁巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖等軟弱圍巖充水膨脹，當圍巖產(chǎn)生較大的位移或土壓有所增加時，會使得襯砌和支護結(jié)構(gòu)薄弱處（如襯砌施工縫、襯砌厚度不足等）產(chǎn)生破損，并出現(xiàn)墻體結(jié)構(gòu)開裂。

多數(shù)施工縫滲漏是由于裂縫破損處進一步被擠壓，防水層受損。在地下水活動的影響下，部分滲漏水處伴隨有泥土（黃色、黑色）流出。

4.2 設計因素影響

左右洞各通過一次溶洞和兩次煤層采空區(qū)，但經(jīng)對比，溶洞及采空區(qū)段落內(nèi)襯砌裂縫不發(fā)育，而相鄰部位裂縫較發(fā)育。分析是由于溶洞及采空區(qū)在施工時工程措施較強，竣工資料顯示這些段落采用80cm 鋼筋砼二次襯砌，80cmC25 鋼筋砼仰拱，而相鄰部位僅采用35cm鋼筋砼二次襯砌，35cmC20鋼筋砼仰拱。

4.3 施工因素影響

施工時襯砌厚度不足、初支處置不良導致二襯與其不密貼、施工縫處置不當、施工各環(huán)節(jié)不能及時跟上導致不能及時成環(huán)等因素，加劇了隧道襯砌裂損的發(fā)生。

4.4 襯砌混凝土自身原因

經(jīng)驗證明，多數(shù)寬度不足0.2mm的裂縫屬于干縮裂縫或者溫度裂縫，走向沒有規(guī)律，即由于混凝土材料及配比的原因，或者在隧道運營過程中混凝土受到溫差的影響，都會導致襯砌的開裂。

4.5 多年運營后部分隱蔽的排水系統(tǒng)堵塞

排水系統(tǒng)堵塞導致局部水壓力升高，沿襯砌裂縫滲出，又促進了裂縫的發(fā)展。

4.6 滲漏水病害發(fā)展趨勢

經(jīng)對比2009年、2010年檢測結(jié)果及本次調(diào)查結(jié)果，未見裂縫規(guī)模（長度、寬度等）繼續(xù)發(fā)展，即現(xiàn)狀條件下襯砌不會出現(xiàn)突發(fā)性的結(jié)構(gòu)安全事故。但滲漏水受季節(jié)性補給的地下水影響，雨季會沿既有裂縫滲出，并攜帶粘土、炭質(zhì)土，漫流路面，影響行車安全，降低道路服務水平。

從以上分析可知，老山梁子隧道裂縫及滲漏水病害的根源包括工程地質(zhì)條件復雜、圍巖穩(wěn)定性差、排水系統(tǒng)堵塞失效三個方面，這些因素共同導致了病害的發(fā)生及后續(xù)發(fā)展。

5 滲漏水整治措施

5.1 整治原則

①首要原則為確保行車安全，提高行車舒適性。隧道處在小半徑彎道、長縱坡、雨多、霧多、交通量大的路段，事故多易堵塞，交通安全壓力大，為廣鄰高速行車瓶頸路段，整治措施的制定以保證行車安全為前提，減少事故發(fā)生及繼發(fā)性堵塞。

②技術上可行、經(jīng)濟上合理，確保安全、方便施工[10]。③整治措施看得見、摸得著，質(zhì)量易于控制。

④盡量避免整治施工帶來新的病害，保護現(xiàn)有隧道結(jié)構(gòu)、排水、機電及附屬設施。

⑤隧道長約800m，裂縫發(fā)育具有全線分布、局部集中的特征。2009 年結(jié)構(gòu)性病害處置以嵌輕軌+噴砼套襯為主，效果較好，裂縫未見進一步發(fā)展，襯砌結(jié)構(gòu)性病害已得到有效控制。處置方案基于隧道經(jīng)過十多年的運行，圍巖松弛及襯砌沉降變形已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，二襯脫空及不密實對襯砌結(jié)構(gòu)影響已經(jīng)非常弱的實際，認定可不處置。

5.2 滲漏水整治

根據(jù)既有處置措施的優(yōu)點及不足，擬用基本整治原則為“以排為主、排導通暢、封堵嚴密”。對存在滲水水印的環(huán)向施工縫采取鑿槽埋管引排；無滲水環(huán)向施工縫開裂采取灌縫嵌補措施；對于局部襯砌開裂一般性干裂縫采用環(huán)氧樹脂注漿嵌補裂縫。對雨季呈涌流、噴射狀滲水處采用鐵皮槽引流，并在滲漏水嚴重部位邊墻底部設置Φ110 泄水孔，排出襯砌背后地下水，具體處置措施見表2。

表2 滲漏水處置措施表

滲漏水處置主要施工工藝及要求：

①清除砼表面及縫內(nèi)污物（瓷磚、防火涂料應鑿除），露出新鮮砼面，再切槽或涂刷。

②新鮮砼表面預濕處理，使其達到飽和面干狀態(tài)，不得留有任何積水。

③KT1 等材料中水泥基結(jié)晶防水材料施工時必須嚴格按照產(chǎn)品要求進行。

④處置后應嚴格按照養(yǎng)護規(guī)程進行養(yǎng)護。

⑤襯砌背后地下水的疏排。沿隧道邊墻腳兩側(cè)按間距10m設Φ110排水孔，如圖8所示，將襯砌背后地下水引排至電纜溝后排出洞外，對局部滲漏水嚴重地段，加密泄水孔。對于滲漏水嚴重段落和施工縫滲漏嚴重且水量較大時，在滲水施工縫增加徑向泄水孔，經(jīng)環(huán)向排水槽引排至改造后的電纜槽，并在邊墻腳增加Φ110泄水孔。

圖8 邊墻增設泄水孔

6 結(jié)語

老山梁子隧道為平曲線480m 的小半徑單坡隧道，滲漏水對行車安全的影響尤為突出。滲漏水病害整治工程已歷經(jīng)三個雨季，滲漏水處置措施達到了預期效果，有效提高了車輛運營安全，保證了公路既有服務水平。研究認為，詳細的病害調(diào)查統(tǒng)計、資料的溯源對比分析、合理的處置原則、因地制宜的分類制定處置措施等是運營期隧道滲漏水問題有效解決的基礎。