隧道病害整治之我见.docx

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隧道病害整治之我见

公路隧道水害整治之我见

王桥夏吉安

一、隧道水害是隧道病害的第一顽症

隧道病害的类型多种多样，最常见的病害有：

实际衬砌厚度不足、拱背普遍存在空洞、衬砌体强度不够、衬砌体出现斜裂缝、隧道内渗漏水、隧道内环境污染等等。

这些隧道病害都不同程度地影响了隧道安全使用年限和行车安全，已经引起有关方面的高度重视。

从有关资料分析来看，上述影响隧道安全及运营的病害中，最普遍、最先需要治理，而且也是最难以治理的病害就是“水害”问题。

就目前的治理技术而言，对伴有水害问题的“病害缺陷”，在没有经过水害治理以前，均无法进行结构补强和装饰亮化处理。

换句话说，只有解决了水害问题，才能谈得上其他病害的治理问题。

隧道水害产生的主要原因有：

A、隧道范围内的岩溶洼地、岩溶漏斗都较发育，大量的漏斗、落水洞、岩溶泉、溶蚀注地罗布四周。

地表排水系统多为天然形成或局部人工修筑，因山体汇水面积大，排水系统无法满足泄水要求，这些浅层岩溶水、岩溶裂隙水、岩溶管道水等潜水类型的地下水就为隧道周围提供了充足的外部水源；

B、隧道施工因受空间限制，使得在浇筑拱部混凝土和回填超挖空间时难以振捣密实，一旦出现纵向刚度不够，加上地基沉陷和围岩扰动，就会产生环向裂缝，这使外部水源有了主要的渗漏水通道；

C、对隧道衬砌的伸缩缝、施工缝及墙拱接缝，没有采取有效的防水措施，人为地造成许多渗漏水通道；

D、大体积浇注混凝土时，水灰比往往大于控制值，再加隧道内的的积水，水灰比大大超值。

当混凝土内多余水份游离蒸发后，水份所占据的空间就成为毛细孔隙，降低了混凝土自身的抗渗强度，最终形成渗漏水的通道；

E、受温度应力、收缩应力、机械振动和爆破振动的影响，衬砌荷载发生变化，局部应力集中，形成拉裂或压裂性裂缝，随着时间的推移，相互贯通，形成不规则的贯穿性渗漏水通道；

F、因温度或养护等原因，衬砌体产生较大的收缩变形，同时又因强度不能充分发挥，承载及抵抗变形能力差，很容易造成混凝土衬砌垂直轴向的收缩性裂缝；

G、虽然有的隧道前期在临时支护与永久支护之间设置了防水层（聚乙烯薄膜或防水板），但在实际施工过程中，防水层难以形成一个连续的整体；暗埋于衬砌体内的疏水管移位、破损和变形相当普遍，防水效果甚微。

不论是那一类建筑物或构筑物，出现渗漏水现象必须同时具备两个条件：

一是有外部水源供给；二是建筑物或构筑物内部有贯穿的渗漏水通道。

水是无孔不入的，水分子的直径约为3nm，它可以渗入任何肉眼看不见的细微裂隙。

也就是说，建筑物和构筑物内部的裂缝一旦与外部水体相连，就会伴随着渗漏水现象的出现。

这已经成为业内专家的普遍共识。

二、目前隧道渗漏水治理的主要方法及不足

1、目前普遍采用的治理方法

从大量的技术文献资料分析来看，目前国内在隧道水害整治方面采用的方案大多是：

“截、堵、排、填相结合，以堵为主”。

就治理方案而言，“综合治理”是得到一致认可的，只是侧重点不同，侧重程度不同而已。

关键是与综合治理方案相配套的治理手段是否有效、可行。

没有技术手段支持的“方案”只能是纸上谈兵，没有多少的实际意义。

A、对衬砌表面裂缝和环向裂缝，采取先将裂缝凿成“V”形槽，再在槽内填充“快速堵漏剂”加以封堵（亦称为直接堵漏法）；

B、对隧道衬砌表面渗水（也称之为面渗）采取涂抹高效防水材料来处理；

C、在隧道边墙施工缝上设置排水槽，将隧道衬砌背后积水通过排水槽引至隧道侧沟；

D、衬砌表面裂缝处滴水或漏水较严重时，采用凿槽埋设Φ50半圆胶管方式将水引至边沟；

E、对于“集束流动”的漏水点，采用压注水泥－水玻璃，或水泥浆的方法加以封堵。

2、传统治理手段的不足之处

A、直接堵漏法解决不了水害问题

“直接堵漏法”是在渗漏水点和裂缝处凿出孔径为10～30mm，深为20～40mm的孔洞，或宽深各为20mm、40mm的凹型槽，然后取适量的堵漏材料加水拌制成泥状，搓成条形或锥形，快速地填入洞（槽）中，并用力挤压密实，保持45～60秒。

