“定位開井治水法”在巖溶發(fā)育地區(qū)隧道滲水處治中的應(yīng)用研究

文章以河池至百色高速公路所略隧道在養(yǎng)護(hù)管理中發(fā)現(xiàn)的滲水病害為研究對象，通過地質(zhì)雷達(dá)掃描、鉆孔探測等多種調(diào)查手段，精準(zhǔn)定位該隧道中央排水管和中央檢查井的位置，經(jīng)過開挖降水井、清洗中央排水管等多種處治措施，成功解決了隧道滲水病害，從而驗(yàn)證了“定位開井治水法”方案的可行性，可為類似隧道滲水病害的防治提供借鑒。

定位開井治水法；巖溶；隧道滲水處治

U457+.2A280904

作者簡介：

韋" 韜（1994—），助理工程師，主要從事高速公路養(yǎng)護(hù)管理工作。

0" 引言

滲水病害是高速公路隧道養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)關(guān)注的問題之一，其既影響運(yùn)營行車的安全，也會威脅隧道土建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。隧道作為地下構(gòu)筑物，受地質(zhì)條件影響較大，極易引發(fā)各類病害，如路面冒水、襯砌滲漏水開裂、掉塊，隧底裂損、下沉與翻漿冒泥、上拱，排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞等［1］。在巖溶發(fā)育地區(qū)，隧道排水設(shè)施在運(yùn)營一段時間后發(fā)生結(jié)晶堵塞的情況最為普遍，如何查明堵塞位置、進(jìn)入地下疏通堵塞、降低路面下的水壓力等問題成為當(dāng)今巖溶發(fā)育地區(qū)公路隧道滲水處治的難點(diǎn)。

針對隧道滲漏水的問題，參考行業(yè)內(nèi)常規(guī)的處治方案，在河池至百色高速公路所略隧道滲水處治過程中進(jìn)行實(shí)踐：（1）“路面返水點(diǎn)開槽埋設(shè)滲溝”方案，即將U型槽鋼埋入路面鑿好的排水槽內(nèi)，使引排的水順接入低側(cè)道路邊溝，實(shí)施后，因大量地下水無法正常引入排水系統(tǒng)，隧道路面仍出現(xiàn)滲水現(xiàn)象；（2）“增設(shè)邊墻泄水孔”方案，即在襯砌邊墻打設(shè)泄水孔，用PE透水管外包無紡布后插入泄水孔內(nèi)引排至道路邊溝，以此降低襯砌背后地下水位和減小水壓，實(shí)施后，襯砌背后有地下水源不斷引出排走，但仍未解決路面滲水問題；（3）“施工縫埋管引排”方案，即在襯砌表面沿漏水施工縫開鑿出引水槽，垂直槽面鉆孔將圍巖的水主動引排至路側(cè)邊溝，實(shí)施后，能夠臨時解決施工縫滲水問題，后續(xù)可作為處理隧道襯砌表面滲水問題的參考措施。

本文結(jié)合河池至百色高速公路所略隧道滲水處治過程中的探索經(jīng)歷，探析滲水病害發(fā)生機(jī)理和解決辦法，總結(jié)出了一種有效解決滲漏水的方案——“定位開井治水法”。該方案主要為通過地質(zhì)雷達(dá)掃描、鉆孔探測精準(zhǔn)定位地下排水系統(tǒng)和檢查井位置，內(nèi)窺鏡檢查中央排水管內(nèi)部結(jié)晶狀況、淤堵狀況和排水狀況，高壓清洗設(shè)備疏通管道結(jié)晶，開鑿新增降水井埋管引排，觀測疏通處治效果。此方案可為類似隧道排水管中結(jié)晶堵塞引起的滲漏水處治提供借鑒和參考。

1" 工程概況

1.1" 隧道概況

河池至百色高速公路（以下簡稱“河百路”）百色段所略隧道上行總長1 765 m，下行總長1 771 m。隧道襯砌采用抗?jié)B混凝土，環(huán)向設(shè)100 mm軟式透水半管，邊墻背后縱向設(shè)160 mm雙壁打孔波紋管引排水，縱向排水管通過三通連接至路面以下橫向160 mm導(dǎo)水管后引排至中心水溝?？v向排水管間隔100 m設(shè)置邊墻檢查井；路面行車道下設(shè)中央排水管采用600 mm預(yù)制混凝土花管，間隔200 m設(shè)置檢查井；兩側(cè)設(shè)路側(cè)排水邊溝，間隔50 m設(shè)置沉沙井。如圖1、圖2所示。

