公路隧道渗漏水病害的预防措施研究

姬兵亮

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

渗漏水是公路隧道最为常见的病害，极难治理，往往诱发和加重其他病害，对隧道的运营存在严重影响。长期的渗漏水造成隧道侵蚀破坏、降低使用寿命；寒区隧道反复冻融使得衬砌破坏；地下水的长期渗流带走大量泥沙造成隧道背后出现洞，围岩强度及稳定性降低，威胁结构安全；路面结冰严重威胁行车安全，路面的翻浆冒泥严重影响通行等。如何科学有效地预防、减轻和处治公路隧道渗漏水值得深入研究。

1 隧道渗漏水原因分析[1]

隧道的修建，破坏了穿越区域围岩内的水系统平衡，隧道成为所穿区域围岩地下水集聚的通道。如果围岩内含水丰富，而衬砌的防水及排水设施不完善时，就有可能产生渗漏水病害。归结起来隧道渗漏水的主要原因有以下几个方面。

1.1 地质勘查

由于各方面的原因，很多隧道的地质水文勘查工作开展的较为粗糙，获取的资料不充分、准确，隧道线路没有避开复杂地质或不良地质，给隧道施工及防排水带来困难，为后期隧道渗漏水埋下隐患。

1.2 防水设计方面

部分设计单位没有对隧道的围岩特征、水文特性深入了解，没有采取有针对性的、科学的防排水系统设计，导致隧道防排水系统的应对能力不足，后期隧道渗漏水。

1.3 材料使用

目前我国防水材料生产厂家众多，材料性能参差不齐，设计中往往对防水层的参数指标要求不具体，导致可选择的厂家很多，施工单位往往选择价廉的防水材料。

二是防水层的耐久性无配套实验方法，工程试验中虽然对材料物理指标如拉伸、撕裂、刺破等性能有较多的试验检查，可避免在施工过程中不受损坏，但耐久性指标却往往缺乏重视，但一些工程运营一定时间后开始渗漏水。

1.4 防水施工

隧道防排水系统施工中往往不能严格按照设计和规范施工，导致防排水系统存在原始缺陷，造成隧道渗漏水。隧道防排水施工中常见的问题有[2]：

a）排水系统衔接不畅，公路隧道的排水系统由环向排水管、纵向排水管、排水边沟或中心排水管等组成，施工过程中若排水管上下没有衔接好或中间断开、三通管连接不畅、纵向排水管反坡设置和排水管中间淤塞等，使隧道在运营中不能将地层中的渗水畅通排出，造成衬砌壁后水压增高而引起隧道渗漏。

b）铺设基面粗糙损伤防水层，在岩石地层或喷射混凝土基面上，未按照规范对基面进行处理，二次衬砌混凝土浇筑时，塑料防水层受到挤压力或直接被尖锐物刺破，以及混凝土收缩时，防水板受到剪力，导致防水板损坏。

c）隧道施工缝或沉降缝处止水带安装不能达到设计要求，导致隧道在施工缝或沉降缝处存在薄弱面，成为隧道渗水主要区域，事实上很多隧道渗漏水主要发生在施工缝或沉降缝处。

d）隧道二衬混凝土质量不佳也是隧道渗漏水的一大要因，二衬是隧道防渗的最后一道防线，但许多隧道二衬内部尤其是拱顶部位存在不密实、空洞区域，成为又一薄弱点，渗漏水可能性加大。

1.5 运营管理

隧道的运营过程中应该对可维护的防排水系统进行定期维护，而很多隧道运营管理机构往往疏于这项工作，隧道内排水系统堵塞、洞外截排水沟损坏及堵塞等间接造成隧道渗漏水。

2 隧道渗漏水的预防

2.1 隧道防排水设计[3]

