新建兰渝铁路隧道衬砌渗漏水原因分析与治理措施

薛 宁

(兰渝铁路有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

隧道渗漏水问题由于其普遍性和危害性，被业界称为隧道工程质量的“大隐患”，相关研究较多。邹翀等[1]对圆梁山隧道衬砌裂缝及渗漏水产生的原因和治理采用的材料、方法等作了介绍；张成平等[2]对处于高水压富水区的海底隧道进行了研究；吴兵等[3]依托关兴公路蛇形坡隧道衬砌渗漏水病害整治工程，用5种措施对渗漏缝(点)进行修复；杨婕等[4]基于娄山关隧道渗漏水病害，提出了公路隧道的单个和总体病害等级的划分标准。上述研究主要集中在运营公路隧道渗漏水病害成因与整治方面，而关于新建高速铁路隧道衬砌出现的一系列渗漏水病害成因分析及整治的研究甚少。

兰渝铁路是我国继京广线、京沪线之后，第3条纵贯中国南北的铁路大动脉。其中兰州—广元段多座隧道穿越第三系富水未成岩砂岩、极高地应力软岩等恶劣工程地质环境。隧道贯通后，兰州铁路局对兰州—广元段隧道进行了提前介入检查，发现部分隧道衬砌存在渗漏水等病害。

本文针对兰渝铁路兰州—广元段部分隧道出现的渗漏水病害，对其成因进行了分析，并提出了一套适合新建高速铁路隧道二次衬砌渗漏水病害的整治措施，供新建隧道工程借鉴。

1 隧道衬砌渗漏水病害分类

根据现场收集的隧道渗漏水病害情况进行了病害归纳分类。对隧道的渗漏水形态进行量化统计，根据渗漏水量大小和渗漏状态分为4类：①水迹，发生渗漏水的衬砌表面留下渗漏水痕迹，如泛碱;②渗润,衬砌表面呈面状湿润，但没明显的水珠现象;③滴水,衬砌渗漏水成水滴状态，可以在衬砌表面形成明显的滴水点;④流水,衬砌表面从裂缝或施工缝中流出明显的水流或滴水成线状。

2 病害原因分析

根据对隧道的现场调查，结合相关研究[5-8]，高速铁路隧道渗漏水原因可从以下3方面分析。

1)隧址区工程地质环境是导致隧道渗漏水的直接原因。例如，隧道穿越区围岩为第三系富水未成岩砂岩的胡麻岭隧道(全长 13 611 m)，地下水丰富，开挖前水头超过洞身标高70 m以上，全隧贯通后地下水位逐步恢复，加之细小沙粒堵塞排水盲管等综合作用，导致隧道衬砌渗漏水。还有一种情况是隧道穿越断层区域、暗河如木寨岭隧道(全长 19 105 m)、化马隧道(全长 12 580 m)，在强降雨情况下地表水通过围岩裂隙渗入地下，断层大量漏水和暗河流量增加，从而导致隧道防排水设施超负荷运转，无法及时排出涌入的地下水，最终导致隧道衬砌渗漏水。

2)隧道防排水结构的完整性受到破坏是隧道衬砌出现渗漏水的重要原因之一。兰州—广元段多座隧道穿越复杂工程地质，为保证顺利施工，多采用CRD法或双侧壁导坑法等分部开挖工法，隧道初期支护分多次进行前后左右连接，部分隧道因复杂地质引发二次衬砌拆换，甚至是多次拆换，引起防水设施反复局部拆换。上述设计、施工因素不可避免地造成部分防水板出现焊接不到位、施工止水带外露(如图1)等问题。

图1 施工止水带外露导致渗漏水

3)部分防排水结构设计并没有考虑到隧址区遇到强降雨情况下的强化防排水能力。同时部分第三系富水未成岩砂岩受到承压渗流水作用非常明显的隧道，其排水盲管由于粉细砂粒或地下水矿化结晶体充填堵塞而没有形成设计的排水通道，造成了衬砌壁后排水不畅，使得隧道二衬受到较强的地下水压力作用，最终导致地下水直接从衬砌裂缝渗入隧道。

