伊朗公路隧道二次衬砌混凝土的渗漏缺陷处理

崔树林

中国（上海）外经集团有限公司 上海 200032

1 工程概况

伊朗德黑兰北部高速公路一期工程线路全长32 km，其中靠近项目起点段的TU-01、TU-02、TU-03隧道原先由伊朗承包方设计，并在2002年之前完成上台阶开挖支护施工。受各种原因影响，伊朗承包方停工退场，上海外经集团在2002年与伊朗业主——德黑兰北方高速公路公司就整个一期工程项目签订EPC设计施工总承包合同，中途接手了这些工程。

接手后，按照原伊朗承包方设计，于2011—2012年完成了TU-01、TU-02、TU-03隧道下台阶开挖支护施工，并在2013年完成了TU-02、TU-03隧道右线二次衬砌混凝土施工。从2014年春季开始，TU-02、TU-03隧道右线衬砌混凝土表面出现潮湿、渗水现象；2014年夏季干旱时，潮湿、渗水干燥后在衬砌混凝土表面形成白色水渍，观感极差；特别是2016年冬季，德黑兰地区降水量较往年偏大，隧道围岩涌水补给加大；2017年春季再次观察TU-02、TU-03隧道右线衬砌，混凝土表面出现更大范围的渗漏水现象，并且很多衬砌节段之间的混凝土施工缝拱顶部位出现连续水流滴漏现象，达不到验收移交标准。

虽然该2座隧道的渗漏水成因复杂、不完全是我方原因。但是，作为该隧道后继施工单位，本着尊重合同、向业主奉献完美工程的原则，派出专业渗漏处理班组，辨析查明衬砌混凝土渗漏原因，针对不同部位的渗漏原因，采取不同的处理方法；处理过程中加强施工质量控制，使得处理方案得到落实，保证了处理效果；最后通过对衬砌混凝土表面涂刷调剂配合比的水泥浆，使处理部位与其他部位颜色趋于一致，整体上协调、美观。业主代表监理工程师经过现场初步验收，对TU-02、TU-03隧道右线衬砌混凝土渗漏水的处理表示满意。

2 隧道右线衬砌混凝土渗漏原因分析

2.1 伊朗承包方隧道防排水设计标准过低

1）该隧道原设计年代久远，受各项因素影响未设计洞身防排水。TU-01、TU-02、TU-03隧道最初由伊朗承包方于上世纪90年代末设计，原设计在初期支护喷射混凝土层与二次衬砌模筑混凝土层之间未设计任何洞身防排水设施（防水卷材、排水管等）。原设计标准低主要有以下几方面原因：伊朗受到国际制裁影响，对外经济技术交流少，高速公路设计施工水平落后于国际平均水平；伊朗国家经济状况差，不设计洞身防排水可降低工程造价；TU-01、TU-02、TU-03隧道长度都较短（长度120～390 m），埋深浅，洞身上方山体横坡较陡、岩石裸露、不积水，表观上看，洞内无渗水补给条件，设计者出于侥幸心理，在设计时没有对该短隧道群设计洞身防排水设施。

2）我方的部分完善设计，未根本解决洞身排水设计不足问题。我方接手这些隧道时，伊朗承包方已经完成了上台阶开挖支护，所以我方不得不继续遵从伊朗承包方的洞身结构设计。对于洞身防排水设计，我方也曾经产生过疑问，但是考虑到伊朗承包方对当地水文、地质情况或会有更深入的了解，对伊朗方的衬砌设计（含洞身防排水）没有怀疑和推翻，只是完善了设计，并设计采用C25S6的混凝土。相邻衬砌节段之间的混凝土施工缝按照伊朗方设计未设置止水带，而后来我方完成二次衬砌混凝土施工后，很多混凝土施工缝都出现漏水现象，个别施工缝在雨季涌水量大时出现连续水流滴漏的现象。

3）现场采取了一定的预防措施，收效不明显。在正式二次衬砌施工前，我方组织技术人员对洞内渗水点情况进行了调查，对少有的几个渗水点在相应里程附近增设了防水板、排水管，每处沿线路方向增设长度10 m。但是衬砌施工后混凝土表面仍然出现渗漏问题，分析认为衬砌使该隧道拱顶涌水改变了流向，超出了我方增设的防水板防护范围，在其他地点遇到薄弱部位形成渗漏。