隧道防水要“防患于未然”，首先从设计做起，要在水文地质调查的基础上，从工程规划、结构设计、材料选择、施工工艺等方面进行合理设计。

2.1.1 公路隧道防排水设计应遵循的原则

a）做好隧道的水文地质勘查工作，获取充分的资料，尽量避开复杂地质、不良地质尤其是富水地层。

b）对下穿江、河、村镇、城市及对环境有特殊要求的隧道宜采取全封闭不排水的原则。

c）应对附近的井泉、池沼、水库、溪流等进行调查，必要时进行观测和试验，设计采取相应的预防和处治措施，如采用堵水施工工艺、加强结构防水性能设计等。

d）对岩溶、高压水和适当排水不会影响环境的隧道宜采取以堵为主，限量排放的原则。

e）排水对环境确无影响时宜采取排水的原则，并考虑排水措施的可维护性。

2.1.2 公路隧道防排水设计应考虑的方面

a）依照隧道降雨量、地质水文状况、围岩及含水量等情况划分区段进行防排水设计，分别采取有针对性的防排水策略，精细化防排水设计。

b）在富水区段，采用注浆防水，可按照以下原则进行注浆防水：根据地质情况、掘进和支护的方式、支护预期的变形量、相邻隧道的相互影响及其他构筑物的位移、沉降、水资源保护的要求进行注浆防水方案的选择；对地质预测、预报有大量涌水的软弱地层地段，宜采用地表或洞内全封闭超前预注浆；在开挖后如有渗漏水或大股涌水时，宜采用支护前围岩注浆。当初期支护表面有超出设计允许的渗漏水时，应用回填注浆或径向注浆进行处理。

c）在隧道埋深大、节理发育、地下水丰富的情况下，为保证衬砌结构外围排水畅通，消除衬砌结构静水压力，可在初期支护（喷射混凝土层）完成之前视情况埋设排水圆形半管或矩形排水半管（图1），形成暗埋、永久式排水通道系统，将水引入隧道纵向排水管或通过盲沟（管）引入排水沟排出洞外。

注：圆形排水半管市场已有成品供应，矩形排水半管可根据围岩出水点的大小设计制作和安装，材质以不锈钢板为最佳，塑料也可，但应保证足够的刚度。

图1 矩形排水半管示意

d）二衬与初衬之间铺设高分子防水板和无纺布，采用无钉铺设。

e）二衬采用防渗混凝土，隧道混凝土结构抗渗等级不得低于P6，设计采用防水混凝土时，其抗渗等级不得低于P8，并重视施工缝、沉降缝的处理构造和工艺。

2.2 隧道防排水系统的施工[4]

隧道结构防排水必须按照设计施工，应做到以下几点：

a）对于覆盖层较薄和渗透性强的破碎岩层，地表处置与地表水的放排堵截宜及早处理，应经常检查高水位水池，防止水流泄漏，洞内施工临时排水应经常清理疏通，防止积水。

b）应重视初期支护的防水能力，做好施工缝和变形缝防水，确保盲沟、排水管（沟）排水畅通，中心排水管埋好后，应进行通水试验，发现积水漏水及时处理。

c）依据功能要求、类型及技术要求合理选择防水板材；充分重视防水板的敷设工作，防水板材敷设前应对初衬表面进行清理整平，杜绝钢筋头、锚杆头、石块等尖锐物遗留，对较大坑洼应进行补喷平顺，避免防水板刺破和涨破；选择合理的防水板材敷设和焊接方法，掌握好预留松弛量，确保松紧有度，避免在浇筑混凝土时涨破。

d）应充分利用混凝土自防水能力，二衬混凝土施工时加强振捣，避免出现内部不密实、空洞等缺陷，拱部混凝土浇筑时应在拱顶预留注浆孔，注浆孔间距不大于3 m，且上坡端头部位应不少于1个，在衬砌强度大于100%后进行逐一注浆，注入砂浆强度应满足设计要求，注浆压力控制在0.1 MPa以内；待浆液凝固后采用地质雷达探测，如发现拱顶仍存在不密实及空洞现象时，应及时处理。

e）附属洞室与正洞连接处的防排水系统应与正洞同时同标准完成。

2.3 隧道基底防排水设计与施工

为避免公路隧道在运营过程中路面出现翻浆、冒泥及坑槽等病害，隧道位于富水特别是有承压水的区段应进行隧道基底防排水的设计及施工。

a）隧道基底围岩较好、岩石遇水不易软化时，出水量较小，宜采用渗井排水法，沿中央排水沟按照一定间距设置与其相通的渗井，设置间距根据基底的出水量大小综合确定，渗井宜采用圆形，直径以小于中央排水沟宽度10 cm为宜，渗井内填碎石及块石，为了便于检查和清淤，可将渗井同中央排水沟检查井设置在一起。隧道基底排水渗井示意见图2所示。

