隧道施工技术 课件 12 隧道常见病害及维修养护 - 隧道冻害及整治措施

隧道是铁路线路穿越山岭的主要手段，在运营中常常会出现对隧道安全运营有重要影响和威胁的病害。在隧道运营阶段要及时检查、发现病害，分析病害成因，采用合理的整治和维护方法。这样，才能保证铁路隧道工程的安全、畅通运营。隧道工程隧道常见病害及维修养护学习目的：（1）了解隧道的常见病害种类；（2）掌握隧道常见病害的维修；（3）掌握隧道的养护要点。一、隧道常见病害种类隧道病害根据成因的不同主要可分为以下四类1、水害2、衬砌裂损3、衬砌腐蚀4、隧道冻害等隧道水害中分涌水、漏水、滴水、渗水和润水；隧道冻害中分衬砌冻害、线路冻害、排水沟冻结及挂冰等；衬砌病害包括衬砌变形、裂损、侵蚀等；1.1隧道水害隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到的水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。主要指围岩的地下水和地表水以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害。隧道渗漏水对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围环境产生诸多不良影响，降低使用寿命，威胁运营安全。轻则造成洞内空气潮湿，影响施工人员身体健康，机械设备锈蚀，绝缘设备失效，电路短路，漏电伤人；重则导致人员伤害，冲毁洞内机械设备，形成塌方，淹没工作面，中断施工，造成重大经济损失。1.2隧道水害维修措施①注浆堵水；②向衬砌背后围岩注浆；③向衬砌内部注浆；④向基底注浆；⑤增设内防水层。内防水层虽然不能阻止水流进入衬砌内，但可阻止水流进入隧道内。增设内防水层的方式有3种：①刷涂；②刮压；③喷涂。隧道治水的具体措施就是“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”，使之既能自成体系，又能互相配合，形成一个完整的隧道治水体系。2.1衬砌裂损

隧道衬砌是承受地层压力、防止围岩变形坍落的工程主体建筑物。地层压力的大小，主要取决于工程地质、水文地质条件和围岩的物理力学特性，同时与施工方法、支护衬砌是否及时和工程质量的好坏等因素有关。由于形变压力作用、松动压力作用、地层沿隧道纵向分布及力学性态的不均匀作用、温度和收缩应力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用、腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等，使隧道衬砌结构物产生裂缝和变形，统称为隧道衬砌裂损病害。

衬砌裂损变形的主要危害有：①降低衬砌结构对同岩的承载能力；②使隧道净空变小，侵入建筑限界，影响车辆安全通过；③拱部衬砌掉块，影响行车和人身安全；④裂缝漏水，造成洞内设施锈蚀，道床翻浆；⑤铺底和仰拱破损，基床翻浆、线路变形。衬砌裂损的类型（一）衬砌变形

衬砌变形有横向变形和纵向变形两种，其中横向变形是主要变形。衬砌横向变形是指衬砌由于受力原因而引起拱轴形状的改变。（二）衬砌移动衬砌移动是指衬砌的整体或其中一部分出现转动（倾斜）、平移和下沉（或上抬）等变化，也有纵向与横向移动之分如下图隧道衬砌纵向移动的基本形态隧道衬砌横向移动的基本形态续上表（三）衬砌开裂衬砌开裂是指衬砌表面出现裂纹（或龟裂）和裂缝（宽度较大）或贯通衬砌全部厚度的裂纹的总称，是衬砌变形的结果。衬砌开裂包括有张裂、压溃和错台三种。1．张裂

弯曲受拉和偏心受拉引起的裂损，其特征是裂纹、裂面与应力方向正交，缝宽由表及里逐渐变窄。如图右所示。2．压溃

弯曲或偏心受压引起的衬砌裂损。裂纹边缘呈压碎状，严重时受压区表面产生鱼鳞状碎片（中间厚，四周薄）剥落掉块等现象，如右图所示。3．错台

由剪切力引起的裂缝，裂缝宽度在表面至深处大致相同，衬砌在裂缝两侧沿剪切方向有错动，即形成错台如图所示。衬砌裂损的形式衬砌沿纵向剪断2.2隧道损裂维修一、稳固岩体1、治水稳固岩体地下水的浸泡与活动对各种围岩的稳定性消弱最大。通过疏干围岩含水，坚决地采取治水措施是稳固岩体的根本措施之一。2、锚杆加固岩体；对较好的岩体（小于Ⅴ级），自衬砌内侧向围岩内打入一定数量和深度（3～5m）的金属锚杆、砂浆锚杆，可以把不稳定的岩块固定在稳定的岩体上，提高破碎围岩的黏结力

3、注浆加固岩体；通过向破碎松动的岩体压入水泥浆液和其它化学浆液（如铬木素、聚氨酯等），加固围岩。4、支挡加固围岩；

对靠山、沿河偏压隧道或滑坡地带，除治水稳固山体外，尚可采用支挡措施，包括设支挡墙、锚固沉井、锚固钻（挖）孔桩等来预防山体失稳与滑坡，这种工程措施只能用于洞外整治5、回填与换填；

如果衬砌外周围存在着各种大小空隙（如超挖而没有回填等），要采取回填措施，用砂浆或混凝土将围岩空隙回填密实。如果隧底存在厚度不大的软弱不稳定的岩体或有不稳定的充填物，可以采取换填办法处理。二、衬砌更换与加固1、压浆加固（1）圬工体内压浆加固衬砌裂损发展非常缓慢或者已呈稳定，可以进行圬工体内压浆，一般以压环氧树脂浆为主，并选择无水季节施工。（2）衬砌背后压浆加固主要是针对衬砌的外鼓和整体侧移。在拱后压浆增加拱的约束可以起到提高衬砌刚度和稳定性的作用，所以一般可以局部应用，主要在发生外鼓变形的部位。2．嵌补加固对已呈稳定暂不发展的裂缝，如果不能采取压浆加固者可以采取嵌补，即将裂缝修凿剔深，在缝口处用水泥砂浆、环氧树脂砂浆或环氧树脂混凝土进行嵌补。如图所示。嵌补加固3．喷锚加固裂损衬砌的所有内鼓变形和向内移动的裂损部位，采用（预应力）锚杆加固岩体（如图8-8所示），可将衬砌与岩体嵌固在一起，形成一个均匀压缩带，以增强围岩的稳定性

