水利水电工程水工隧洞渗水问题浅析

（贵州省水利投资（集团）有限责任公司，贵州 贵阳 550081）

1 水工隧洞渗涌水问题

根据水利水电工程的特点及建设条件，过水建筑物多采用隧洞这种结构型式，如导流洞、泄洪洞、引水发电洞、水库放空洞及输水隧洞等。当前我国已建成的水工隧洞常会面临渗水问题，渗水隧洞所占比例较高。

衬砌后的水工隧洞渗漏一般为衬砌混凝土结构渗水，施工缝、结构缝渗水等。雨季渗水点多且渗水较为严重，枯水季节相对渗水较轻。衬砌混凝土结构渗水中，有的为局部点状渗水，有的为线状、片状滴水、淋水及环状渗、淋水，也有自下向上涌水、射水，更多的表现为表面沁水；结构缝及施工缝则表现为沿缝间渗水，如图1所示。

图1 放空洞衬砌后雨季洞壁及施工缝渗水情况

2 水工隧洞渗漏危害

地下水穿过混凝土或施工缝、变形缝渗入洞内会引起较大危害，主要包括以下几个方面。

（1）渗水带走了渗水通道及其附近的水泥砂浆，出水量大，特别是多点及片状出水更是引起大片区域水泥砂浆被带出，在混凝土内形成永久排水通道，并导致渗水位置混凝土密实性降低甚至形成架空结构，使混凝土产生冷缝。衬砌混凝土结构完整性和安全性因此受到影响。

（2）隧洞衬砌施工完成后、运行前，隧洞渗漏造成衬砌混凝土钙化淅出，涌水通道逐渐增大；工程投入运行后，随着混凝土不断钙化淅出，钢筋锈蚀，混凝土内部空洞越来越大，可能引起基础失稳，结构破坏。

（3）渗水带走止水条、止水带两侧混凝土中水泥等胶凝材料，导致止水无法发挥应有的效果，且缝面渗水越来越严重。

（4）隧洞输配水时可能造成内水外渗，输配水工程的渗漏量过大，严重时会引起边坡、山坡失稳，引发安全事故。

（5）地下水向洞内排泄，区域地下水位下降，可能导致当地居民饮水困难。对于供水工程，可能造成饮用水污染。

3 水工隧洞渗漏原因分析

3.1 施工阶段渗、涌水来源

由于长期受到多种复杂地质作用，如地应力、表层风化、卸荷应力等，岩体中一般存在断层、破碎带、裂隙、空洞，这些位置本身就是渗、排水通道或富存地下水。隧洞开挖过程中，爆破会对开挖面周围一定深度的岩体产生扰动或松动破坏，形成向洞内排泄的通道。隧洞开挖后，地下水向洞内排泄，在部分洞壁位置形成渗涌水。因此，多数隧洞开挖后洞壁均有渗水。

同时，因地下水的富存量、补给性及与隧洞位置不同，裂隙的宽度及连通性差异较大，开挖后洞壁渗水可能出现在顶部、边墙及底板，洞壁渗水区域可能是单点，也可能是片状；渗水量小时表现为点状滴水、渗水，补给源稳定、渗水量大时多表现为片状或带状渗、淋水、涌水，灰岩地层可能出现岩溶管道水；不同季节渗水量变化较大。

3.2 衬砌混凝土设计

通常水工隧洞衬砌混凝土为C20强度等级以上钢筋混凝土或素混凝土，根据工程特点及重要性决定混凝土防渗等级。在地质变化位置设置变形缝，其余位置各浇筑仓段间设施工缝。变形缝间设置橡胶止水带或铜片止水板，施工缝间设置橡胶止水带、塑料止水带或膨胀止水条。