图2 隧道基底排水渗井示意图

b）当隧道基底围岩较差、岩石遇水易软化时，出水量较大，为及时排除围岩来水，宜采用密渗井暗管排水法，沿中央排水沟密设渗井，间距依据基底的出水量大小综合确定，且宜大于5 m，渗井底部通过设置在仰拱底部的纵向暗管相连，暗管直径宜为30～50 cm，采用C15无砂混凝土制成。隧道基底密井暗管法排水示意见图3所示。

注：无砂混凝土的特点为排水性好，基底渗水可快速通过无砂混凝土暗管排出隧道，达到疏干基底地下水避免基底软化的目的。

图3 隧道基底密井暗管法排水示意图

2.4 二衬端头钢模板固定止水带施工技术的推广应用

公路隧道施工缝设计安装中埋式和背贴式橡胶止水带，利用橡胶的高弹性，在荷载下可以产生较大的弹性变形，从而起到坚固密封防止渗漏水的作用。

传统的止水带安装施工技术难以牢固固定止水带，止水带定位及安装质量难以达到要求，在二衬混凝土浇筑过程中极易跑模，影响防水效果，因此运营隧道在沉降缝及施工缝处常出现渗漏水现象。

近年来铁路客专发展起来一种止水带安装新技术，可显著提高止水带安装及施工质量，且有优势，公路隧道应学习引进并加以推广利用。

a）技术原理 根据隧道轮廓及尺寸参数，设计制造内、外弧形钢模板，采用螺栓连接。止水带设置在内、外模板之间，除弧形钢模本身连接外，并通过定型台车内侧钢板预留孔及端头钢管固定，实现止水带安装新工艺。

注：二衬端头模板采用定制的内、外弧形钢模板，不仅可牢固定位止水带，准确控制预留长度，减少施工活动对其造成破坏；而且封端更加牢靠，增强了抵抗混凝土浇筑时侧压力的能力，利于纵向钢筋的安装及预留。

b）系统组成 安装体系由模板系统、连接系统、止水带本体、支撑系统及预留孔洞五大部分组成（图4）。

图4 端模板系统组成示意图（局部）

c）端模板构造 二衬弧形钢模板厚0.5 mm，单元长度1 000～1 500 mm，半径R较设计衬砌半径加大50 mm。内、外钢模板组合宽度较设计厚度加大200 mm，安装完成后与衬砌台车边模板平齐为宜。弧形钢模板组合可调节厚度为30 mm，最大不超过50 mm。端模板构造见图5所示。

图5 端模板构造

d）技术要求 二衬端头钢模板安装对初期支护平整度要求较高，应满足设计标准。为了保证模板准确定位，一块模板范围内（即环向100～1 500 mm范围内）凹凸面高差小于等于50 mm/m2为宜。在施工过程中，应严格按设计及规范施工，控制好隧道超、欠挖，保证喷射混凝土表面平整度达标。

二衬端头钢模板固定止水带施工技术具有以下特点：

（a）安装便捷、省力，止水带有一半外露，安装质量一目了然。

（b）减少了对木材的需求量，环保节能效益明显。

（c）消除了隧道二衬止水带施工中的质量通病，提高了隧道施工技术水平。

（d）衬砌端模严密性较好，减少了混凝土浇筑过程中的漏浆现象，有效地提高了混凝土质量。

2.5 运营管理

在隧道的运营过程中应重视对防排水设施的维护工作，主要做好以下工作。

a）洞外截排水沟的日常维护工作 定期维护、清理截排水沟，保持排水畅通，避免明水下渗，将降雨及流水引排至远离隧道的区域，减小隧道围岩含水量，降低水压力。

b）洞内中央排水沟的定期清理 定期清理疏通中央排水沟，使其畅通排水，释放减小水压力；洞外中央排水沟出口部位冬季加强保温工作，防止排水洞口冰冻密封导致水压增大。

3 结语

消除或减轻隧道渗漏水现象对减少隧道养护费用、改善行车条件、减少事故隐患均有重要意义。由于造成隧道渗漏水原因众多，采用单一的预防措施的作用与效果总是有局限性的。因此，在面对这一问题时，必须采用系统性思想，把握全局，注重细节，采用创新技术，综合考虑同时采用多种措施进行综合防治，并在施工中严格按照施工程序施工，做好质量控制工作；当运营过程中出现病害时，应当及时查明原因及时按照《公路隧道养护技术规范》(JTG H12—2003)规定的方法处理，以免造成病害持续发展导致渗漏水的发生发展。