锚喷加固4．套拱加固如果混凝土质量差，厚度不够，或受机车煤烟侵蚀，掉块剥落严重，并且拱顶净空有富余时，可对衬砌拱部加筑套拱或全断面加筑套拱拱部套拱加固全断面套拱加固5．更换衬砌拱部衬砌破坏严重，已丧失承载能力，用其它整治补强手段难以保证结构稳定，或者衬砌严重侵入限界，采用其它整治措施有困难时，采用全拱更换，彻底根除病害。6．其它加固手段当仅有墙脚内移而不下沉和隧底岩土隆起时，可在墙基处增设混凝土支撑以扩大基础，如图所示。隧底围岩软弱下沉或隧底填充上鼓时，可加设仰拱墙基混凝土支撑加固增设仰拱加固3.1衬砌腐蚀

衬砌腐蚀的种类及危害1．水蚀主要指衬砌受到地下水的作用而产生的腐蚀。一般发生在隧道的拱部、边墙、仰拱、排水沟和电缆槽等各部位。（1）溶出型侵蚀（2）硫酸盐侵蚀（3）镁盐和氨化物的侵蚀。2．烟蚀主要是指在蒸汽机车牵引的区段，其产生的“烟雾”对衬砌混凝土产生的侵蚀，分为化学性侵蚀和机械性侵蚀。3．冻蚀冻蚀是指在严寒地区的隧道，混凝土衬砌由于冻融交替产生的侵蚀。4．骨料溶胀骨料溶胀指衬砌混凝土中的粗、细骨料中含有遇水溶解和膨胀的材料而造成的对衬砌的侵蚀。3.2衬砌腐蚀维修（1）制作防蚀层（2）伸缩缝、变形缝防蚀（3）已腐蚀衬砌的加固与翻修

4.1隧道冻害一、冻害的种类1．冰柱、冰溜子渗漏的地下水通过混凝土裂缝逐渐渗出，在渗出点出口处受低温影响积成冰柱，尤其在施工接缝处渗水点多，结晶明显，累积十至几十厘米厚的冰溜子（又称为挂冰）。如不清理，冰溜子越积越大，侵入限界，危及行车安全。拱部渗漏逐渐形成冰柱子（冰葫芦），一般地区仅仅是影响限界。隧道排水沟槽设施，保温不良引起冰冻称冰塞子。水沟地下排水困难，因结冰堵塞，使水沟（管或槽）冻裂破损，地下水不易排走，衬砌周边因水结冰而冻胀，致使隧道内各种冻害接踵而来。2．衬砌发生冰楔隧道砌筑在围岩良好地段，一旦衬砌壁后有空隙，渗透岩层的地下水，在排水不通畅时水就积在衬砌与壁后围岩间，结冰冻胀产生冰冻压力，传递给衬砌。3．围岩冻胀破坏（1）隧道拱部衬砌发生变形与开裂（2）隧道边墙变形严重（3）隧道内线路冻害（4）衬砌材料冻融破坏（5）隧底冻胀和融沉4.2隧道冻害整治（一）综合治水（二）更换土壤（三）保温防冻（1）在隧道内加筑保温层（2）降低水的冰点（3）供热防冻（四）防止融塌（五）结构加强（1）加大侧向拱度，使拱轴线能更好地抵抗侧向冻胀。（2）拱部衬砌厚度增加，一般加厚10㎝左右。（3）提高衬砌混凝土标号或采用钢筋混凝土。（4）隧底增设混凝土支撑。隧道的养护要点一、运营状态监视二、检查以便及时发现隧道结构出现的病害经常检查、定期检查、特别检查和限界检查等。1、土建结构的养护（1）洞口：及时清除洞口边仰坡上的危石、浮土，冬季应清理积雪和挂冰，保持洞口边沟和截（排）水沟的完好、畅通，修复洞口挡土墙、护坡、排水设施等结构物的轻微损坏。（2）洞身：隧道出现衬砌起层或剥离，应及时加以清除或加固；对衬砌的渗漏水，可将水流引入边沟排除；冬季应及时清除洞顶挂冰等。（3）路面：及时清除隧道内外路面上的塌落物，及时修复、更换损坏的设施；路面积水或结冰；冬季应及时清除洞口处积雪。（4）排水设施：维护隧道内外排水设施的完好，发现破损及时修复；（5）人行道或检修道：维护人行道或检修道的完好和畅通，道板如有破损或缺失，应及时修复和补充；2、机电设施养护(1)供配电设施：供配电设施日常检查主要针对变压器、高低压配电板及变配电室内相关设备外观及一般运行状态进行，通过观察外观异常、声响、发热、气味、火花等现象，及时发现设备故障。（2）照明设施：1）照明设施包括灯具、托架、标志及信号灯和照明线路等为隧道运营提供照明服务的设施。2）照明设施日常检查主要是对设施使用及损坏情况进行的巡查登记以及更换和维修。（3）通风设施：1）通风设施包括流风机、离心风机、射流风机及其配套设施等。2）通风设施的日常检查主要是通过观察设备运转有无异常，确定设备是否存在隐患，并及时排除故障。（4）消防与救援设施：1）消防与救援设施是指用于预防隧道火灾和进行必要救援的设施，包括火灾报警装置、紧急电话、消防设施、横通道设施等。2）消防与救援设施的标志应保持完好、醒目。3）消防与救援设施日常检查主要是对隧道内消防设备、报警设备、洞外消防设施的外观进行巡视，及时处理设施的异常情况。隧道渗漏水病害整治技术研究主要内容：隧道渗漏水

