隧道防水防渗漏方法及技术研究.doc

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隧道防水防渗漏方法及技术研究

隧道工程防排水是隧道工程设计的主要内容。

如果没有可靠的防排水措施，地下水就会侵入，乃至危害运营和影响隧道使用寿命。

目前，隧道工程最大的病害就是渗漏水。

整治渗漏，既困难费用又高。

因此，从设计时就引起重视，精心设计，精心施工。

隧道开挖过程将对围岩造成扰动，导致围岩变形，裂隙发生扩展、导通，引起岩石中地下水下渗进入隧道，改变地下水流场，地下水位下降，而地下水位的下降则可能导致原有地下水排泄点如泉水出现流量减小甚至断流，从而引发新的环境、生态问题，并导致纠纷。

因此，隧道的防渗堵漏不仅是隧道本身的需要，也是、生态保护和水资源保护的要求。

　　隧道漏水不仅会降低混凝土衬砌的耐久性，而且降低隧道内各种设施的功能，恶化隧道内的环境;在寒冷地区，隧道漏水还将使隧道路面冻结，顶部产生冰柱，从而影响隧道的正常交通。

在隧道防水的理论依据、防水方法的优化、整体防水与细部防水相结合、防水体系的经济性和合理性等方面，都有待于更进一步研究。

我国《地下工程防水技术规范》（GBJ108—87）对地下工程的防水提出了总的治理原则，即“防、排、截、堵相结合，因地制宜、综合治理”。

所谓“防”是指工程结构设计必须要有防水技术内容，要强调必须优先采用防水混凝土做自防水结构，要使工程本身具有阻水和防水渗入的能力。

“排”是要求工程要具有完整的排水系统，以减少渗水压力及渗水量，为进一步防水创造条件。

“截”是指工程位置的地表水、渗漏水、地下裂缝水要用排水沟、导管等排水系统引走。

“堵”是指工程已出现结构渗漏时，采用压浆、抹面、喷涂、嵌堵等方法将渗漏水堵住，为防水施工创造条件。

隧道渗漏水的防治与很多因素有关，是一项系统工程。

　　在设计、施工、材料、验收等各个环节必须严格按规范要求去做，才可能达到设计要求的防水质量。

铁路系统直到1986年才颁布了相应标准，在铁路隧道方面，我国的《铁路隧道设计规范》（TBJ3—85）、《铁路隧道施工规范）（TBJ204—86）以及《铁路隧道新奥法指南》都要求根据总的防水治理原则，对铁路隧道的阻水、防水渗漏能力规定了具体技术要求，要形成完整的防排水系统，以达到防水可靠，经济合理的目的。

　　隧道工程在施工或运营阶段出现的各类病害严重影响了隧道功能，造成隐患，危及交通安全。

这些病害主要表现为：

（1）衬砌过度变形、裂损、剥落掉块;

（2）地下水的渗漏和涌出。

因此，对隧道进行防水防渗就变得非常必要。

　　1隧道渗漏水的主要原因

　　隧道渗漏水的原因大致可分成自然因素和人为因素2种。

　　1.1自然因素

　　开挖隧道对地下水的影响，是隧道发生渗漏水的客观因素。

根据水力学和水文地质学原理，地下水从高压水位向低压水位流动，有其固定的流线，由于隧道的开挖，形成临空面的低水压区，改变了围岩的力学特性和地下水泾流路线，使周围地下水向隧道内汇集和积聚，给衬砌及底部渗漏水留下隐患。

隧道开挖影响范围的大小与地层的渗透系数、水位高低、过水断面大小有关，此外还受大气降水、隧道进深及隧道周围溶洞、泉眼、水库或江、河、湖泊的影响。

　　1.2人为因素

（1）隧道防排水系统不完善：

1）排水管道设置不合理、排水沟深度及宽度不够或被泥、砂、灰浆、浆液堵死无法正常排水;2）混凝土施工接缝、结构连接、混凝土缺陷部位的防水设计、材料、施工工艺及质量检验不严格。

（2）对特殊地段（侵蚀性地下水、寒冷及严寒地区等）没有采取特殊处理措施：

1）混凝土衬砌在侵蚀性介质经常作用下，出现起毛、酥松、蜂窝麻面等导致材料强度降低，衬砌厚度变薄，导致渗漏水并日趋’严重;2）寒冷及严寒使衬砌背后积水冻结，造成衬砌混凝土冻胀开裂渗漏水;衬砌混凝土本身多次冻融循环而开裂渗漏水;3）排水沟结冰无法满足排水要求，基底积水、结冰，线路不均匀隆起。

　　（3）铁路隧道施工规范不完善：

现行《铁路隧道施工规范》对隧道结构及施工防排水，只作了总体要求，定性说明多，定量指标少，而且内容也不够全面，有些概念还比较模糊，既造成对防水质量要求的不同理解，也不能有效地约束设计及施工单位。

