公路隧道渗漏水病害与防治措施探究
2015-05-20
前言
随着我国公路建设的高速发展，公路建设给国家经济带来新的发展前景。公路隧道是国家公路建设的重点施工项目，其隧道施工的质量控制更是重中之重。据对公路隧道的初步调查，占相当比例的隧道有裂缝和渗漏水现象产生。目前，高速公路隧道病害主要表现在：严重渗漏水、冻害、衬砌裂损和衬砌侵蚀、结构衬砌的腐蚀裂损、仰拱或铺底的变形损坏导致路面的破坏，而几乎所有的隧道病害都与渗漏水有着直接或间接的关系，隧道结构的缺陷给隧道渗漏水提供了通道，隧道渗漏水的长期作用又会加剧隧道侵蚀破坏，特别是在围岩有地下水并具有侵蚀性的情况下，对衬砌和隧道设备的腐蚀更加严重。在运营期间，地下水常通过混凝土衬砌变形缝、施工缝、裂缝甚至混凝土孔隙等通道渗漏进隧道中，造成洞内通信、供电、照明等设各处于潮湿环境而发生锈蚀、霉烂、变质、失效，若使路面积水，就会改变路面反光条件，引起眩光，造成车辆打滑，危及行车安全。
因此，对公路隧道渗漏水病害要特别重视，在处理时，要根据其病害成因、程度，采取科学、经济、安全的综合整治措施，以最快最优的方式整治病害，充分发挥公路隧道的交通运输能力，确保公路交通运输的畅通安全。
1、公路隧道渗漏水的危害
隧道渗漏水是隧道病害中最常见的病害形式，危害极大。比如，渗漏水的长期作用，特别是当水质具有侵蚀性，如含盐、含碱、含硫、含硫酸根等离子时，可能造成隧道侵蚀破坏，危害隧道结构的耐久性；寒冷地区，尤其是严寒地区，隧道衬砌渗水反复的冻融循环，在衬砌内部造成衬砌混凝土冻胀开裂破坏；隧道漏水还将使隧道拱部和侧墙产生冰凌侵入净空；隧道滴水将使路面结冰，降低轮胎与路面的附着力，恶化隧道的营运条件，危及行车安全；隧道内路面冒水、积水不仅影响行车，也会引起路面基层下翻浆冒泥和下沉，造成路面开裂下陷而引起水沟、路面变形等问题：渗漏水使隧道内表面浸迹斑斑，由于车辆尾气和行车产生的尘土附着于湿润的隧道表面而形成“花脸”隧道，影响隧道美观；隧道渗漏水还将极大地降低隧道内各种设施的使用功能和寿命。
2、公路隧道渗漏水病害成因
公路隧道的水害原因是公路隧道在修建中破坏了原来地下水系统的平衡， 比如破坏地下水的储存点和转移通道，随着隧道开挖和临空面的形成地下水向隧道区域汇集、渗出，造成地下水的重新分配，从而形成新的含水层和地下水转移通道，在隧道修建完成后，积聚的地下水将需要新的通道，水从结构薄弱的地方比如施工缝、变形缝、衬砌裂缝等发生渗漏，形成隧道渗漏水。其主要原因是地质、勘测设计、施工、运营管理几个方面。比如地质方面，隧道修筑会改变地下水分布，造成地下水沿着隧道围岩中存在的裂隙、节理、断层破碎带流向隧道，使隧道成为地下水的汇集漏斗，发生隧道漏水；勘测设计方面， 由于对隧道通过的断层带、破碎带位置判断不准，没有采取匹配的防排水系统，导致隧道渗漏；再加上施工时隧道衬砌防水板施工不当，运营管理中防排水系统失效却并没有进行有效的管理和修复，造成渗漏现象。