★前言★隧道水害的种类及其危害性★隧道渗漏水成因分析★隧道渗漏水整治措施★质量检测方法★整治后效果检测1前言隧道病害一直是困扰国内外铁路运营管理部门的一大难题。据有关资料，日本的病害隧道占其总数的65%，前西德的病害隧道占47%，意大利、前苏联等欧洲国家也有数量不等、严重程度不同的病害隧道，这些国家每年用于病害隧道整治和维修的费用数额巨大。隧道和地下工程处于岩土层中，修建后成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道穿过或靠近含水地层，时刻受地下水的渗透作用，如衬砌的防水及排水设施不完善，地下水就会侵入隧道，发生隧道渗漏水病害。

据统计，我国5000余座运营铁路隧道有水害的隧道约占70％，水害严重的有1362座，占运营隧道总数的30％以上。特别是长大越岭隧道，一般水量较大，危害也甚。如京广线大瑶山隧道、南岭隧道，襄榆线大巴山隧道，贵昆线梅花山隧道，浑白线枫叶岭隧道，京原线驿马岭隧道等，在施工期间及交付运营后，都普遍发生过严重水害（见下页图）。隧道水害隧道水害隧道水害隧道水害对衬砌的严重影响

隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到的水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。因而流传着“十隧九漏”的说法。隧道水害对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围水环境产生诸多不良影响甚至威胁，影响内部结构及附属设施，降低使用寿命，严重时将危害到隧道及地下工程的运营安全。因此，研究隧道水害成因，进行合理的防水技术设计，采用正确的方法、工艺进行整治，成为隧道设计、施工和养护的重要内容。

2隧道水害的种类及其危害隧道水害主要指运营隧道水害，即围岩的地下水和地表水直接或间接地以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害。2.1隧道渗漏水和涌水2.1.1概念与类型隧道渗漏，按其发生部位和流量可分为：拱部有渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种，边墙有渗水、淌水两种，少数隧道有隧道涌水病害。它受漏水、涌水规模以及隧道结构、牵引类型、地质条件等的影响。

隧道渗漏按水源补给情况，又分为地下水补给和地表水补给两种。地下水补给有稳定的地下水源补给，其流且四季变化不大；地表水补给，其流量随地表水季节性变化而变化。同一渗漏水处所也可能有两种补给水源。

隧道渗水隧道渗水隧道漏水2.1.2隧道渗漏水的影响与危害隧道渗漏水对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围水环境产生诸多不良影响甚至威胁。

(1)渗漏水促使混凝土衬砌风化、剥蚀，造成衬砌结构破坏；渗漏水还会软化围岩，引起围岩变形；有些隧道渗水中含有侵蚀性介质，造成一般的衬砌混凝土和砌筑砂浆腐蚀损坏。降低衬砌的承载能力；在寒冷和严寒地区，隧道漏水会造成边墙结冰、拱部挂冰，侵入隧道建筑限界、还会造成衬砌冰胀裂损。隧道渗水引起冻胀破坏

(2)渗漏水加快内部设备(通讯、照明、钢轨等)锈蚀，影响设备的正常使用，缩短线路设备的使用寿命，增加维修费用。

(3)水害引发路基下沉、基底裂根、翻浆冒泥等病害，导致铁路线路轨距水平变形超限、冻胀引发洞内线路起伏不平，以及洞内漏水沏湿降低轮轨粘着力，均会影响行车安全；水害使电绝缘失效、短路、跳间，影响安全运岔，引发漏电伤人事故，少数隧道，暴雨后隧道铺底破损涌水，造成淹没轨道，冲空道床、影响行车安全。隧道水害导致内部设备锈蚀隧道水害导致内部设备锈蚀隧道水害导致衬砌腐蚀隧道边墙渗水(4)严重渗漏水引发地面和地面建筑物的不均匀沉降和破坏。(5)隧道渗漏造成地表水和含水层水大量流失，破坏周围水环境，造成环境灾害。2.2衬砌周围积水指运营隧道中地表水或地下水向隧道周围渗流汇集，如不能迅速排走，会引起的病害有(1)水压较大时导致衬砌破裂。(2)围岩浸水软化，承载力降低，对衬砌压力加大，导致衬砌破裂。(3)膨胀性围岩体积膨胀，导致衬砌破裂。隧道渗水导致衬砌破裂(4)寒冷地区引发冻胀病害。2.3潜流冲刷指由于地下水渗流和流动而产生的冲刷和溶蚀作用，其危害有；(1)衬砌基础下沉，边墙开裂或仰拱、整体道床下沉开裂。(2)围岩滑移错动导致衬砌变形开裂。(3)超挖围岩回填不实或未全部回填者，引起围岩坍蹋，导致衬砌破坏。

隧道涌水以上为运营隧道水害。隧道水害的另一类是施工中的隧道水害，主要指隧道施工过程中围岩的地下水或部分地表水、以渗漏或涌出方式进入隧道内造成的危害。施工隧道水害，轻则造成洞内空气潮湿，影响施工人员身体健康，机械设备锈蚀，绝缘设备失效，电路短路，漏电伤人；重则威胁人员安全，冲毁洞内机械设备，造成塌方，淹没工作面，中断施工，造成重大经济损失，危害环境，如大瑶山隧道因突水造成斑古坳竖井淹没，丧失作用。

3隧道渗漏水成因分析

成因、机理是我们解决工程问题的基础。隧道水害的成因是，修建隧道，破坏了山体原始的水系统平衡，隧道成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水地层连通，而衬砌的防水及排水设施、方法不完善时，就必然要发生隧道水害。