　　隧道出现渗漏水还有很多因素，如：

在隧道工程质量的控制上存在管理问题，也有技术问题;引起隧道渗漏水的原因主要是防水材质不良或违反操作规程造成的，具体可分为以下几类：

（1）管片在制作时养护不合理，表面出现气孔和龟缩裂缝;管片在运输、拼装中受挤压、碰撞，缺边掉角;

（2）水膨胀橡胶粘贴不牢，或下坡时过早浸水使膨胀止水效果降低;（3）管片拼装质量差，螺栓未拧紧，接缝张开过大;（4）手孔、螺栓孔、注浆孔等薄弱部位未加防水垫片，封孔施工质量差。

　　2隧道渗漏水的表现形式

　　隧道渗漏水主要表现为点渗漏、缝渗漏和面渗漏三种形式，根据其渗漏水量的不同，又分为慢渗漏水和快渗漏水。

当工程发现渗漏水的现象时，需要根据具体情况和工程特点，采用不同材料、工艺和机具设备进行封堵。

首先应做好下面几项准备工作：

　　2.1查找渗漏水来源

　　首先对工程周围的水质、水源、土质等情况进行调查，掌握水位随季节变化的规律和地表水的情况，以确定工程所承受的最大水压。

此外还应了解生产用水、生活用水的上下管道是否完好，以便查明引起渗漏的原因，为制定防水堵漏方案与切断水源提供依据。

　　2.2从结构上分析渗漏水原因

　　首先要了解结构的强度、刚度是否满足要求，以及地基是否存在不均匀沉降等问题，因为上述因素都可能导致结构开裂而造成渗漏。

堵漏修补工作应在结构稳定、裂缝不再继续扩展的情况下进行。

　　2.3检查材料质量

　　对工程所用防水材料进行检验，以判断工程渗漏水是否由材料质量不良或选材不当而引起的。

在对以上几点进行分析的基础上，按照处理止水与防水相结合的原则，到现场进行实地调查，将漏水部位、数量根据渗漏形式进行分类编号统计，绘制堵漏平面展示图，即可制定堵水堵漏方案。

　　3隧道防水放渗的不足

　　设计与施工规范中，虽然对各种隧道的防水均做了相应规定，但仍有较多的不足之处，主要表现在：

（1）部分规范缺少明确的防水等级划分，即隧道防水的等级不明确。

对铁路隧道只要求按照一般地下工程的防水原则实施，没有明确的防水等级和具体要求;对隧道的具体情况如隧道所在线路等级、牵引类型、隧道所在地区或地段、隧道不同部位及隧道的长度等因素也缺乏定量的防水指标。

（2）大部分隧道规范对防水等级的划分比较模糊。

不同的隧道工程，采用不同的等级划分标准。

（3）防水设计缺乏充分可靠的理论依据。

由于地质情况复杂，勘探费用昂贵，通过勘探往往还不能掌握隧道的地质情况，多数还要用试验和估算的方法推测，无法为隧道防水设计及规定提供足够的理论依据。

（4）隧道防水施工、监理及验收不规范。

尽管隧道设计与施工规范都有防水规定，但由于各种防水措施大都缺乏经济、效率上的系统研究;对防水施工、监理及验收也都缺乏相应的规范，防水要求随意性强，没有统一的评价标准;施工监理也缺乏防水施工工艺等方面的监理规程。

隧道竣工后，质量管理部门也缺乏有效检验手段和相应的验收规范，仅从衬砌表面上看不出什么问题，就按合格验收，无法保证运营后不出现渗漏水现象

4隧道施工的主要方法及常用的材料

　　隧道防水不能停留在局部的防水对策上，而要考虑隧道设施用途的所有问题作为运营这些设施的必要条件。

目前国内外对隧道的施工主要有沉埋法、新奥法和盾构法3种，沉埋法常用于水下隧道的施工;

　　新奥法主要用于山岭隧道;而盾构法常用于城市地下工程，如地下铁道等。

尽管不同专业从材料和构造方面实施防水的做法还不统一，但隧道防水技术主要有3种类型，一是从围岩、结构和附加防水层着手以防为主的水密型防水，二是从疏水、泄水着手以排为主的泄水型或引流自排型防水，三是防排结合的混合型防水。

　　隧道衬砌渗漏水的种类：

隧道渗漏水大致可分为以下几种：

（1）结构接缝渗漏;