2.2 振捣不密实或其他原因导致衬砌混凝土缺陷

根据我方进场后对伊朗方原设计的完善，TU-01、TU-02、TU-03隧道二次衬砌调整采用C25S6混凝土，此抗渗级别的混凝土可以抵抗地下水渗透压力0.6 MPa，如果施工控制得当，除了施工缝部位，其他部位不会出现渗漏。但是由于隧道内衬砌混凝土施工环境复杂，混凝土施工过程中可能出现诸如混凝土制备质量差、浇筑施工不连续、振捣不密实、养护不到位、后期受力开裂等影响，导致衬砌混凝土壁内存在松散、裂缝、裂隙等缺陷，遇围岩涌水而发生渗漏。通过现场调查，发现发生衬砌混凝土渗漏的部位大都是拱肩以上、拱顶部位，这些部位是现有衬砌混凝土模板台车振捣的软肋部位，因此认为大部分渗漏是由于施工过程中振捣不到位，导致混凝土不密实，而发生渗漏。

3 处理方案

3.1 衬砌混凝土渗漏处理总原则

隧道施工防排水工作所遵循的是“防、排、截、堵”相结合的综合治理原则。根据该原则及以往施工经验，在TU-02、TU-03隧道右洞衬砌混凝土渗漏处理时，遵循“排堵结合，以排为主”的原则。先处理的渗漏部位要为后处理的渗漏部位衬砌背后涌水预留通路，保障衬砌背后排水通路畅通，从而达到良好的处理效果[1-2]。

3.2 总体施工顺序及方案

在进行TU-02、TU-03隧道衬砌混凝土渗漏处理时，单座隧道先处理隧道纵坡高处渗漏，给涌水预留排水通路，再处理纵坡低处渗漏。

以每个衬砌节段（随同衬砌台车长度为9 m）为处理单元，处理渗漏时，按照由高向低、由节段中部向两端的顺序，即：先处理节段中间拱顶，观察下部涌水变化，再处理拱墙渗漏，最后处理两端衬砌混凝土施工缝漏水。

3.3 具体渗漏原因辨析及施工处理方案

3.3.1 拱顶部位衬砌混凝土表面潮湿、轻微渗漏

该部位出现渗漏，主要原因是衬砌混凝土浇筑至拱顶时，振捣不到位，从而导致混凝土不密实；加上拱顶混凝土不易摊铺平整，局部存在有坑洼，坑洼内积水遇混凝土振捣不密实而发生渗漏。对于拱顶部位的潮湿、轻微渗漏水，采取在衬砌背后注入纯水泥浆，将积水的坑洼填满，使拱顶围岩涌水改变流向；在渗漏部位重新构建水泥浆防水层，增强拱顶混凝土致密性，达到防渗漏的效果。

3.3.2 拱肩以下及边墙部位衬砌混凝土表面潮湿、轻微渗漏

由于该部位衬砌混凝土在浇筑时很容易振捣密实，如果该部位出现潮湿、轻微渗漏，说明衬砌混凝土壁内有轻微裂隙、裂缝等缺陷。为防止阻塞衬砌背后涌水通路，不能采用衬砌背后封堵的办法，只能采取在衬砌混凝土壁内注入伊朗市场采购的、目前常用的聚氨酯注浆材料（Polyu-rethane Grout，简称PU），填充衬砌混凝土壁内的裂隙和缝隙，增强衬砌混凝土防水性能，达到防渗漏的效果。

3.3.3 拱顶、拱肩以下及边墙部位衬砌混凝土表面严重渗漏、涌水

任何部位衬砌混凝土表面出现严重渗漏、涌水，说明是衬砌背后围岩涌水量大、水压力大、下部排水路径阻塞、混凝土不密实（裂隙、裂缝、松散）等原因叠加的结果，不能采用注浆封堵的办法，只能开槽引水的方法，重新在衬砌混凝土表面开槽，设置导流管，将该处涌水引流至隧底排水沟。

采取开槽引水后，若远离引水槽的衬砌混凝土表面仍大面积潮湿，可视情况辅以混凝土壁内注聚氨酯浆液，提高混凝土的防水性能，达到防渗漏效果。

3.3.4 衬砌混凝土施工缝严重渗漏、流水

衬砌混凝土施工缝部位出现严重渗漏，说明前后衬砌节段混凝土施工缝出现较大张开缝，遇围岩涌水量大，形成严重渗漏、连续水流滴漏。

由于衬砌混凝土施工缝随着环境温度、围岩压力的变化，始终处于不断变化中，注浆封堵只能暂时止水，将来还会因施工缝变形，造成封堵注浆开裂而止水失效。因此，对施工缝严重漏水部位全部采用沿伸缩缝开槽引水的方法，将该处涌水引流至隧底排水沟。