这种快速凝固的堵漏材料系水玻璃类材料，反应时放出大量的热量，凝固后会出现明显的收缩。

少则几个小时，多则几天，在新老接缝处会再次出现渗漏水现象。

另外，采取这种堵漏方法，无法将材料充填至渗漏水的通道内，也就会出现“顾此失彼”的被动局面，达不到治理的目的。

大量的室内试验和工程实践都充分地说明了这一点。

B、直接涂抹形成不了防水层

不论哪一类抹面防水材料（现在多用JS渗透结晶防水粉、弹性水泥、丙烯酸涂料等）都只能用于无渗水的基面上，只是对基面含水率要求不同（0－15％之间）而已。

结构含水率与结构渗漏水是两个完全不同的概念，两者的区别在于：

前者不受渗透压力作用，因而不产生除重力作用引起的位移以外的其它方向运动，它的大小只取决于温度差；后者受到渗透压力作用，经过孔隙和贯穿裂隙向某一方向流动，它的大小取决于渗透压力和裂隙率。

凡属涂抹材料，在其与基面结合的不长时间内（固化前），几乎没有粘结强度，而渗水是具有一定渗透压力的，显然它抵挡不住渗水的扰动，无法形成粘结牢固的防水层。

质量高的涂抹材料在其适用条件范围内可以2h固化，当固化期内有渗水连续作用时，材料将脱离基面，即使部分固化成膜，则在薄膜与基面之间形成一层水膜，稍有扰动，便开裂破损，失去防渗作用。

我们从大量的工程实践中很容易找到“涂抹治渗”完全失败的案例。

C、注浆材料和注浆工艺有待改进

对于隧道内集束流动水，现在多使用水泥－水玻璃注浆材料。

这类材料是以慢慢消耗碱而使水玻璃凝固的，整个材料完全是在碱性范围内凝结，由于Na2O的溶脱，使得固结体稀疏，易产生开裂，安定性差。

至于采用纯水玻璃注浆材料封堵衬砌体渗漏水又存在强度低，稳定性差，碱溶脱等问题，目前国内还没有解决这个问题。

而水泥浆属于“悬浮液”，它受到被灌体裂缝宽度的限制，难以达到治理水害的目的（这类注浆材料多用于建筑物或构筑物的充填注浆）。

传统的注浆工艺多属于手掀式“单液单系统”和“双液单系统”（水泥注浆除外），用这种人工压浆方法封堵渗漏水在城市地下建筑物水害治理工程中是常见的，虽有成功的案例，但多数效果不理想。

问题在于：

⑴、这种注浆方法体力消耗大，连续一次的注浆量十分有限，扩散半径很小，难以满足封堵被灌体裂缝的要求；

⑵、这种注浆工艺属于“间接式注浆”，浆液输入不连贯，易出现“脉冲现象”；

⑶、注浆压力是逐步升高的，后续浆液总是“突破”前期浆液挤入被灌体，也就是说，后续注入的浆液在超压力作用下冲破前期已初凝的胶凝体，继续超前固化。

那么在固结体内部就存在许多盘根错节的结构面，这些结构面的抗渗强度极低，后期势必发展成为渗水的弱面；

⑷、所配制的浆液必须在胶凝时间内一次性用完，导致材料的大量浪费，极易造成环境污染和施工毒性；

⑸、因为是“单系统”注浆工艺，配制的浆液不可能属于“速凝”，前期注入的浆液极易被渗漏水稀释，要不材料不凝胶，要不凝胶体的物理、化学性能大为降低，大大地影响堵水效果。

D、半圆软管无法将渗漏水“聚于”管内

排水是治理隧道水害的有效方法之一，已被广泛使用。

目前，公路隧道大都采用“半圆管排水”的方法将渗漏水排至沟槽内。

我们考察许多存在水害问题的隧道后发现，凡采用“半圆管排水”治理过的隧道，大都会重新出现渗漏水问题。

它的不可取之处是：

⑴、埋设半圆管势必要在衬砌体（有裂缝或接缝）上开槽，槽子的尺寸一般为30×55mm（宽度×深度）对于渗漏水严重的隧道而言，结构破坏性太大；

⑵、“半圆管排水”的提出，是基于裂缝处的渗漏水呈“滴水”状态，而绝大部分的裂缝渗漏水并不滴，而是淌；

⑶、不论是人工，还是机械开槽，半圆管都无法与槽壁紧密结合，而且壁面裂缝走向并不规则，之间的结合面上随处都是缝隙。

而水在重力作用下，只会在不规则的壁面上顺阻力最小的方向流淌；

⑷在半圆管的重力和张力作用下，没有凝固的封缝材料难以抵抗这外来的“荷载”，开裂是必然现象。

三、关于隧道水害综合治理方案

从建筑物或构筑物内部治理渗漏水有三种途径：

一是全部封堵；二是堵排结合；三是全部引排。

全部封堵就是对隧道内所有渗漏水裂缝实施化学注浆，将凝胶弹性体压入裂缝空隙内，封堵所有的渗漏水通道；堵排结合就是把化学注浆和人为排水结合起来使用；全部引排就是将隧道内的渗漏水全部用人为的方式派出。