具体到结构形式上表现为：①隧道接缝防水失效。由于弹性密封膏普遍不易做好，松动脱落，埋式止水带与防水夹层也存在搭接问题，不易形成一个封闭的防水圈等原因造成变形缝和施工缝处发生渗漏。② 隧道防水层失效。结构变形过大或裂缝过宽超过了防水材料的延伸性导致防水膜断裂；防水层的完整性有缺损，致使地下水通过缺损部位渗入结构内部：防水层与基面黏结不良，在浇注二次混凝土衬砌时造成防水层的空鼓、脱落等问题，由此导致了防水层的破损失效。③衬砌混凝土结构自防水失效。片面认为混凝土结构的自防水可以完全抗渗，忽视了施工与养护的重要性：混凝土结构本身存在缺陷，施工不严格，衬砌混凝土结构出现裂缝，比如配比、施工等因素造成的干缩和收缩裂缝。这些因素均可以导致结构白防水功能的失效， 出现渗漏水病害。
3、公路隧道渗漏水预防整治方法
对于隧道渗漏整治一定要从实际出发，选择渗漏水治理措施需要考虑防排水材料和施工技术水平等因素，还要考虑措施的效果、施工的可操作性、经济性和耐久性，在变形缝和渗水量较大的集中漏水部位应考虑“以排为主，堵排结合”的方法，对渗漏水较小的大面渗漏部位采用“以堵为主，堵排结合”的方法。
1)如果衬砌混凝土厚度不能满足冻深要求，就必须对洞口段(拱顶)防水薄弱地点进行二次衬砌，比如高寒地区隧道一般都在洞口350m范围设置保温设置保温层，用硬质聚氨脂泡沫塑料型材和玻璃钢组成，厚4cm左右。
2)由于隧道衬砌的环接缝是隧道防水的薄弱环节，隧道衬砌混凝土在温度变化的情况下必然会出现低温收缩，使隧道环接缝变宽，再加上环接缝处容易出现防水板在施工时易受到损伤、止水带安装不佳、接头处混凝土密实度不够等质量通病造成渗漏水，因此，必须在二次衬砌内边缘沉降缝处加设厚0.5mm的钢板，同时加强止水带的安装质量及混凝土的施工质量。对于线状的“三缝”部位的渗漏水，主要是采用剔槽，加设排水盲沟，外加弹性密封材料封堵的方法。目前，常用的密封材料有改性沥青密封膏，聚硫、硅酮、聚氮酩密封胶和各种定型橡胶或膨胀橡胶止水条等。
3)由于防水板两侧喷射混凝土与二次衬砌问的变形不协调，在围岩应力重分布过程中，喷射混凝土与二次衬砌还可能出现相对错动，对防水板造成损伤，因此必须保证防水板厚度，重视防水板垫层土工布的质量。
4)由于隧道洞顶开挖使洞项围岩裂隙张开，渗透性增强，洞项衬砌外表面环向坡度小，水向两侧流，再加上洞项围岩冻深较大，如果围岩含水，则冰冻会给衬砌施加一定的冻胀压力，反复冻融使衬砌承受交变荷载，导致破坏渗漏，如果治理时以排为主，填充物的流失会造成岩块间的结合逐渐疏松，自稳能力变差，还可能导致排水管堵塞，因此采用注浆加固堵水技术(见图1)。注浆作为加固围岩的一种手段，在隧道病害治理中所起的作用主要表现在加固地层，以提高围岩的承载力和充填衬砌背后空洞使衬砌均匀受力，从而达到阻止衬砌结构继续变形或破坏。同时，浆液能充填岩体裂(孔)隙(洞)，降低地层透水系数，也能够修补衬砌混凝土结构裂缝，达到加固和阻水的双重目的。通常采用的浆液有普通硅酸盐水泥(或特殊)单液浆、水泥水玻璃双组份浆液及化学浆液等。
5)地下水在高速公路隧道病害成因中是最活跃、最具破坏力的因素，防水板背后的积水就是造成衬砌渗水的根源，将水引导排出是防止渗漏、减小冻胀的关键。防治过程中对于渗水、股水量大的地段应加强排水，一般采用加密橡塑排水板(3环～5环)紧贴岩面铺设，对于从衬砌表面(主要在“三缝”部位)渗漏出来的地下水，必须配合采用引排技术治理，比较成功和典型的方法如图2。渗漏水引排的方法还有很多，比如埋入式引排导水法和外贴式引排导水法。埋入式引排导水法是将混凝土衬砌的漏水缝隙凿成V字形，埋入半圆形塑料或金属片、泡沫塑料条等，造成暗埋的引水通路，将水排入落水系统；外贴式引排导水法，多用于地下工程的拱项裂缝渗漏水，该法是在水平的渗漏水缝隙下面，安装不锈锅导水槽，将水引入排水系统。