对于隧洞开挖后洞壁渗水问题的处理，现阶段公路工程中通常是在衬砌混凝土外单独设置防排水结构，因此投入使用的公路隧洞（隧道）很少出现渗水问题。但在水利水电工程领域，由于认识不足或出于投资考虑，除渗水较大洞段外，隧洞衬砌设计方案中一般无渗水处理措施设计，而是要求施工单位在混凝土浇筑前用导水管将各处渗、涌水单独引排，混凝土衬砌后借助回填灌浆及固结灌浆兼顾堵水，施工过程中需要监理监控施工质量以减少、减小洞内渗水。

3.3 衬砌后混凝土渗水原因

（1）施工单位埋管引排的处理效果不佳。目前，除单点渗水处理外，施工单位埋管的引排处理效果一般不佳。原因包括：①片状、条带状渗涌水根本无法埋管引排，单点渗、涌水的情况下施工单位安装的引排管易受钢筋安装、混凝土浇筑影响而走位；②部分施工单位埋管引排工作重视不够；③在目前建筑市场中很多现场监理人员能力不足或未尽到应尽职责。

（2）新浇混凝土不具备防水能力。无论衬砌混凝土设计防渗等级有多高，衬砌混凝土在达到一定强度前均不具备阻止渗水的能力。而目前水工隧洞衬砌外围并未单独设置防水措施，安装引排水管效果差，洞壁渗、涌水排泄因浇筑混凝土而受阻挡，压力逐渐升高会带走水泥沙浆，在混凝土结构内或施工缝面形成排水通道，这是混凝土结构自身渗水的主要原因。

（3）施工缝及变形缝渗涌水原因。按现行SL279-2016《水工隧洞设计规范》［1］，水工隧洞衬砌混凝土施工缝间可设置遇水膨胀止水条止水。膨胀止水条的安装方法为待先浇块具备一定强度后切槽，或在先浇筑块端头模板上固定突出块以便拆模后形成槽，在槽内安放膨胀止水条，浇筑后浇块混凝土。端面混凝土强度至少应达到10 MPa才能保证切不破坏槽，且要求槽面平整。然而，这种安装方法在实际施工中很难达到预期效果。因为一般洞内混凝土要达到要求的切槽强度10 MPa，凝期为2～3 d。由于施工条件限制或出于工期及施工成本方面考虑，洞内混凝土衬砌一般施工顺序为从远端某位置向洞口逐仓段后退浇筑，不可能等待2～3 d再安装下一模模板，因此一般在混凝土未达到该强度时便需要固定膨胀止水条。通常采用水泥钉钉于先浇块，因此止水条的固定不够牢固，后浇块混凝土浇筑时，在混凝土较大推挤力的作用下，膨胀止水条多出现移动。由于要求钢筋穿过施工缝面，端头模板一般采用小块木方拼装，使安装膨胀止水条端面不平整。此外，隧洞衬砌混凝土一般采用泵送浇筑，混凝土中含有多余水份或缝面附近本身就有渗、涌水，膨胀止水条在后浇块混凝土浇筑过程中已经部分或完全遇水膨胀；虽然设计要求对施工缝面进行凿毛处理，但根据笔者观察，一般缝面新老混凝土面均有细小缝隙，因此施工缝间设置遇水膨胀止水条效果不大。

变形缝渗水的主要原因还是未能正确设置防、排水措施，且刚浇筑的混凝土不具备挡水性能。

4 衬砌后渗水处理措施及效果

若隧洞衬砌混凝土施工完成后有渗、涌水，一般希望在隧洞回填、固结灌浆阶段解决，即通过渗水点附近的设计灌浆孔或加孔灌浆堵水，若再遇渗水则采用化学灌浆处理。现场实际情况表明，这些处理方法往往花费较高且效果不佳。