隧道水害产生的主要原因在于修建隧道，破坏了山体原始的水系统平衡，隧道成为所穿越山体附近地下水聚集的通道。当隧道围岩与含水地层连通，而衬砌的防水及排水设施不完善时，就会引起隧道水害。1）防排水设计不合理，不完善。防排水设计之前，对其工程地质及水文地质情况了解得不够仔细，对衬砌周围地下水源、水量、流向及水质勘察不全；对结构抗渗、抗腐蚀要求不明确。2）施工质量差。施工质量控制不严，如局部超欠挖严重，回填不好不实；混凝土衬砌存在蜂窝、孔隙、裂缝等自防水能力差；防水材料与基面粘结不良或不适应；混凝土工作缝、伸缩缝、沉降缝等未作防水处理或处理不力；防水材料防水设施未严格按照设计要求施作或失修堵塞等。3）原材料选择不严，选用的防水产品质量差，达不到国家防水相关标准。也可以将隧道水害归结为客观和主观两方面的原因。(一)隧道穿过含水的地层1．砂类土和漂卵石类土含水地层。2．节理、裂隙发育，合裂隙水的岩层。3．石灰岩、白云岩等可溶性地层，当有充水的溶槽、溶洞或暗河等与隧道相连通时。4.浅埋隧道地段，地表水可沿覆盖层的裂隙、孔洞渗透到隧道内。(二)隧道衬砌防水及排水设施不完善1.原建隧道衬砌防水、排水设施不全。2.混凝土衬砌施工质量差，蜂窝、孔隙、裂缝多，自身防水能力差。3.防水层(内贴式、外贴式或中间夹层)施工质量不良或材质耐久性差，经使用数年后失效。4.混凝土的工作缝、伸缩缝、沉降缝等未做好防水处理。5.衬砌变形后，产生的裂缝渗透水。6.既有排水设施，如衬砌背后的暗沟、盲沟，无衬砌的辅助坑道、排水孔、暗槽等，年久失修阻塞。隧道建设是一个过程，分为勘测与设计、施工、验收等阶段，在每个阶段或材料供应等关键环节出现问题，都可能引发隧道水害。例如，施工中经常出现的附加防水层接缝处理不好导致漏水，防水材料品质不过关导致防水失效，防水材料与基面粘结不良或不适应，等等。三.水的来源与分析

水的可能来源见下表1。自然的人为的含水层的储蓄水隧道施工用水含水层局部聚集水其它隧道地层中流水探孔或钻孔断层、裂隙等构造水煤矿、水库、渠道、管道溶洞、河流、湖泊、海废弃工程、古代工程

表1

水的来源

细致分析水的可能来源非常重要。隧道水文地质报告应详细给出水压、渗透性、水质、水化学分析。在此基础上，可以采用最经济的防水解决方法——回避，也可以在设计中将隧道、竖井布置在天然不透水地层或非含水层，或者能经济地采取处理措施的地层。例如，国外一座隧道位于地压很大的地层，但将隧道设计在粘土的地层中，不受外部水的影响，内向与外向均不漏水。除此而外，影响和加剧隧道渗漏水病害的因素还包括：（1）地下水及降水补给丰富。隧道地区位于沟壑中，大量耕地位于塬上，高差相对较大，加之地表水发育，距隧道的埋深不大，大气降水又为该隧道地区地下水补给提供了丰富的来源，也是隧道病害屡治不止的原因之一。（2）水文地质条件异常复杂。隧道地区地质构造非常复杂，隧址区受岩溶侵蚀和黄土塌陷等影响，沟壑林立纵横，其走向基本垂直线路，黄土陷穴发育，节理密集，地下水的补给途径和运移通道迂回曲折，复杂多变，具有极强的不确定性和非均质性。（3）设计和施工质量不高受当时技术、经济等各种限制，在设计、施工时就渗漏水问题考虑不够，加之衬砌和防水等施工质量不高，选择的材料强度不够，留下许多排水的工程隐患。尽管已进行过病害整治，但每一次整治都不彻底，致使渗漏水长期存在，并呈发展态势。（4）维护保养不及时由于隧道病害较多，加之受多方面因素的限制，日常维护保养力量不足，维修保养工作不及时。多数渗漏水病害都不能消除于萌芽状态，结果导致病害逐渐恶化。使渗漏水不能集中引排；山上陷穴发展不能及时夯填整治等，进而导致隧道多处渗水。4隧道渗漏水整治措施4.1防水原则4.2防水方案4.3防水混凝土——衬砌自防水4.4附加防水层4.5注浆防水4.6常用衬砌渗漏水整治措施4.7工程实例

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。防水设计应考虑地表水、地下水、毛细管水等的作用，以及由于人为因素引起的附近水文地质改变的影响。防水设计要道循隧道防水原则，定级准确、方案可靠、施工简便、经济合理。隧道与地下工程防水设计内容包括：

(1)防水等级和防水方案；(2)防水混凝土的抗渗等级和其他技术措施、质量保证措施；(3)其他防水层选用的材料及其技术指标、质量保证措施；

(4)工程细部结构的防水措施，选用的材料及其技术指标、质量保证措施；

(5)工程的防排水系统，地面挡水、截水系统及工程各种洞口的防倒灌措施。

4.1防水原则隧道与地下工程防水原则在不断变化，这反映了防水观念和技术的进步。其提法铰多因与行业和工程结构的特点有关。

4.1.1国家标准

2001年12月31口实施的中华人民共和国《地下工程防水技术规范》(GB50l08—2001)提出；地下工程的设计和施工应遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔并济，因地制宜、综合治理”，同时强调必须符合环境保护的要求，并采取相应措施；应采用经过试验、检测和鉴定并经实践检验质量可靠的新材料、行之有效的新技术、新工艺。4.1.2铁道行业