（2）裂缝引起渗漏;（3）混凝土受腐蚀引起渗漏。

渗漏形式可分为点、线、面3种。

按出水量不同可分慢渗、快渗、漏水和涌水。

　　隧道复合式衬砌是新奥法施工隧道的基本形式。

它被应用于国内外大量的隧道工程，具有先进合理，防水可靠的优点。

这种复合衬砌由一次支护、二次模注混凝土以及防水层组成。

通常先安装钢筋网、锚杆、钢支架，喷射混凝土，形成初期支护系统;接着在喷层上铺土工合成材料（起保护防水薄膜和将水引导到隧道排水系统作用），用钉子将塑料圆盘钉入喷层固定;然后用热焊法将聚氯乙烯薄膜固定在塑料圆盘上;最后用双焊缝将相邻薄膜连接起来。

这种做法易于干法或湿法安装;价格较便宜;安装质量可以检验;合理安装可保证不透水。

如果在拼装衬砌中使用密封垫，则密封垫的接触压力要足以承受静水压力，且不能妨碍衬砌的安装。

但通常密封垫与衬砌间的容差对接触压力的影响很大。

复合衬砌的防水层设于一次支护与二次模注之间，表面光滑，除了防水，它还能减少喷射混凝土与二次衬砌模注混凝土之间约束应力，防止二次模注混凝土产生裂缝。

隧道复合式衬砌防水层常采用PVC、ECB（乙烯—醋酸乙烯与沥青共聚物）、EVA（乙烯—醋酸乙烯共聚物）、LDPE（低密度聚乙烯膜）及HDPE等材质。

但不同国家采用防水层的厚度不同，如西欧及美国多用1.5～3.0mm，日本常用0.4～0.8mm。

通常防水层的做法有两种。

为防止防水膜不受损伤，保证防水的可靠性，对于LDPE膜或EVA膜，均应在膜下加设4～5mm泡沫塑料衬砌或2.6~3.2mm无纺布做缓冲层，而防水膜连接则常采用塑料胀管、热融塑料垫圈、钢垫圈、木螺丝钉等锚固材料。

复合衬砌也存在许多问题，主要是：

（1）初期支护难以保护;

（2）施工期长，施工工艺复杂;（3）防水板间的连接方式不易得到保证，焊接工艺要求高;（4）防水板在隧道壁上的固定方式难以保障;（5）二次衬砌施工时易将防水板撞破。

　　尽管各国对隧道防水的标准和做法不一样，各种防水方法的效益相差也很大。

但实践表明，要想做到隧道不漏水，单一防水方法已很难胜任。

当前人们已趋向于采用混合防水法，通过多道防线，层层设防，以达到隧道不漏水。

不漏水的隧道首先应遵循以下几点。

（1）地质勘探要尽可能地合理，多渠道了解地质资料。

（2）结合地质情况，采取防、排、堵、截综合治理方法，刚性防水和柔性防水相辅相成，不同专业系统再结合自己的特点和要求有所侧重。

（3）尽量采取复合衬砌防水或二次衬砌防水，充分利用结构的自防水，并合理地布置排水管和排水沟。

（4）合理选择高性能防水层和结构自防水材料，加强接缝和变形缝细部防水的处理。

　　我国现有的隧道防水措施都是依据现行技术规范，并借鉴国外的成熟技术来实施的。

　　隧道衬砌渗漏水的封堵原则：

（1）应根据漏水部位、漏水种类、水源及漏水量确定其整治方案及选材。

（2）查找并切断水源，尽量使修堵工作在无水状态下进行。

在渗漏水状态下进行修堵时，要尽量通过做好引水，变大漏为小漏，变线漏为点漏，变片漏为孔漏的办法，减少漏水面积，方便施工操作，防止水压冲坏施工材料。

（3）对隧道内衬砌的渗漏水区域，应采用注浆、嵌堵、排水综合治理措施。

具体操作要遵守“拱堵墙排，堵排结合”的原则及“先拱后墙”的顺序，先将拱部水堵住，再在边墙上做排水处理。

　　5常用堵漏防水技术

　　5.1表面封闭法

　　在需防水的表面铺一层防水层进行隔离和封闭。

较常用的做法为先用聚氨酯防水橡胶进行表面处理，沿裂缝铺一定厚度的橡胶膜即可。

　　5.2凿缝填充法

　　一般沿裂缝凿成“V”型槽，再填充一些防水和补强材料。

此法只适用于自身强度低，且有高延伸率、弹性及高粘结力的填灌材料，否则，材料与衬砌的粘结界面就会破坏，失去防水效果。

　　5.3灌浆法

　　对具有较完整骨架的防渗漏对象，堵漏防水是一种快速而效果明显的首选手段，是目前最常用的堵漏方法。

将一定的材料配制成浆液，用压送设备将其灌入缝隙或空洞之中，使其扩散、胶凝或固化，以达到防渗堵漏的目的，确保防水工程的防水性能。

灌浆能使裂缝缺陷愈合而恢复整体性。

与表面封闭法相比，它能有效防止水进入裂缝内腐蚀钢筋。

该法已被广泛应用于整治隧道渗漏水，构筑第一道防水线