4.1 设计范围回填灌浆及固结灌浆处理效果

水工隧洞衬砌后一般设计要求进行回填及固结灌浆。回填灌浆处理范围为顶拱120°区域，每环1～2孔梅花形布置，通常环距3 m，灌浆压力0.3 MPa；固结灌浆孔一般也是3 m间排距，梅花形布置，灌浆压力0.5 MPa；两种灌浆通常采用纯水泥浆液。目前这两项灌浆孔数有限，孔位有严格孔位偏差要求（一般不能随便移动），灌浆压力又小，无法兼顾堵水。此外，由于目前水工隧洞的固结灌浆以灌浆长度计量，且施工单位灌浆项目投标单价一般较低，加上灌浆工程的专业性、隐蔽性强，若灌浆监理人员不熟悉灌浆工艺或责任心不强，就会导致未按设计要求施工。对于衬砌混凝土表面的片状渗水，无法大面积钻孔灌浆，以免破坏衬砌结构。因此，回填及固结灌浆施工难以兼顾隧洞渗水处理。

4.2 目前的水工隧洞渗、涌水处理措施

若回填、固结灌浆完成后仍有渗、涌水，则认为是施工质量缺陷，要求施工单位必须及时处理以达到验收条件。施工方通常会接受处理要求，但如果业主不支付相应费用，渗水处理往往半途而废。

通常大的渗涌水采用纯水泥浆液灌注，细小的渗水则采用化学灌浆处理，缝面渗水则是沿缝两侧钻孔灌浆，堵住水后需对表面采用环氧砂浆等处理。工程实践表明，单点渗、涌水处理效果明显，线状、片状渗水效果差，且需要投入大量的人工、材料等资源。化学灌浆能起到很好的止水作用，但不能完全止住渗水，且化学灌浆往往费用较高。因此，衬砌混凝土浇筑后灌浆堵水效果事倍功半。例如，某水利水电工程其泄洪洞（见图2）、放空洞、引水发电洞均进行了长时间的缺陷处理，其中泄洪洞缺陷处理从10月到次年4月份，950 m的隧洞处理费用超过400万元才通过验收。因此，单独布孔堵水灌浆处理费用往往较高且效果不佳，尤其是化学灌浆。

5 结论及建议

5.1 结论

（1）由于地质原因及受开挖施工影响，多数隧洞开挖后洞壁有渗水。

（2）目前水工隧洞衬砌设计中多无专项防排水措施设计，衬砌施工中临时排水措施难以达到预期效果，导致了水工隧洞衬砌后洞内多有渗水。

图2 泄洪洞采用环氧胶泥进行衬砌混凝土表面缺陷处理及化灌

（3）水工隧洞衬砌后洞壁渗水，造成的危害较多，后果严重。

（4）一旦衬砌后洞壁渗水，处理渗水所需的资源投入相对较大，处理费用较高。对于衬砌前洞壁渗水，在混凝土浇筑前处理则相对经济，效果较好。

5.2 建议

为了切实减少衬砌混凝土渗水，提高隧洞衬砌混凝土施工质量，提出如下建议。

（1）设计单位应充分认识防排水措施设计的重要性。高度重视隧洞开挖后洞壁渗涌水问题，在衬砌混凝土设计的同时提出可行的设计处理措施或根据洞壁渗涌水情况作专项设计，这是节约资源与费用的最佳途径。

（2）隧洞渗水处理措施设计宜采取防排相结合的原则，即在隧洞底部设置纵向排水管；边顶拱设置防水板，防水板下端汇集渗水后引向中央排水管。为了使水工隧洞衬砌混凝土与围岩紧密接触、共同受力，同时节约投资，可采取局部即只在渗水位置设置防水板的措施。只在渗涌水部位设置防水布对衬砌混凝土与围岩共同受力影响不大。有渗水的位置即使不设置防水板，混凝土也不能与基岩很好胶结。

（3）作为永久建筑的隧洞特别是输水隧洞不宜采用膨胀止水条止水，应采用橡胶止水带或铜片止水，且必须有可行的固定措施；缝面止水措施应与洞壁防水措施相结合，共同发挥作用。

（4）建议修改现行水工隧洞设计规范相关内容，将防水措施设计作为必要设计项目，同时作为永久结构工程，环向施工缝宜参照结构缝设置止水措施。