2001年4月1日实施N4铁路隧道防排水技术规范》(TBl0119—2000，J72—2001)提出铁路隧道防排水应采取：“防、排、截、堵结合，因地制且，综合治理”的原则。“防”是指隧道衬砌应具有一定的防水能力，防止地下水渗入。“截”是指在洞外和衬砌外侧采用工程措施，把流向隧道的水源拦截引航。如增设洞顶截水沟、防渗漏铺砌填补工程和修建截水泄水洞等。地表水应截流、汇集排除，防止积水下渗。隧道衬砌背后的地下水宜引排，减少衬砌的渗水压力和渗水量。“堵”是指在隧道内对衬砌表面可见的渗漏处所，封堵归槽引排。如衬砌污工内压浆、喷浆、喷涂乳化沥青和抹面封闭等内贴式防水层。堵水应归槽，使地下水按预定路径排除。“排”是指工程有自流排水条件或可采用机械排水时，将地下水排除，为防水创造有利环境。

4.1.3城市建设部门以排为主，以防为辅，排防结合，综合治理。4.1.4国防以排为主，防排结合4.1.5人防防为基础，防排结合，因地制宜，综合治理。4.1.6北京地下铁道以防为主，以排为辅。

目前，国内传统采用的排水型隧道设计日益受到质疑，主要是因为，大量排水会破坏地下水的原有平衡、造成地下水资源流失。隧道在施工过程中遇到各种各样的水文地质条件，涌水量较大的区段多为裂隙发育的岩层或为断层破碎带，它们与地下水有着不向的复杂的联系，如果对地下水以排，则会造成当地地下水位下降、影响植被生长和生态平衡，对当地工农业生产造成长期不良影响，使地下水资源大量无谓流失。其次、渗流携带泥砂对围岩稳定和排水通畅不利。隧道开挖加快了地下水的流速，在渗流中会夹带着泥砂或岩层中的微细填充物。这些填充物的流失，一则造成在地层中岩块日的结合逐渐疏松，自稳能力变差，使围岩对衬砌的压力增加，威胁衬砌的安全；二则泥砂在流动过程中在管道的低凹处淤积，阻塞了地下水的排除。4.2防水方案

表2给出了地下工程的防水方案，根据使用功能、结构形式、环境条件、施工方法及材料性能等因素合理确定。表2地下工程防水方案

另外，处于侵蚀性介质中的工程，应采用耐侵蚀的防水砂浆、混凝土、卷材或徐料等防水材料；结构刚度较差或受振动作用的工程，应采用柔性防水卷材或涂料等防水方案；处于冻土层的工程、当采用混凝土结构时，其混凝土抗冻融循环不得少于100次。铁路隧道电气化区段接触网支架，照明灯具支架等孔眼，应作防水处迎。衬砌结构小的埋设件宜预埋。洞内还要设置排水系统，洞顶进行地表水截堵工程。

隧道防水结构多采用塑料极防水层和防水混凝土，而且多寄希望于塑料板防水层，这不太科学。因为限于施工条件，塑料板的焊接工艺目前仍不过关，因此别至要的地下工程，除做好地下水限量引排外，防水混凝土的“三缝”处理也要给予足够的重视。

对于承受高压水的隧道防水或防水要求较高的地下工程，应考虑多道防线、层层设防，首先进行地层超前预注浆，充填裂(孔)隙，加固地层，增大地下水流动阻力；其次是喷射防水混凝土或在喷混凝土表面涂抹防水砂浆；然后将剩余水量设盲沟引排，铺设塑料防水层，施作防水混凝土衬砌，在衬砌背后注浆充填空隙，对施工缝、变形缝进行处理，以形成多道防线、抵御高水压。总之，隧道和地下工程结构防排水是一项综合工程，要贯彻“防、排、截、堵相结合，刚柔并济，因地制宜，综合治理”的原则，才能取得良好的防水效果。4.3防水混凝土——衬砌自防水是通过加入减水剂、防水剂等外加剂．增加混凝土密实度，以衬砌结构本身密实性实现防水功能的一种防水方法。它具有造价低、工序简单、施工方便等优点。混凝土是一种微孔结构材料，其中的部分开放式毛细孔、各种缝隙及混凝土自身收缩形成的开裂是造成隧道渗漏水的主要原因。防水混凝土是通过加入少量外加剂或高分子聚合物材料并通过调整混凝土的配合比，抑制混凝土孔隙率，改善孔结构，提高自身密实度和抗渗性，达到防水的目的。防水混凝土除用于防水外，更主要的是防渗(普通混凝土抗渗标号不大于S4)。以防水混凝土作为隧道自防水体系代表了国内外隧道防水的发展方向。防水混凝土按提高混凝土密实度的不同途径，分为：(1)普通防水混凝土；调整配合比；(2)外加剂防水混凝土：掺少量有机或无机外加剂；(3)膨胀性防水混凝土：以膨胀剂、减水剂或膨胀水泥胶结料配制。根据施工工艺又可分为普通工艺防水泥凝土和泵送工艺防水混凝土，目前，重点大型工程常采取外加剂防水泥凝土泵送工艺。4.3.1防水混凝土的配合比

(1)抗渗水压值比设计值提高0.2MPa。

(2)水泥用量：隧道工程防水泥凝土的水泥用量不得小于320kg／m3。当掺有活性粉细料时，不得小于280kg／m3。

(3)砂率宜为35％一45％，水灰比宜为1：2—1：2.5。足够的水泥用量和适宜的砂宰，可以保证混凝土中水泥砂浆的数量和质量，才能充分填注石子空隙并包裹石子，同时具有一定厚度砂桨层。砂率过大、砂用量过多，水泥浆不够包裹砂子，混凝土结构不密实；要足够的水泥浆包裹砂于，必须增加水泥和水的用量，混凝土流动性就不大，粗骨料易产生不均匀沉降，混凝土硬化后收缩大，降低抗渗性。防水泥凝土中砂率选样必须和水泥用量相适宜。一般对于卵石防水混凝土，砂率为35％左右；对于碎石防水混凝土，砂率以35％40％为宜。水泥用量不低于300kg／m3。