6)对于施工及地质勘测留下的钻孔、坑道、洞穴，要做好排水处理或封填，对断层破坏带、陷穴、漏斗等，如有较大的径流进入，宜作截水沟或回填；若无明显径流，但造成隧道漏水的，应采取封闭措施(换填、注浆等)。当隧道衬砌周围地下水有明显集中的来水通路，导致地下水流量很大，可采取泄水洞、钻孔截水、拦截暗河、防渗帷幕截水等地下截水设施截断水源。对地下水丰富，隧道内无排水沟或排水沟深度不足而导致隧道积水的，应增设水沟，加深水沟等措施。当长大隧道仅靠隧道内排水沟不能将流入隧道的地表水及地下水排出时，可以考虑增设或疏通平行导洞。
7)通过调整配合比、掺外加剂、掺合料方式配置抗渗等级应比设计要求提高一级的抗渗混凝土，提高混凝土的密实度，并加强对抗渗混凝土的养护，防止混凝土开裂，保护隧道防水和防冻的最后一道防线。
8)对于已产生裂纹的衬砌混凝土，也可以采用锚杆支护技术。锚杆具有的紧固作用及均匀压缩拱作用，可有效提高围岩的整体承载能力，将已产生裂纹的衬砌混凝土与已加固的围岩结合在一起，阻止衬砌结构的进一步破坏来防治渗漏。
9)如衬砌产生的裂缝不密集，尚不足以危及隧道结构安全，经加固后仍有较强的承载能力，而且存在净空断面缩小的余地，在安设锚杆、注浆加固的基础上，可以考虑使用套衬技术，就是在既有衬砌内表面再灌注一定厚度的混凝土，与既有衬砌共同承担围岩压力，套衬可以有效地阻止既有衬砌进一步裂损变形，进而起到防水渗漏的作用。
10)如果隧道衬砌结构裂缝交错分布，密度较大，并伴有片块剥落，严重错台，侵人净空限界，使原衬砌失去使用功能， 则应考虑拆除旧的衬砌结构，重新施作新的衬砌，即采用结构抽换技术。抽换技术具体指：架设钢架支撑，抑制结构变形发展；注浆加固围岩，利用注浆管悬吊既有裂损衬砌；运用静态破碎及控制爆破技术拆除旧有裂损混凝土，并严格控制开挖进尺；及时进行初期支护并加强监控量测。
从另一种对隧道渗漏水的情况的分类来说，衬砌结构渗漏水可分为“点状”渗漏水、“线状”渗漏水和大面积渗漏水。一般来说，对于“点状”的漏水，主要采用直接封堵法和注浆堵水法，当渗漏水点比较密集时可以采取埋管引排或是凿槽引排；对于线状渗漏水一般可以采取排水法和堵水法，比如沟槽树状排水、导管排水、注浆堵水、填缝堵水等方法。大面积衬砌结构渗漏堵漏原则是：大漏变小漏，线漏变点漏，片漏变孔漏，使渗漏水汇集一点或数点，最后集中堵塞渗漏点。大面积渗漏的堵漏水法，视渗漏的情况及水质对衬砌有无侵蚀作用等，可采用抹砂浆法、喷浆法、压浆法、防水层法等。
4、结语
渗漏水病害是公路隧道存在最为广泛的病害，因此有效的治理方法是值得关注的。治理方法的选择要依据渗漏水病害成因和程度，因地制宜，不同的环境成因和病害程度要采取不吲的整治方法，否则就会出现浪费大量财力、物力和人力的情况，或是出现达不到预期治理效果甚至是反效果的现象。因此，对隧道渗漏水病害以及治理方法的分析不论从防止公路隧道渗漏的发生方面， 还是从提供合理、有效、经济的治理方法方面都有重要的借鉴和参考价值，对改善和提高公路隧道的运营环境具有重要的理论和工程意义。