这三种治理方法的优、缺点比较如下表：

三种渗漏水治理方法对照表

治理方法

技术难度

治理效果

对工程影响

工期与费用

全部封堵

要熟练掌握注浆材料和注浆工艺的性能，技术难度大。

注浆后，混凝土内部次薄弱裂缝会再次出现渗漏水现象。

造成“拉锯子”的局面。

凿除量大，对结构有一定的影响。

对后期的亮化工程几乎没有影响。

工期长。

工程造价大。

堵排结合

技术难度适中，但化学注浆和排水方法都要全面掌握。

渗漏水治理效果明显。

较少出现次薄弱部位重新渗漏水的现象。

通过特殊处理，对亮化没大的影响。

对结构没大的影响。

工期短。

工程造价适中。

全部引排

排水系统要设计合理。

“聚水”和“引水”技术要求高。

水害治理效果明显，没有封堵渗漏水通道。

对隧道后期装饰亮化有很大的影响。

工期短。

工程造价相对较低

1、综合治理方案

隧道渗漏水治理方案应体现它的合理性，可行性、可靠性和经济性，其中可靠性尤为重要。

它应遵循以下的指导思想。

A、刚柔结合、多道设防，最大限度地保证施工质量；

B、在条件允许的情况下，尽可能将渗漏水有序地疏导至排水沟，减轻外部水体对结构的渗透压力，变被动为主动；

C、引水泄压、大面止水、注浆封堵、口部处理。

使注浆堵水施工程序迎合混凝土多孔介质内水流运动规律；

D、工艺先进，划分合理，方法得当，材质优良；

E、对后期的亮化工程不产生较大的影响。

“堵排结合，以排为主，综合治理”方案是符合上述几条指导思想的，也是当今国内外治理隧道水害的总体趋势。

在我们长期的理论研究和工程实践的基础上，经过反复试验，制订出具有普遍适用性的隧道水害综合治理方案。

其具体内容为：

将由环向裂缝、施工缝和模板接缝渗漏到隧道内的水体截住，由经过特殊加工和特殊处理的“截水槽”引导，按照设计的路线引入排水沟内。

对经过确定的漏水点，引水泄压、埋设注浆管和微小裂隙止水等特殊处理后的部位，采用双液单系统注浆工艺向衬砌体内注入化学浆液，使其在被罐体裂缝内扩散，直至凝胶固化，达到封堵渗漏水的目的。

