既有高速公路隧道渗漏水病害及整治措施

刘赟君，张志强，谢蒙均，韦培富，满 银

(1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳550008;2.西南交通大学 土木学院，四川 成都610031;3.贵州省交通科学研究院股份有限公司，贵州 贵阳550008)

0 引 言

目前，我国高速公路建设蓬勃发展，由于高速公路要求、隧道优势和特点，隧道在高速公路中所占的比例剧增，其数量和里程数也急速增加［1］。然而隧道所处环境极为复杂，特别我国西南地区地质条件千变万化，导致高速公路隧道运营情况不容乐观，大部分隧道出现渗漏水病害，工程界泛称为“十隧九漏”，亟待解决。

隧道渗漏水会使结构潮湿、路面积水湿滑、地面摩擦力降低，影响行车舒适及安全;长期渗漏水会导致衬砌侵蚀破坏，影响隧道结构稳定、安全及耐久性;寒冷地区，冰柱和冰锥会威胁人车安全，且反复冻融会造成衬砌开裂破坏等［2］。鉴于此，许多学者进行了一系列研究。如:邹育麟等［3］统计了重庆现役高速公路隧道渗漏水情况，并分析了病害成因;陈健蕾等［4］调查贵州省46 座隧道的渗漏水状况，并分析了分离式和连拱隧道的渗漏水特点;张素磊等［5］对隧道新型排水材料进行了一定的研究，分析了其适用性和有效性;魏连峰［6］分别对隧道点、线、面三种渗漏水形式提出了不同的整治方法;刘学增等［7］对一种运用数字图像处理方法进行隧道渗漏水病害检测技术进行了研究;万利等［8］提出了针对施工缝和裂缝处渗漏水的微创伤处治技术;钭逢光等［9］从杭徽高速公路连拱隧道渗漏水病害情况入手，提出了有效的治理措施;ZHANG X F 和K.Okada 等［10-11］对隧道渗漏水常规治理技术进行了研究等。综上所述，大量的学者对隧道渗漏水进行了研究，成果具有一定的借鉴性。而季节性隧道渗漏水病害不同时期呈现出的形态及不同部位、程度和形式的渗漏水病害的危害性和整治措施还有待进一步分析与研究。

为此，本文通过对2014 年7 月贵州省强大暴雨后某高速公路隧道渗漏水病害的监控、记录，对病害进行成因和危害程度分析、分类及状态判定，并探明不同时期病害现象及应对措施，进一步探讨隧道不同部位、形式及程度下渗漏水的整治措施。

1 隧道渗漏水病害现状

基于实地调查、病害监控及水文地质条件考察，发现隧道存在不同程度渗漏水病害，并且出现高水压引起的衬砌变形和开裂。通过渗漏水现场分析及依据《公路隧道养护技术规范》(JTG H12-2015)对其病害形态进行判定，得出隧道渗漏水病害状况，如表1 所示。

表1 隧道渗漏水病害统计Tab.1 The statistics of tunnel leakage disease

1.1 隧道1

隧道1 渗漏水程度较轻，基本未出现明显严重的病害，主要表现为拱部、边墙或墙脚浸润、潮湿。整个渗漏水状态判定为B 类，对隧道行车几乎无影响。

1.2 隧道2

隧道2 渗漏水严重，主要表现在拱顶、拱腰、边墙以及施工缝处，水质较为清澈。其中有2 处表现为喷射状和涌流状，流量达到30 L/min，基本判定为2A 类，影响行车安全。并且渗漏水严重区段边墙伴随纵向细微裂缝出现，具体如图1 所示。

图1 隧道2 渗漏水病害Fig.1 The leakage disease of tunnel 2

1.3 隧道3

隧道3 渗漏水程度较轻，主要为拱部和边墙浸润、潮湿。渗漏水状态判定为B 类，对隧道行车几乎无影响。

1.4 隧道4

隧道4 渗漏水极为严重，主要表现在拱顶、拱腰、边墙以及施工缝处，水质浑浊。由于高水压使隧道边墙至仰拱严重变形开裂，并在墙脚和仰拱处涌出大量的水和泥沙(暴雨后增大)，基本判定为3A 类，严重影响行车安全，急需处理。在渗漏水严重区段(尤其紧急停车带)隧道边墙伴随纵向细微裂缝的出现，如图2。

图2 隧道4 渗漏水病害Fig.2 The leakage disease of tunnel 4

1.5 隧道5

隧道5 渗漏水较严重，出现在隧道的拱腰、边墙以及施工缝等处，水质相对较清澈。其中隧道拱腰有一处呈涌流状，暴雨过后流量较大，基本判定为A 类，不久可能会影响行车安全。在隧道渗漏水相对较为严重区段边墙伴随有纵向细微裂缝出现。具体如图3 所示。