1.2" 病害概況

河百路所略隧道于2017年建成，2018年11月正式通車試運(yùn)營，次年汛期，該隧道左、右洞部分段落出現(xiàn)滲漏水狀況。滲漏類型有邊溝滲水、路面冒水、襯砌表面滲水、施工縫滲水、設(shè)備壁龕滲水、邊墻檢查井積水、排水系統(tǒng)淤塞。隧道路面、襯砌冒水范圍為上行240 m，下行650 m，對公路運(yùn)營造成了行車安全隱患。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查可見，右洞滲漏主要分布于施工里程K134.418～K135.038，右洞襯砌滲漏22處，邊墻檢查井堵塞、積水5處。左洞滲漏主要分布于施工里程K134.373～K135+138，左洞襯砌滲漏37處，邊墻檢查井堵塞、積水5處。

“定位開井治水法”在巖溶發(fā)育地區(qū)隧道滲水處治中的應(yīng)用研究/韋" 韜，韋" 標(biāo)

2" 滲水病害成因分析

結(jié)合相關(guān)資料，分析所略隧道滲水病害出現(xiàn)的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）巖溶動力系統(tǒng)的平衡被破壞。所略隧道處于廣西的巖溶發(fā)育地區(qū)，在未進(jìn)行隧道開挖建設(shè)前，大量的含碳酸鹽地下水所處環(huán)境相對穩(wěn)定，開展建設(shè)后，系統(tǒng)的平衡被破壞，造成巖溶水在排水系統(tǒng)中發(fā)生脫碳酸作用而形成沉積，失去排水功能。

（2）混凝土溶出物形成結(jié)晶。在隧道建設(shè)階段，地下水透過隧道初期支護(hù)，將初期支護(hù)噴射混凝土中大量的游離Ca2+（鈣離子）帶出，與地下水中的HCO-3（碳酸氫根離子）、CO2-3（碳酸根離子）或者溶解于水中的CO2（二氧化碳）相結(jié)合，形成白色的碳酸鹽結(jié)晶物質(zhì)，附著在管道表面。長此以往，原本從中央排水管道中排出的地下水被迫通過橫向排水進(jìn)入到邊墻檢查井內(nèi)，地下水中的Ca2+（鈣離子）與空氣中的CO2（二氧化碳）不斷反應(yīng)，形成結(jié)晶物質(zhì)，堆積于邊墻檢查井中［2］。

（3）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)可維護(hù)性低。隧道排水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段未作充分考慮，為后期運(yùn)營管養(yǎng)提供檢查、清理、疏通的維護(hù)條件。如對巖溶發(fā)育地區(qū)隧道排水系統(tǒng)普遍未能根據(jù)防止巖溶水結(jié)晶的要求進(jìn)行對應(yīng)的規(guī)格設(shè)計(jì)和管材選擇；縱向、橫向、環(huán)向的排水管的設(shè)計(jì)及接頭的三通部位，由于彎頭過多更易因泥沙、結(jié)晶等物質(zhì)發(fā)生堵塞。地下排水管道中結(jié)晶不斷生長，形成密實(shí)的結(jié)晶物質(zhì)，并在不斷的補(bǔ)充下，中央排水管道及襯砌水壓不斷增大，使地下水從薄弱縫隙滲出，威脅隧道主體結(jié)構(gòu)安全［3］。

（4）受泥沙和建渣建設(shè)遺留問題的影響。地下水經(jīng)過圍巖時，會將圍巖中的泥沙帶出，進(jìn)入隧道襯砌排水系統(tǒng)中。當(dāng)攜帶泥沙的地下水進(jìn)入中央排水管時，流速變慢，泥沙就逐漸沉積于中央排水管道底部，形成淤積。此外，在隧道建設(shè)期間，有部分建渣沿排水管道縫隙進(jìn)入管道中，也是形成淤堵的原因之一。

（5）新建施工過程細(xì)部監(jiān)管不嚴(yán)。新建施工期間難免會存在一些未按設(shè)計(jì)圖紙實(shí)施的情況。如在一些路面嚴(yán)重滲水路段發(fā)現(xiàn)局部中央排水管未按設(shè)計(jì)要求布設(shè)透水孔后外包土工布回填級配碎石作反濾層；施工中排水管搭接不順暢，布設(shè)坡度與設(shè)計(jì)存在誤差，管與管搭接存在錯縫，導(dǎo)致排水不通暢，為攔堵地下水泥沙和結(jié)晶物質(zhì)提供條件等情況。