在“堵排结合，以排为主，综合治理”方案中，划定堵水或排水的原则是：

对不允许排水，或者影响后期亮化工程效果的渗漏水部位，采取化学注浆的方法进行封堵。

具体就是在纵向水平裂缝、斜裂缝和独立的漏水点、面渗部位；对允许，并且利于排水的渗漏水裂缝采用人为的办法进行疏导。

具体就是在环向伸缩缝、施工缝和模板接缝处。

2、关于化学注浆

化学注浆应优先选择“双液单系统压气储能化学注浆工艺”。

其原理是：

甲、乙两液（聚氨酯系列注浆材料）分别置于密封的储能压浆罐内，由空压机向储浆罐提供压力气体。

注浆前，由空压机直接提供的高压气体（大于储浆罐内压力约0.2Mpa）直接进入渗漏水裂缝内，最大限度地驱走引水孔内及相邻裂隙内的水体。

在关闭气体阀门的同时，打开甲、乙两液的进浆阀，让浆液通过各自的输浆管路进入混合器。

经过充分混合的浆液被压入衬砌体，并向四周扩散。

混合浆液在裂缝或裂隙内凝胶固化，堵塞渗漏水通道，达到堵水的目的。

该工艺有效地解决了在传统注浆工艺中浆液易被渗漏水稀释、注浆过程中夹有“脉冲”现象和窜浆凝胶等问题。

浆液凝胶时间可以准确地控制在30～120s之间。

水溶性聚氨酯注浆材料粘度低，可灌性好，亲水性极强。

它的聚合反应过程也是材料急剧膨胀的过程，并具有“二次渗透”的独特性能。

胶凝固结体的抗渗性好，强度和延伸率高，耐腐蚀，耐老化。

3、关于“截水槽”引流

“截水槽”是引排水方案中最为关键的环节。

其材料为经过特殊处理的板材，取宽30cm，长60－100cm（视拱线的曲率而定）。

经过压板机压制成高度为1.2－1.5cm的凸凹形截水槽。

截入槽内根据聚水的需要，用TBL在凹槽内壁斜贴数条阻水软垫，形成“槽中槽”的形态。

“截水槽”应做防锈、防腐处理。

为使“截水槽”能与衬砌壁面有效地粘结在一起，“截水槽”的两侧边用自粘橡胶条做柔性处理。

“截水槽”安装由拱顶向两侧下延，搭接宽度为5～7cm。

为避免在渗漏水裂缝两侧过多地钻眼，“截水槽”由射钉枪固定。

四、试刀山、高山隧道病害治理实践

试刀山、高山隧道位于合巢芜高速公路上，分上行线和下行线。

四条隧道总长度为3634.2m，两线中心距离为50m。

隧道主要通过的岩层为泥质砂岩、灰岩、泥灰岩及页岩、膨胀土、断层破碎带、岩溶破碎体等，洞口分布有第四纪残积层，地质情况十分复杂。

隧道最大埋深为190m。

两线分别于1996年和1995年竣工，迄今隧道运行已有11年。

两条隧道均为单向单线高速公路隧道，断面属“马蹄形”，隧道净宽11.04m，行车道宽7.50m，行车高度5.00m，路面宽度8.50m，两侧的人行道各宽1.10m。

墙高1.36m，半径5.52m，路面坡度为2％。

试刀山隧道衬砌为“喷锚＋防水层＋钢筋混凝土”复合式结构；高山隧道衬砌为“喷锚＋压注水泥浆＋钢筋混凝土”复合结构。

两侧人行道下设有排水沟，洞口上方原设有截水天沟。

我们对试刀山、高山隧道进行了多次实地勘查，从现场情况来看：

渗漏水现象相当普遍，壁面上钙质残留物随处可见，几乎所有的伸缩缝、施工缝和拱、墙接缝均存在不同程度的渗漏水，壁面大面积微量渗水也较为普遍，由于多种应力作用而引起的裂缝也普遍存在渗漏水现象。

已严重地危及到行车安全。

按照上面第三节中阐述的“隧道渗漏水治理方案”和相应的治理施工程序，我们于2006年11月对该隧道进行了大规模的渗漏水综合治理。

把《治理方案》中提出的指导思想、技术路线，处理方法、材料选用贯穿于工程始终。

采用化学储能注浆工艺封堵渗漏水和采用“截水槽”引排渗漏水的治理手段效果十分显著。

我们认为：

隧道水害治理应该以“堵排结合，以排为主，综合治理”作为指导原则，这样才能把“外部防水”与“内部治水”的概念界定清楚，把“速凝外抹”与“注浆截流”的本质区分开来；以化学储能注浆封堵渗漏水和“截水槽”引流渗漏水作为水害治理的主要技术手段，只有这样才能不对隧道原结构造成人为破坏，又为后期的结构补强和装饰亮化施工提供有力保证，达到确保工程质量的要求。

试刀山、高山隧道渗漏水治理工程量

名称

点漏（m）

面渗（㎡）

局部裂缝m

纵向裂缝m

环向裂缝m

试刀山A线

160

36

110.8

243.6

1638

试刀山B线

4

42

140.2

281

1440

高山A线

517

368.2

339.7

374

4290.4

高山B线

179

152.05

160.5

303.9

3300.3

合计

860

598.25

751.2

1202.5

10668.7

试刀山、高山隧道经过水害整治后，原先所有显现出来的点漏、面渗、裂缝渗漏和伸缩（施工）缝渗漏都得到了有效的治理，治理过的水害部位没有发现渗漏水的迹象。

由于我们对渗漏水“次薄弱”部位在水害治理的过程中给予足够的重视，在化学注浆时充分考虑浆液的扩散范围和胶凝时间，所以目前还没有发现新的渗漏水点。

五、结束语

随着中国高速公路的迅速发展，山岭公路隧道也越来越多。

由于设计、施工、自然地质条件等方面的原因，使得已建及在建的山岭隧道衬砌开裂、渗漏水等病害现象时有发生，有的甚至相当严重，它给隧道施工、安全运营都带来较大的隐患。

隧道水害整治问题已经到了非解决不可的地步了，我们在治理方案优化、操作程序合理、施工工艺革新、处理手段有效等方面做了大量的尝试和探索，经过归纳总结后，将其成功地应用于试刀山、高山隧道水害整治工程的设计和施工中，它为今后隧道水害治理提供了有价值的参考依据。