3 衬砌渗漏水治理

3.1 隧道衬砌渗漏水整治原则

TB 1003—2005《铁路隧道设计规范》规定：“隧道防排水应按防、排、截、堵，因地制宜，综合治理的原则进行”。具体做法如下：

1)采用目前建筑防排水领域较先进、效果好、功效高的新技术、新工艺、新材料修复衬砌裂缝。

2)采用凿槽埋管的措施进行引排水。对于一般施工缝渗漏水可以采用环向刻槽埋管的排水措施，将水引入到水沟内。对于一些不规则的裂缝渗漏水应刻槽埋管，将水引入到附近施工缝处埋设的排水管中。一般点渗水和距离施工缝较远的不规则裂缝渗漏水可采取堵水措施。集中出水点可采取先注浆堵水，再进行集中引排的措施。

3)在衬砌背后注浆堵水。可结合现场地质情况，采用钢管锚杆进行衬砌背后注浆。该措施既能起到堵水的作用，也能够固结衬砌背后的围岩。对衬砌背后的空洞进行填充，使固结体成为二次衬砌的“围岩护拱”，成为隧道支护体系的一部分。同时注浆钢管可作为隧道径向支护锚杆，加强隧道支护系统。衬砌背后注浆(包括仰拱下和仰拱与填充层间)以充填固结为原则，应根据现场钻孔情况灵活掌握注浆深度，严格控制注浆压力，尽量采用快速凝结的注浆材料。注浆前及注浆过程中应认真排查注浆孔附近二衬裂缝及相邻施工缝，防止浆液溢流至水沟电缆槽或碎石道床上，危及行车设备。

4)对于高位(超过起拱线)渗漏水点或渗漏严重段落可施作排水降压孔，对水流集中进行引排，减小衬砌背后的水压力，降低水压对衬砌支护体系的压力，从而达到整治渗漏水的目的。排水降压孔宜避开施工缝(50 cm)，深度以穿透二次衬砌和防水板即可，一般不穿透初期支护。排水降压孔应施作成面向洞内的下坡，减少淤堵。岷县以北寒冷地区隧道，在洞口500 m范围内的排水降压孔必须采用电伴热保温措施。排水降压孔是在营业线施工条件下渗漏水整治最快速有效的方案，隧道内的渗漏水应急处理应首先采用该方法。

5)对隧道两侧及中心排水沟进行清理、疏通，结合隧址区的夏季实际最大降雨量，通过水力学公式对现有排水沟的断面尺寸和纵坡进行计算，验证其是否满足排水要求。如不满足可适当增加隧道排水沟的断面尺寸和纵坡，保证排水顺畅。

3.2 隧道衬砌渗漏水治理措施

结合以上综合治理的原则，兰州—广元段隧道的衬砌渗漏水治理可分为区域渍水及单点渗漏水及线状裂缝渗漏水的整治、衬砌环向施工缝渗漏水缺陷的整治及止水带外露缺陷整治3个方面。

3.2.1 区域渍水及单点、线状裂缝渗漏水的整治

这种治理措施可分为衬砌裂缝凿槽、填塞(如图2)和引排水暗槽施作(如图3)2方面。

图2 衬砌裂缝凿槽、填塞横断面示意

图3 引排水暗槽设计

具体步骤如下：

①隧道大跨以下衬砌渍水及单点渗漏水(无流水)，原则上不单独处理;

②衬砌渗漏水缺陷处实施壁后注浆。

③对单个漏水点凿宽4～6 cm，长、深各5 cm的楔形洞，先预埋灌浆嘴，在凿槽的侧面安装φ8弯钩膨胀螺栓，用801桶装胶拌制的纤维砂浆(质量比为1∶1)填塞，压浆结束后再刮涂防水剂2层以止水。