3" “定位開井治水法”

3.1" 中央排水管定位

3.1.1" 地質(zhì)雷達(dá)掃描

根據(jù)隧道排水管結(jié)構(gòu)的平面布置圖（圖3），結(jié)合隧道襯砌排水系統(tǒng)構(gòu)造圖、中央檢查井構(gòu)造圖（下頁圖4），可初步判定中央排水管位于道路內(nèi)側(cè)車道，沿內(nèi)車道垂直行車方向拉多條橫向測線，通過地質(zhì)雷達(dá)掃描，對于堵塞較輕的位置可找到縱向排水管走向，該方式方便快捷，有圖像依據(jù)，但檢測費(fèi)用高，且對于一些堵塞嚴(yán)重的管道，掃描出的反射波動較弱，導(dǎo)致無法精準(zhǔn)判斷管道位置開展處治。

3.1.2" 鉆孔探測精準(zhǔn)定位

根據(jù)中央排水管直徑大小，由車道分界線向道路內(nèi)側(cè)一定間距布孔（下頁圖5），觀察路面返滲水狀況選取鉆孔段落，使用潛孔鉆依次鉆探精準(zhǔn)定位中央排水管位置。鉆孔過程中仔細(xì)記錄孔深和鉆渣排出情況，因地下水壓大導(dǎo)致路面冒水的路段鉆孔過程中一般會出現(xiàn)串孔的現(xiàn)象，如遇到中央排水管，空壓機(jī)壓出的風(fēng)力會通過管內(nèi)排走，從而精準(zhǔn)找到中央排水管。再結(jié)合內(nèi)窺鏡探頭檢查中央排水管埋設(shè)深度及排水系統(tǒng)堵塞狀況，沿中央排水管走向使用鋼筋探測儀進(jìn)行檢查井探測，一般在路面下10～15 cm較淺的位置即可檢測出檢查井井蓋鋼筋位置；打開滲水路段檢查井對上游段水系進(jìn)行疏通和清理，該措施甚至不需要地質(zhì)雷達(dá)掃描，就能夠直觀看到堵塞程度以確定下一步實(shí)施方案；結(jié)合隧道設(shè)計(jì)圖和施工收方圖等相關(guān)資料確定大致位置后實(shí)施，可對路面的損壞降到最低。

3.2" 管道清理疏通

3.2.1" 中央排水管檢查井清理疏通

打開蓋板后主要通過以下幾個步驟開展清理：

（1）人工將中央排水管管口結(jié)晶清出，安裝Ⅱ型槍頭放入管道內(nèi)部開始行清洗，槍頭在高壓水作用下通過控制水壓可實(shí)現(xiàn)自動行進(jìn)，主要將管道中絮狀結(jié)晶物和低強(qiáng)度的泥沙沖刷出來，再通過污水泵抽排清洗廢水，通過道路邊溝排至洞外。

（2）更換安裝Ⅲ型槍頭，將槍頭放入中央排水管進(jìn)行清洗，主要將管道中具有一定強(qiáng)度的結(jié)晶破碎成小塊狀，同時進(jìn)一步將管道內(nèi)絮狀結(jié)晶清洗出來。

（3）再安裝Ⅱ型槍頭，通過該槍頭上設(shè)有的反向噴水孔形成的拖拽作用，將排水管道中被破碎的小塊結(jié)晶物質(zhì)拖拽出排水管道。

以上為一輪清洗流程，重復(fù)以上步驟直至全部清洗工作完成。

3.2.2" 邊墻檢查井清理疏通

由于長時間堵塞，處于高壓下的地下水原本是從中央排水管道中排出的，被迫通過橫向排水管返回到邊墻檢查井內(nèi)，導(dǎo)致邊墻檢查井積水、積淤，必須對這些部位進(jìn)行抽水后，通過橫向排水管將結(jié)晶體和積淤疏通至中央排水管中，結(jié)合前文步驟進(jìn)行清理。

3.3" 開鑿新增降水井

3.3.1" 開鑿降水井

所略隧道路面返滲水路段距離出水口較遠(yuǎn)，中央排水管檢查井間隔為200 m，為避免疏通破碎的結(jié)晶物再次堆積在管道內(nèi)，形成新的堵塞，選取檢查井下游路面返滲水最嚴(yán)重的區(qū)域開鑿可供工人設(shè)備工作的降水井，以便進(jìn)行疏通和清理。開挖降水井時，先對其進(jìn)行切槽，鑿除表面的瀝青混凝土，確定檢查井寬度位置，接著再用風(fēng)鎬破除路基和仰拱填充的混凝土至中央排水管底部，以滿足清洗設(shè)備和人員進(jìn)入的條件，使用高壓水槍進(jìn)行清理疏通，及時清除井內(nèi)堆積的破碎結(jié)晶塊。