(4)水灰比不得大于0.55

混凝土拌和物的水灰比逐化后混凝土孔隙的大小数量起决定作用，直接影响混凝土结构的密实度。

从理论上讲，在满足水泥安全水化及湿润砂石所需水量前提下．水灰比越小，混凝土密实度越好，但水灰比过小，施工操作困难，反而位混凝土不密实，反之，水灰比过大，剩余水分多，蒸发后留下的毛细孔径越粗，渗水可能性越大。实践证明，防水混凝土最大水灰比不宜超过0.55。

(5)坍落度不宜大于50mm，泵送时泵坍落度宜为100～140mm。4.3.2防水混凝土的施工(1)按质量配合比准确称重，允许偏差：水泥、水、外加剂、掺合料为±1%，砂、石为±2%(2)减水剂宜预溶成一定浓度的溶液。(3)机械搅拌，搅拌时间不应小于2min。(4)如果运输到施工场地发生离析，需二次搅拌，塌落度损失控制的容许范围内。(5)应连续浇筑，少留施工缝。(6)终凝后立即养护、不少于14d，保湿、保温。(7)大体积混凝土的施工。

从国内外大量的试验资料、工程实例来看，防水混凝土衬砌，特别是大体积、全断面、快速机械化连续灌注的隧道衬砌，不可避免地出现裂缝。其开裂的主要原因是：水泥水化热引起的体积膨胀与降温后的收缩、沉缩及干缩引起的变形，这些都是引起裂缝的内部因素。4.3.3防止防水混凝土裂缝产生的措施有：

(—)降低水化热法为降低因水泥用量大、拌合温度高引起的混凝土内部温升，以往曾采用掺加粉煤灰以降低水泥用量，采用低水化热水泥，添加膨胀剂以减少混凝土收缩，夏季采用降温措施降低混凝土的拌合温度等措施，能收到一定的效果。

(二)分散拉力法分散应力法即将全断面整体衬砌改为分部(先墙后拱)衬砌，这样，一方面可以使水化热散失一部分，另一方面使原隧道一次整体浇注时的超静定结构变为分部浇注的拱墙衬砌，使其有沉缩变形的余地，这一方法在大秦铁路西段进行了试验，并在大案铁路东段隧迈衬砌中推广应用。然而该法虽然消除了混凝土裂缝，但在拱墙接触处却形成了水平施工继，需做专门防水处理。同时，该法亦不适应于机械化快速施工。

(三)消除约束法消除约束法就是消除一次文护表面对二次衬砌的约束力。大量实践证明，对隧道衬砌来说，外部约束(即一次支护表面对二次衬砌的约束)是主要的，消除约束法就是在一次支护与二次衬砌之间设隔离层，以消除外部约束应力。(六)防水混凝土的质量检查(1)原材料要检查，如有变化，应及时调整混凝土配合比。(2)每班原材料称量不少于2次。(3)每班坍落度测定不少于2次。(4)接引气剂的防水混凝上含气量测定，每班不少于1次。(5)连续浇筑混凝土500m3以下时，应留两组抗渗试块，每增加250-500m3，应增留两组。(七)防水混凝土的适用条件(1)新建和改建隧道衬砌。(2)对既有严重裂损变形侵入隧道建筑限界的衬砌拆除重建。(3)新建明洞衬砌。(4)防腐蚀水沟衬砌。4.4附加防水层

防水泥凝土是集支护与防水为一体的防水型式，它结构合理、工序简单、造价较低，国外倾向于大量采用防水混凝土作衬砌，实现结构自防水。但是，在下列情况下仍需用附加防水层：(1)存在很高的水压。(2)腐蚀性水环境。(3)存放易受潮物资的仓库(4)人的居留空间。(5)存在很大的围岩压力和山体沉陷。(6)很凝土的温度应力和收缩应力不能控制。所以，附加防水后适用于需增强其防水能力、受侵蚀性介质作用或受振动作用的地下工程。附加防水层是附加在围护结构上的防水层，既可作外防水层，又能作内防水层或夹层防水层，在工程上可以单独使用，又可以复合使用。4.4.1附加防水层的类型(1)按材料划分①塑料防水板防水层。②水泥砂浆防水层。③卷材防水层。

④涂料防水层。

⑤金属防水层。从国内外来看，防水层一般选择防水板(膜)等卷材，选用涂料的少。其主要原因是：防水板(膜)等卷材系工业定型产品，质量保证、施工方便、对环境无污染；而涂料等现动施作，厚度难以控制，工作面窄，施作干扰大，对环境有污染。(2)按施作位置划分

①外贴防水层。

②夹层防水层。

③内贴防水层。规范报荐，附加防水层宜设在迎水面或复合衬砌之间。在结构迎水面或复合衬砌之间作附加防水层，防水效果一般比作背水而好，但考虑工程施工等各种不同环境，例如明挖工程、暗挖工程，前者作外防水层便于施工，后者作外防水层施工就比较困难，有的甚至无法施工。因此必要时也可作内防水层。4.4.2

防水层介绍(一)塑料防水板防水层(1)塑料防水板类型随着化学工业的发展和科技进步，可作为塑料防水层的材料日益增多，常用的防水层材料主要技术性能如表3所示。

表3防水层材料主要技术性能由表3可见，上述材料主要性能指标均能满足防水层的要求，但PVL板技术性能稍差，而且幅宽较小、施工工艺较复杂，结合我国国情，考虑在满足防水要求的前提下，尽量降低造价，建议选用EVA及LDPF膜较合适。(2)规格与性能要求

①幅宽宜为2—4m。

②厚度宜为1—2mm。

③耐刺穿性好。④耐久性、耐水性、耐腐蚀性、耐茵性好。

(3)施工

①塑料防水板应在初期支护基本稳定并经验收合格后进行铺设。②铺设防水板的基层宜平整、无尖锐物，基层平整度满足D/L＝1／6～1／10的要求，其中D为初期支护基层相邻两凸面凹进去的深度，L为初期支护基层相邻两凸面间的距离。③铺设防水板前应先铺缓冲层，缓冲层应用暗钉固定在基层上，见图1。④铺设防水板时，边铺边将其与暗钉圈焊接牢固。两幅防水板的搭接宽度应为100mm，搭接缝应为双焊缝，单条焊缝的有效焊接宽度不应小于10mm，焊接严密，不得焊焦焊穿。环向铺设时先墙，下部防水板应压住上部防水板。图l暗钉固定缓冲层示意图