④对沿着裂缝分布的线状渗水裂缝，需要沿着裂缝凿槽，将水引排至侧水沟。具体方法：沿着渗水裂缝凿槽，视水量大小固定半剖φ50～100 PVC管，用云石胶将PVC管与混凝土黏结牢固，用801桶装胶拌制的聚合物砂浆(质量比为1∶1)填塞抹平后安装5 cm厚挤塑保温板(非冻害地区不设，冻害地区离开洞口500 m 后可不设)，按照15 cm间距梅花形安装φ8弯钩膨胀螺栓，用801桶装胶拌制的聚合物砂浆(质量比为1∶1)填塞至距衬砌表面5 cm时，用14号铁丝纵横连接膨胀螺栓弯钩并固定1 cm网孔间距的钢丝网，用801桶装胶拌制的聚合物砂浆(质量比为1∶1)填塞封堵凿槽，然后用手持砂轮机对混凝土表面进行打磨清理，涂刷改性环氧树脂防水涂料两层防水，厚度1.2 mm。

3.2.2 衬砌环向施工缝渗漏水缺陷的整治

将松弛、裂损部位全部清除，中埋式止水带外衬砌厚度小于7 cm的混凝土全部清除；视水量大小安半剖φ50～100 PVC管将水引排至侧水沟，用801胶拌制的聚合物砂浆抹平后安装5 cm厚挤塑保温板，用801胶拌制的聚合物砂浆嵌补凿槽。引排水暗槽设计如图4，处理流程如图5。

图4 引排水暗槽设计

图5 处理流程

具体措施如下：

①固定半剖φ50～100聚乙烯管，用云石胶将PVC管与混凝土黏结牢固，用801胶拌制的聚合物砂浆抹平后安装5 cm厚挤塑保温板(非冻害地区不设，冻害地区离开洞口500 m后可不设)，按照15 cm间距梅花形安装φ8弯钩膨胀螺栓，宽度大时按照间距10 cm植入环向筋，用801桶装胶拌制的聚合物砂浆(质量比为1∶1)填塞至距衬砌表面5 cm时，用14号铁丝纵横连接膨胀螺栓弯钩并固定1 cm网孔间距的钢丝网，用801桶装胶拌制的聚合物砂浆(质量比为1∶1)填塞封堵凿槽，然后用手持砂轮机对混凝土表面进行打磨清理，涂刷改性环氧树脂防水涂料2层，厚度1.2 mm。

②变形缝处理时需用1 cm泡沫板隔断。

3.2.3 止水带外露缺陷整治

止水带外露分变形缝处、施工缝处止水带外露2种情况(如图6)。

图6 止水带外露处理示意

具体操作步骤和注意事项如下：

①凿除外露止水带所在衬砌，成倒梯形，深度为止水带安置深度，重新复位安置止水带，打设钢筋钎钉，模筑混凝土封闭腔体。

②若二衬为素混凝土，应植入环向和纵向钢筋，钢筋直径φ16,纵距10 cm，纵向筋按构造布置；厚度不超过20 cm时钢筋网增加1层。

③在凿除混凝土区域植入φ16的钢筋钎钉，间距30 cm，植入深度20 cm，植筋采用A级锚固胶锚固。

④模筑C40混凝土封闭“腔体”，模板拆除后再注入环氧树脂灌浆料充填。

⑤在混凝土模板拆除后，用软钢丝刷或打磨机清理打磨混凝土表面，混凝土内表面不宜侵入隧道内轮廓线，以内欠2 mm为宜，并圆顺过渡。

⑥可将模筑C40混凝土换成用801桶装胶拌制的聚合物砂浆(质量比为1∶1)。

4 结语

新建兰渝铁路的衬砌渗漏水病害治理从“衬砌修复”和“地下水治理”2方面出发，采用区域渍水及单点、线状裂缝渗漏水缺陷，衬砌环向施工缝渗漏水缺陷和止水带外露缺陷的整治措施，遵循了“防、排、截、堵、因地制宜，综合治理”的原则。

兰州铁路局后期对病害隧道的再次检查结果表明，所采取的治理措施效果明显。

兰渝铁路隧道衬砌渗漏水病害的发生与其所穿越的恶劣工程地质环境分不开，隧道后期养护与巡检维修应加大力度，加强频次。

[1]邹翀,罗琼,李治国,等.圆梁山隧道衬砌裂缝及渗漏水治理技术[J].现代隧道技术,2004,41(5):53-57.

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