3.3.2" 井內(nèi)降壓

利用新增的降水井，從以下幾個方面將水引至井內(nèi)，從而降低周圍地下水壓：

（1）在滲水路面從降水井沿道路中線切割開鑿一條滲溝，將附近路面下的地下水盡可能地收集引至降水井內(nèi)，以此降低路面水壓，填補(bǔ)部分地下水未能正常排入排水系統(tǒng)的缺陷。

（2）降水井四周側(cè)壁鉆孔引排。由操作工人使用50 mm的水鉆打孔機(jī)，進(jìn)入降水井內(nèi)在四周側(cè)壁間隔30 cm鉆引水孔，孔深以1.5～2 m為宜，主要作用是將附近地下水引入降水井內(nèi)并通過中央排水管或路側(cè)邊溝排走。

（3）如現(xiàn)場未找到或未設(shè)有中央排水管，可再從降水井沿路側(cè)邊溝切割鑿出一條滲溝，便于將降水井收集的地下水從邊溝排走，井內(nèi)可回填鵝卵石或級配碎石增強(qiáng)降水井對路面的支撐。

（4）增設(shè)滲溝，主要將鋼花管居中放入槽內(nèi)，管壁周圍設(shè)置反濾層后用兩布一膜將透水管頂包裹密實(shí)后澆筑C50強(qiáng)度混凝土，預(yù)留10 cm深度按原路面結(jié)構(gòu)恢復(fù)，使?jié)B溝底部位于水泥混凝土面層夾層位置的薄弱層更有效地引排地下水。

3.4" 中央排水管疏通清洗效果

經(jīng)過以上的檢查和清洗，成功將中央排水管疏通，恢復(fù)了中央排水管的排水功能。清洗完成后，對中央排水管各管段進(jìn)行簡單檢查，查看清洗效果。

3.5" 恢復(fù)路面

定位開井治水工作結(jié)束，重新澆筑井蓋側(cè)墻，澆筑側(cè)墻時，預(yù)留透水反濾層，回填級配碎石，側(cè)墻頂部鋪設(shè)槽鋼支撐，恢復(fù)混凝土蓋板并使用水泥砂漿嵌固，最后用瀝青混凝土修補(bǔ)恢復(fù)路面，定期巡查觀測。

4" 治水成效

經(jīng)過采用“定位開井治水法”對所略隧道滲漏水問題的處治，處治工期約25 d，原滲水路段已排水順暢，路面干燥、安全暢通，達(dá)到了防治結(jié)合的目的，成功解決了所略隧道的滲漏水問題。目前隧道處治完成近兩年時間，根據(jù)養(yǎng)護(hù)人員跟蹤觀測，處治效果良好。

5" 結(jié)語

針對高速公路隧道滲水病害，養(yǎng)護(hù)技術(shù)人員不斷積極探索，努力尋找最快處治、最省處治、最優(yōu)處治的隧道滲水處治措施，恢復(fù)其排水功能。借鑒國內(nèi)部分隧道處治滲漏水案例的經(jīng)驗(yàn)，在所屬巖溶地區(qū)的所略隧道作為試點(diǎn)進(jìn)行論證，同時也參考市政工程中有關(guān)排水管道清理技術(shù)。經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，證明“定位開井治水法”在高速公路隧道滲水處治上的可行性，其具有“工期短”“占道少”“費(fèi)用低”“措施準(zhǔn)”“效果優(yōu)”的優(yōu)勢，值得作為隧道滲水標(biāo)準(zhǔn)化處治措施進(jìn)行推廣。

［1］戴鵬飛，徐鵬聲.遼東山區(qū)高速公路隧道滲水病害機(jī)理及處治對策探析［C］.中國公路學(xué)會養(yǎng)護(hù)與管理分會第十屆學(xué)術(shù)年會論文集，2020.

［2］蔣雅君，杜" 坤，陶" 磊，等.巖溶隧道排水系統(tǒng)堵塞機(jī)理的調(diào)查與分析［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2019，63（7）：131-135.

［3］黃建華，秦美香.公路工程隧道透滲水病害防治技術(shù)分析［J］.交通世界，2021（30）：48-49.

20240417