图3 隧道5 渗漏水病害Fig.3 The leakage disease of tunnel 5

2.6 隧道6

隧道6 渗漏水严重，主要表现在隧道拱腰、边墙(边沟旁)及施工缝等处，其中施工缝处渗漏水较多，水质较为浑浊，水源很大部分为地表水，暴雨后水量明显增大，并有泥沙带出。尤其在某区段施工缝的拱顶至边墙，水呈喷射状，最大流量达到300 L/min，严重影响行车安全，基本判定为3A 类。并且在部分隧道渗漏水较为严重区段边墙有纵向细微裂缝出现。具体如图4 所示。

图4 隧道6 渗漏水病害Fig.4 The leakage of tunnel 6

3 隧道渗漏水病害的成因

隧道出现渗漏水病害，以下三个条件缺一不可:一是充足的水源补给，二是足够大的渗水压力，三是渗漏水通道。然而引起隧道出现渗漏水的成因多种多样，而本高速隧道通车运营时间较短，渗漏水病害分为水文地质原因和设计施工原因，其中水文地质原因为病害主因。

3.1 水文地质原因

隧道开挖后会在原地下水平衡地层形成“临空面”，“临空面”水压很低(接近0)，从而会在隧道结构上形成较大的水压力［12-13］。并且隧道开挖会在隧道周围形成一定的围岩松动区，存在孔洞和裂缝，为地下水的渗入提供了通道［14］。具体客观原因有:

①长时间特大暴雨提供了巨大的地表水来源，渗入隧道的水超过了设计排水能力，特别是地表水占主要成分的隧道(如:隧道4、隧道6)，高水压作用下，水会沿着衬砌薄弱部位渗入隧道，出现破坏。

②隧道较长，埋深较大，汇水区域面积较大，长时间强大暴雨后隧道排水系统压力过大。

③以地表水为主要水源的隧道(如隧道4)，水中泥沙含量严重，暴雨后超大量的泥沙导致隧道排水系统堵塞、瘫痪，从而出现极为严重的渗漏水病害，甚至变形开裂，病害影响最为剧烈。

④隧址区围岩裂隙发育，岩层夹泥严重，且隧道穿越溶洞，长时间强大暴雨后使隧道结构上水压大。

3.2 设计施工原因

①勘察设计方面:勘察设计过程中主要倾向于隧道结构部分，对隧道防排水有所忽视。虽然防水板采用全包形式，并且设计了相应的排水系统，但是对于复杂地质区段，特别是穿越破碎带、溶洞以及软—硬围岩交接段等，未进行全面防排水处理，即没有采用初支背后围岩注浆堵水或未设置泄水孔等措施，从而使隧道出现渗漏水病害。

②施工方面:不正当施工极易使隧道产生渗漏水病害，比如:止水带固定不牢，二衬浇筑时出现卷起;止水条安装不规范;施工缝和变形缝处混凝土浇筑不够密实，或与止水条不够密贴;隧道光面爆破效果不太好，而衬砌与围岩不密贴，从而出现存水构造等。

4 隧道渗漏水病害分类

隧道渗漏水病害分类的方法有很多，我国铁路隧道渗漏水一般定性的分为六级:润湿、渗水、滴水、漏水、射水及涌水。而高速公路隧道，依据《公路隧道养护技术规范》(JTG H12-2003)，根据渗漏水压力、流量等因素，可以将其分为喷射、涌流、点滴、浸润。而根据隧道渗漏水形式和面积可以分为点、线、面三种形式［15-16］。

点渗漏存在不连续和无规律性，其往往是由于高水压作用下，大量的水在混凝土不够密实、施工缝止水条断缺及仰拱处等隧道结构防排水相对较为薄弱的部位有压排出，主要表现为孔洞渗漏水，其状态往往非常严重，一般呈喷射～涌流状，如图3(a)、图4(a)，严重时甚至可能会引起衬砌破坏。其中拱部喷射、涌流状渗漏水会严重影响行车的安全，危害性最大;从隧道结构受力来说，泥沙堵塞排水系统导致的高水压作用下，仰拱往往为薄弱部位，容易破坏，导致路面翻浆冒泥，危害重大。

线渗漏具有一定的连续性和规律性，主要变现为缝漏，其主要出现在施工缝、变形缝以及纵向裂缝(主要在拱脚和边墙处，呈条状，一般长达数十米)处，而由于衬砌受力产生的斜向裂缝渗漏水较少。水压较大时，线渗漏水较为严重(一般为涌流～点滴状)，如图1(a)、图3(b)、图4(c)等。而从结构受力方面来说，一般环向(施工缝、变形缝)渗漏水对结构影响相对较小;斜向裂缝渗漏影响最大;纵向裂缝渗漏水次之。