1一初期支护；2—缓冲层；3一热塑性圆垫圈；4一金属垫圈；5一射钉；6一防水板⑤防水板的铺设应超前内衬混凝土的施工，其距离宜为5—20m，并没临时挡板防止机械损伤和电火花灼伤防水板。⑥内衬混凝土施工时，振捣棒不得直接接触防水板，浇筑拱顶时应防止防水板绷紧。(二)水泥砂浆防水层水泥砂浆防水层主要是利用普通硅酸盐水泥及其他特种水泥、外加剂、掺合料配置的砂浆，运用人工反复抹压或喷射的方法，使得水泥浆体分散均匀，增加水泥水化面积．并保证了在较长时间内，有足够的水分来满足水泥水化需要。尤其是掺加各种不向外加剂后，更增加了水泥砂浆的密实性。又叫刚性防水砂浆抹面。1.材料①水泥不仅于325号普硅水泥、膨胀水泥或矿渣水泥，严禁使用过期、受潮结块水泥。②外加剂宜用减水剂、早强剂、密实剂等。③砂宜用中砂。④水不含有害物质的洁净水。⑤掺合剂微膨胀和后期强度稳定的掺合料。2配合比（见表4）表4水泥砂浆配合比3.厚度厚度为15—20mm。施工时须分层铺抹或喷射，水泥浆分层厚为2mm，水泥砂浆为5～10mm。铺抹时应压实，表面应提浆压光。施工方法是：先对主要出水点进行凿槽引排、嵌缝堵漏；再对渗漏面进行凿毛处理，凿毛表面粉尘要清洗干净，并保持衬砌混凝土湿润，最后进行喷抹砂浆防水层。每次喷抹配置好的砂浆厚度为6—8mm，抹砂浆前，在混凝土面涂水泥净浆，以便砂浆同混凝土粘结。每层抹面间隔时间为2—3h，每层抹好后用铁抹子压实，抹第二层时要对前一层拉毛，一般抹三层即可。抹好砂浆后，需进行养护，养护时间为14d。(三)卷材防水层

1.种类①沥青卷材防水层②合成橡胶卷材防水层2.卷材接缝处理卷材接缝处理很关键，粘贴橡胶、塑料、沥青类的卷材，必须采用与卷材相应的胶粘剂。三元乙丙胶卷材用CX-404胶(专门粘结剂)，石油沥青卷材用石油沥青胶结材料，焦油沥青卷材用焦袖沥青胶结材料。石油和焦油沥青卷材的胶结材料不能混用、因为两种沥青材料的成分和软化点不一样，混合起来使用后会发生不溶合或沉淀变质等现象。3.施工施工的基本要求为：应铺贴在整体混凝土结构或整体水泥砂浆找平层的基面上，基面应符合下列规定；(1)必须平整牢靠；(2)表面应清洁干燥；(3)阴阳角处，均应做成圆弧。对沥青类，圆弧半径＞l50mm；(4)粘贴卷材时基层表面应用与卷材相应的底层涂料，涂满铺匀。4．外防外贴法铺贴卷材防水层①先铺底面，后铺立面，交接处应交叉搭接。②从底面折向立面的卷材与永久性保护墙底接触部位，应用胶结材料紧密贴严，与临时性保护墙或围护结构模板接触的部位，应临时贴附在该墙上或模板上。5．外防内贴法铺贴卷材防水层当施工条件受到限制时，可采用外防内贴法铺贴卷材防水层：①施工前，应将永久性的保护培砌筑在与围护结构同一层上。保护墙内表面应抹1：3砂浆找平层，再将立面卷材防水层粘贴在保护墙上。②卷材宜先铺立面，后铺平面。铺贴立面时，应允铺转角，后大面。6．卷材作夹层防水层应注意；①基层宜平整、清洁。②塑料卷材可用膨胀螺栓或射钉固定在基面上。③卷材可用粘结或焊接法连接。

(四)涂料防水层1.种类涂料防水层应选用防水、抗菌、无毒或低毒、刺激性小的涂料。因为，地下施工，有毒气体不易散逸，对作业人员健康不利．所以要禁用毒性涂料，如苯乙烯焦油沥青涂料。地下结构处于潮湿环境，有利于微生物生长，故应选用抗茵涂料。洲湿基面上应逃用湿固性涂料、含有吸水能力组分的涂料及水性涂料。抗振结构应选用延伸性好的涂料，对处于侵蚀性介质中的结构应选用耐侵蚀涂料。2.施工①基面：必须清洁、无浮浆、无水珠、不渗水，使用油溶性或非湿固性等涂料时，基面应保持干燥。以利于涂料均匀涂敷，并保证涂料与基面间具有足够的粘结力，蜂窝麻面、裂缝和渗水处须进行认真处理。②配合比、制备及施工，必须严格按各种涂料的要求进行。③涂刷或喷撩，不得少于两遍，后一层的涂料必须待前一层涂料结膜后方可进行，检刷或喷涂必须均匀，第二层的涂刷方向，应与第一层垂直。④为增强防水效果，涂料可与玻璃丝布、玻璃毡片、土工布等纤维材料复合使用。(五)金属防水层1.种类金属防水层按材质分钢板、铜板、合金钢板等，其焊接质量和技术要求均应符合相应的国家规范。

2.先作金属防水层的外壳，后浇筑混凝土围护结构施工前设置金属防水层时，拼装好的金属防水层应与维护结构内的钢筋焊牢，或在金属防水层上焊接一定数量的锚固件，以便与混凝土或砌体连接牢固。而且．金属防水层应用临时支撑加固。3.先浇筑混凝土纺构，然后设置金属防水层