4 隧道渗漏处理施工工艺方法

4.1 拱顶衬砌背后注水泥浆堵水

4.1.1 施工工艺流程

表面清理→排查渗漏原因→确定处理方案→标识孔位→钻孔→清孔检查→安装注浆管→注浆泵就位→水泥浆制备→注浆→封孔→注浆管外露端割除→混凝土表面装饰处理

4.1.2 施工方法

注浆孔钻孔采用大功率手持电钻，配套管钻头，钻孔直径40mm（图1）。水泥浆制备采用双层水泥浆搅拌机，搅拌桶、存浆桶容量200 L，配可计量水桶。使用双液活塞式注浆机注浆，配自制注浆管接头。注浆管使用φ25mm镀锌钢管自制（图2）。注浆用水泥采用伊朗当地产袋装P.O 32.5水泥，每袋标称质量50 kg。

图1 拱顶注浆孔布置示意

图2 注浆管安装示意

4.1.3 操作要点及注意事项

水泥浆的水灰比严格按照0.6∶1控制，注浆压力控制在0.5～0.8 MPa间。为防止注浆压力过大造成拱顶混凝土胀裂、垮塌，注浆孔必须设在每个注浆节段低处，在节段高处设排气观察孔。注浆过程中使用铁锤敲击拱顶混凝土壁，通过回声判断注浆进程及效果[3-4]。

4.2 衬砌混凝土壁内注入聚氨酯注浆材料

4.2.1 施工工艺流程

表面清理→排查渗漏原因→确定处理方案→标识孔位→钻孔→清孔检查→安装注浆止水针头→注浆泵就位→聚氨酯注浆材料就位→注浆→注浆止水针头外露端割除→混凝土表面装饰处理

4.2.2 施工方法

注浆孔钻孔采用大功率手持电动冲击钻，根据注浆针头外径为12mm，配φ14mm钻头；使用厂家推荐的专用聚氨酯注浆泵，配制式注浆嘴快速接头；使用中国产φ12mm橡胶压胀式注浆止水针头，外端设止逆注浆嘴。

聚氨酯注浆材料采用伊朗当地采购的GREENSEAL 1218型（马来西亚原装进口）聚氨酯注浆液。

4.2.3 操作要点及注意事项

注浆孔钻孔位置、方向、深度必须保证精确（图3），钻孔的精确性直接关系到注浆效果：混凝土平面布孔采用梅花形布置，间距200～300mm；钻孔深度为衬砌混凝土厚度的30%～70%，不可钻透衬砌混凝土，否则起不到止水效果；对于混凝土裂缝处的止水注浆孔，要求钻孔沿裂缝两侧错开骑跨裂缝布置，钻孔角度垂直于裂缝并与混凝土表面成45°～60°，并要求穿透裂缝，以保证注浆材料填塞裂缝，达到止水效果。

图3 注浆孔布置

安装注浆止水针头时尽量使用木锤将针头打入孔内，防止金属工具造成外露的注浆嘴变形。

注浆采用前进式或全孔一次压入式，在衬砌背后水压、水量较大的情况下还可采用分层泄水减压、分层注浆的方式，即：下层管注浆，中层管放水；中层管注浆，上层管放水；逐层抬水，将水排挤至渗透范围以外。此局部注浆顺序为由下而上，由里向外。

注浆压力（针头端有效压力）控制在0.5～0.8 MPa：当观察到混凝土裂缝有注浆材料渗出时停止；对于混凝土表面注浆，当压力达到0.8 MPa时，持压1～2 min后停止。若注浆结束后观察止水效果不明显，可采取在前一批注浆孔中间加密打孔，二次注浆。聚氨酯注浆材料为化学材料，施工时做好防火措施；操作人员佩戴好护目眼镜、口罩、手套等个人防护用品。