面渗漏主要表现为隧道衬砌内表面大面积渗漏水或水压较小时裂缝渗漏水，无规律性，分布区域较大。其往往由于水压过大、二衬混凝土浇筑不够密实、混凝土抗渗等级和防水能力不够或者施工缝和变形缝防水措施不良引起，程度一般较轻，主要呈点滴或浸润状。

对于以上6 座隧道，隧道1 和隧道3 渗漏水较轻，主要呈点滴或浸润状;隧道2、隧道4 和隧道6 有相关区段渗漏水极为严重呈喷射状;隧道5 个别严重区段呈涌流状，大部分呈点滴或浸润状。

5 不同时期隧道渗漏水病害状况及处理

通过对以上隧道监控及资料整理分析，掌握了隧道各种渗漏水病害不同时期的状况及应对措施，具体如下。

5.1 渗漏水病害初期

长时间特大暴雨后，隧道渗漏水病害初期也可以说是“渗漏水洪峰期”。隧道渗漏水和河流洪水一样也存在洪峰期，与降雨持续时间、隧道埋深、隧道地质条件等有关，一般为降雨过后2 ～4 d，而本次监控时由于降雨时间长，雨量大，且隧道埋深较深，时间长达4 d。

这期间隧道渗漏水主要表现为:渗漏严重处局部喷射状出水，各渗漏水处，水量大;排水能力不足处，井盖甚至可能出现冲起，路面积水严重;局部高水压可能导致隧道开裂破坏等。对于拱部(尤其是拱顶)喷射状出水，应该铺设疏导设施，将水引向两侧边墙排导，如图5 所示;对于渗漏水严重、水压较大的区段，在隧道边墙下部打设泄水孔，降低作用在隧道结构上的水压力，防止隧道衬砌在高水压作用下破坏，如图6 所示，等等。

图5 隧道渗漏水疏导Fig.5 The deverting of tunnel leakage disease

图6 隧道泄水孔打设Fig.6 The drilling of tunnel outlet entrance

5.2 渗漏水病害整治期

渗漏水病害整治期间包含了隧道渗漏水流量逐渐减小至稳定以及渗漏水病害稳定期。本期间隧道渗漏水逐渐减小，二衬出现线渗漏区域，会流出白色结晶物，并且细微裂缝因白色结晶物而越变明显，最后呈泛碱现象，如图3(b)所示;而对于隧道水源以地表水为主的隧道，渗入隧道的地下水会含有大量的泥沙，随着水量的减小泥沙会滞留在隧道衬砌表面，出现泛黄现象，如图7;隧道严重渗漏水段，基底和衬砌背后围岩中大量泥沙被带出而掏空，隧道运营过程反复车辆荷载作用下，隧道路面会出现不均匀沉降，部分严重区段掏空引起的隧道不均匀受力会使隧道变形开裂(尤其路面)，等等。

图7 隧道衬砌泛黄Fig.7 The yellowing of tunnel lining

应对措施:每天实时监控原有渗漏水病害的发展情况，并检查是否有新病害出现，尤其是渗漏水严重段路面;安排对严重的病害进行专项检查，检查衬砌破坏程度、衬砌掏空情况以及继续运营安全性，得出相对应整治措施，对所有影响到隧道结构以及运营的隧道渗漏水病害按相关要求进行处理。

5.3 病害整治后运营期

隧道渗漏水病害整治以后，隧道处于正常运营期，运营期间要根据相关规范中相关规定对隧道进行合理的养护、日常检查和定期检查等，特别是出现过隧道渗漏水病害及维修加固的区域。

6 整治措施

隧道渗漏水病害整治措施多种多样，应根据渗漏水部位、程度、结构特点及环境条件等确定合适的整治措施，以求尽量采用先进的技术及抗渗、耐腐蚀、抗裂、无毒无味、便于施工的防水材料［17-18］;尽量采用多道设防，着重细部构造。基于对某高速6 座隧道渗漏水病害整治的观察和分析，得出以下渗漏水整治措施:

①渗漏水病害整治具有阶段性，渗漏水洪峰期主要以降低水压、减小隧道结构上作用力以及保证交通的安全型为主。因此，对于水压较高区段通过在隧道两侧边墙下部1 m 高度内，根据水压情况钻设适量的泄水孔进行泄水降压，如图8 所示;对于拱部，尤其在拱肩至拱顶，出现涌流状～喷射状渗漏水时，应先沿隧道环向布设PVC(聚氯乙烯)管或铝合金疏导管，疏导管紧贴隧道衬砌表面，将大量渗入水引到两侧边沟进行排导，如图9 所示，接着在纵向10 ～20 m 范围两侧边墙下部1 m 高度内打设泄水孔降压等措施，保证行车的安全;对于路面出现冒水段，应在上游5 ～10 m 处路面钻设横向导坑，将水引向边沟，并检查泥沙情况，视情况及时疏导中央排水沟等。

图8 隧道泄水孔打设Fig.8 The remediation of linear leakage

图9 疏导管安设Fig.9 The setting of bypass

②水质浑浊的隧道，应检查排水系统的泥沙情况，及时对淤泥进行清理，防止排水系统堵塞，使隧道承受巨大的水压，甚至严重变形破坏;对于排水系统受堵的区段，在两侧墙脚每隔一定距离钻设泄水孔，如图8 所示。

③点状渗漏水，一般呈涌流状～喷射状，根据水源、部位的不同措施有所区别。以长期地下水为主要水源的渗漏水，应在边墙下部打设泄水孔，并从泄水孔开始沿着环向朝边沟进行剔槽，剔槽内布设PVC 管，设置排水盲沟进行排水;对于以地表水为主的渗漏水，在水压减小后检查衬砌背后情况，排出淤泥。再采用直接封堵或者注浆封堵等方法进行处理，在表面喷、刷防水砂浆，如图10 所示。

图10 剔槽和刷防水砂浆Fig.10 Carving slot and brushing waterproof mortar

④线状渗漏水，一般为施工缝、变形缝以及裂缝渗漏水。环向(施工缝、变形缝)渗漏水对隧道结构影响较小，渗漏水程度严重时进行泄排;纵向裂缝渗漏水，应根据裂缝宽度、长度、部位视情况处理，边墙细微裂缝一般先在裂缝处打设泄水孔，并沿环向剔槽，布设排水管，钻设排水盲沟，将水引排至隧道边沟，然后在外面涂弹性密封材料、喷刷防水砂浆;拱顶纵向细微裂缝、宽度大于1 mm 的裂缝以及斜裂缝，应先检查裂缝是否内外贯通，分析衬砌的安全性，再进行处理，如图11 所示。

⑤“面状”渗漏水，一般采用刷、喷各种防水材料，一般有双快水泥、改性沥青、聚合物水泥砂浆等，在背水面做防水层，等等。

图11 线状渗漏水整治Fig.11 The remediation of linear leakage

7 结 语

基于对以上隧道的监控、观察、分析和研究，结合对国内外相关学者研究成果的学习和整理，进一步综合现有高速公路隧道渗漏水病害的特点，本文对渗漏水不同时期病害现象、成因、分类、各阶段整治措施进行了分析，整理和凝练以下几点结论:

①通过对某高速6 座隧道渗漏水病害进行了全面、详细的介绍，整体掌握了其渗漏水病害的基本状况，得出目前隧道由于长时间强大降雨可能出现渗漏水病害的主要形式:喷射、涌流、点滴、浸润状，并结合相关规范对渗漏水状态进行判定分级，其中隧道1、3 渗漏水程度轻，为B 类，对隧道无明显影响，而隧道4、6 为3A 类，急需处理。

②从6 座隧道实际入手，分析渗漏水病害的主要原因，其主要为季节性长时间特大暴雨与隧道不良地质，并通过对隧道4 出现翻浆冒泥进行分析，得出泥沙堵塞排水系统的严重性。

③分别按相关规范以及渗漏水形式和面积将渗漏水分为点、线、面渗漏。并分析了“点、线、面”渗漏水与喷射状、涌流状、点滴状及浸润状间的对应关系，点渗漏一般呈喷射、涌流状，线渗漏一般呈涌流、点滴状，而面渗漏程度轻，呈点滴、浸润状;进一步阐述不同渗漏水对结构的影响，点渗漏危害一般最为严重，尤其拱部和仰拱，呈喷射或涌流状，甚至可能导致翻浆冒泥;线渗漏危害次之，一般表现为环向＜纵向＜斜裂缝。

④隧道渗漏水病害分为初期、整治期和整治后运营期，并进一步提出了各阶段的主要应对措施。初期一般2 ～4 d，其措施主要以泄水降压和引排为主;整治期时间较长，隧道可能伴随有泛碱、泛黄、不均匀沉降等出现，严重病害处往往需要进行专项检查。

⑤阐述了不同渗漏水形式、程度渗漏水的整治措施:点渗漏先边墙打设泄水孔泄水，然后表面喷、刷防水砂浆等维修加固，而拱部渗漏水需环向疏导管引排;环向线渗漏水严重时进行泄排，纵向和斜细微裂缝线渗漏采用钻设泄水孔、环向剔槽引排等;面渗漏主要涂刷防水材料或背水面做防水层。

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