4.3 出水点涌水量大时采用开槽引水法

4.3.1 施工工艺流程

表面清理→布设透水孔→钻透水孔→混凝土表面画线→混凝土割缝→混凝土开槽→槽内埋设导流管（槽）→封堵槽口→槽口养护

4.3.2 施工方法

透水孔采用大功率手持电钻，配套管钻头，钻孔直径40mm。在渗水部位下方斜向上约30°进行钻孔，视混凝土渗漏情况，钻孔数1～3个，竖向整齐排列，以便于统一设置集水槽（图4）。

图4 透水孔及集水槽布置

混凝土割缝采用电动开槽机（配吸尘器），两缝间距50mm；渗漏较严重、需要埋设较大导流管（槽）的，可增大缝间距至100mm；缝深60～80mm，保证衬砌混凝土表面成缝铅垂、顺直，延伸至隧底排水沟内。

混凝土开槽采用手持式电镐，剔除两缝之间混凝土，开槽深度60～80mm（遇衬砌配钢筋段控制在50mm），开槽形状为内大外小的倒梯形，内部和外部宽度相差约20mm，槽壁要求光滑顺直。

沿槽底固定安装双层土工织物条，以便引水，槽内覆盖半片φ50mm的PVC管作为导流槽（由φ50mm的PVC管使用切割机纵向剖开加工而成），导流槽内壁均匀涂抹加热后的黄油，保证槽内壁不形成结晶体（图5）。

图5 引水槽断面示意

用中国产“堵漏王”掺适量水泥对半片PVC管（导流槽）与混凝土槽壁缝隙进行封堵，保证嵌缝严密；PVC导流槽安装牢固后，用“堵漏王”对混凝土槽口做整体封堵，层厚30～50mm；槽口外层用超细水泥砂浆做表面加固层，加强表面防渗能力，水泥砂浆加固层外部预留2～3mm，以便后期进行外观颜色修补。

槽口封堵后，对槽口表面喷雾养护7 d，避免形成干缩缝；后期观察渗漏情况，视情况进行修补。

4.3.3 操作要点及注意事项

1）为保证引水效果，上部集水槽段的透水孔要保证深度。

2）在混凝土内开槽时，槽壁要尽量光滑、顺直，保证PVC导流槽安装能够居中、顺直、不扭转。

3）混凝土槽口内安装的PVC导流槽尽量采用最大定尺长度（6 m）的PVC管加工，减少搭接接头数量；如遇搭接接头，拱顶较平缓的部位搭接长度不小于200mm；墙部竖直部位搭接长度不小于100mm。

5 衬砌混凝土渗漏水缺陷处理的实施情况

5.1 渗漏水缺陷处理实施

按照前述施工方案、施工方法，我方对TU-02、TU-03隧道右线衬砌混凝土渗漏水进行处理。TU-02、TU-03隧道右线全长268.0 m（TU-02隧道长120.5 m，TU-03隧道长147.5 m），衬砌表面环向弧长约26 m，总面积约6 900 m2。从2017年4月初开始渗漏水处理，至2017年5月底完成并达到验收标准，耗时近2个月。

5.2 达到的效果

1）洞身衬砌混凝土表面渗水处理前水渍痕迹清理干净；完成处理后潮湿现象消失，遗留的注浆孔隐约可见注浆管截面，混凝土表面涂刷调色后的水泥浆后，颜色与周边未处理部位相近（图6）。

图6 处理前后效果对比

2）渗漏水严重的衬砌表面及施工缝开引水槽槽口宽度均匀、顺直，槽口内修补后的颜色与周边未处理混凝土颜色相近，引水槽无渗漏现象。

3）在2017年6月中旬我方组织的初步验收中，业主代表、监理工程师在查看现场后，对渗漏水处理效果表示满意，待2018年春季（德黑兰地区雨季）过后再次检查，如无渗漏将可接受我方移交。

4）根据TU-02、TU-03隧道右线出现的衬砌混凝土渗漏水问题，业主已经要求对原来没有设计防排水的TU-01、TU-02、TU-03隧道左线增设了洞身防排水设施。

6 结语

1）公路隧道工程防排水设计时应严格执行设计标准，不能存在侥幸心理，否则缺陷修复造成的损失和影响将远远大于可节省的有限成本。

2）隧道衬砌混凝土渗漏处理必须遵循“排堵结合，以排为主”的原则。任何时候处理衬砌混凝土渗漏时，都要因地制宜制订方案；处理时要保障衬砌背后排水通路畅通，辅以提高混凝土抗渗性能，将能达到理想的处理效果。