在围护结构上铺设金属防水层时，金属防水层应与围护结构紧密贴合，但在施工中常会出现空隙。因此，金属板应焊在混凝土或砌体的预埋件上。金属防水层与围护结构间的空隙，应用水泥砂浆或化学浆液注填密实。

如金属防水层先焊成箱体，再整体吊装就位时，应在其内部加设临时支撑，防止箱体变形。金属防水层与卷材防水层相连时，应将卷材防水层夹紧在防水层与夹板中间。夹板宽度＞l00mm，不涂胶结材料，设衬垫，螺栓固定，焊在金属防水层或预埋在混凝土中。4.5注浆防水注浆防水是利用压力将注浆材料压入围岩、衬砌裂隙或壁后空隙，达到堵塞裂缝、增强防水的目的。注浆的作用与目的有防渗、堵水和加固。注浆技术具有实用性强、应用范围广等特点。注浆技术包括三大部分：注浆材料、注浆工艺、注浆设备。4.5.1注浆原理工程岩体是由岩块和结构面(裂隙、节理、层理、弱面)组成的结构体，土体是由松散颗粒和孔隙、孔洞组成的结构体。注浆原理就是采用注浆系统(浆液、注浆泵、注浆管、注浆嘴及封孔装置)将能固化的浆液压入围岩和衬砌的裂缝或孔隙，（如下图）以改善其物理、力学性质，达到防渗、堵漏和加固的目的。

注浆前后岩体强度、渗透率等的变化，见表5。表5隧道围岩注浆前后岩体性质变化(围岩为节理裂隙发育的砂页岩，水泥浆液）4.5.2注浆应用类型注浆包括预注浆、衬砌前围岩注浆、回填注浆、衬砌内注浆、衬砌后围岩注浆等，应根据工程水文地质条件按下列要求选择注浆方案。（如下图）1.预注浆——工程开挖前加固地层帐幕注浆预计涌水量大的地段、软弱地层，目的是改善地层的力学强度．使：①开挖工作更加容易和安全。②采用传统方法难以穿越的地段(如非粘性上或非固纪土)。③穿越区域的环境条件困难的地段。钢花管超的预注浆。2.衬砌前围岩注浆开挖后有大股涌水或大面积渗漏水时堵水注浆形成帐幕，减少流体在地下流动，为工程本身创造条件。3.回填注浆———衬砌后衬砌后渗漏水严重的地段或充填壁后的空隙地段。4.衬砌内注浆或衬砌后围岩注浆衬砌或回填注浆后仍有渗漏水时，宜采用衬砌内注浆或衬砌后围岩注浆。4.5.3注浆材料注浆材料应特合下列要求1.具有良好的可灌性；2.凝胶时间可根据需要调节；3.固化时收缩小，与岩石、混凝土、砂土等有一定的粘结力；4.固化后有一定的抗压、抗拉强度等级和抗渗性、耐久性；5.稳定性好；6.如地下水有侵蚀性时还应具有相应的耐侵蚀性；7.无毒或低毒，对环境污染小；8.注浆工艺简单，操作方便安全。4.5.4注浆材料的选择注浆材料的选择可根据工程水文地质情况、注浆目的、注浆工艺、设备和成本等因素，按下列规定选用。1．预注浆利衬砌前围岩注浆宜用水泥浆波、水泥—水玻璃浆液，必要时可用化学浆液。2．衬砌后围岩注浆可用水泥浆液、化学浆液。3．回填注浆宜用水泥浆液、水泥砂浆或掺石灰、粘土、粉煤灰的水泥浆液。

4．衬砌内注浆宜选用水泥浆液、化学浆液。4.5.5水泥浆液水泥浆液具有来源广、无毒性和环境污染问题、成本低等优点。缺点是浆液稳定性差、析水性大、凝结时间长，当地下水流速较大时易受冲刷和稀释。水泥浆液的类型有有纯水泥浆、水泥粘土浆。浆液组成有水泥、水和各种外加剂(速凝剂缓凝剂、引气剂、膨胀剂)。

不同水灰比的水泥浆的可注性，见表6。表6水泥浆水灰比及其可注性水泥浆液由于是颗粒型，因此最大的缺点就是可注性差，超细水泥浆液解决了这一问题。超细水泥与普通水泥可注性比较，见表7。无毒、无污染、结石强度高、耐久性好，成为理想的注浆材料。

超细水泥浆是理想的衬砌内部注浆材料，适用于衬砌内部空洞、裂纹注浆，因为与围岩裂隙及回填层相比，衬砌内部空桐、裂纹要小得多。表7超细水泥与普通水泥可注性比较4.5.6水泥—水玻璃浆液

1．类型水泥-水玻璃浆液的类型有水泥—水玻璃浆、水玻璃—氯化钙浆、水玻璃-硫酸钠浆和水玻璃—硫酸(改性水玻璃浆液)等。

2．特点水泥—水玻璃浆液的特点有：

(1)凝结时间可控制，几秒～几十分钟。

(2)结石体抗压强度较高，为10．0—20．0MPa，结石率100％，结石体渗透系数为10-3mm，适宜于0.2mm以上裂隙和lmm以上粒径的砂层。

(3)材料来源丰富，价格便宜，对地下水利环境无污染。

(4)施工技术简单，成本较低。

(5)能够用于地下水截流，抗冲刷能力较高。

(6)可注性同水泥浆树。4.5.7化学浆液

1．类型化学浆液种类繁多，防水中常用的化学浆液类型有环氧树脂类、聚氨脂类、丙稀酸盐类以前主要用丙稀酰胺类，由于其有一定毒性，现改用丙稀酸钙、丙稀酸镁等丙稀酸盐类)。2．化学浆液的特点(1)可注性好；(2)适用广泛；(3)凝结时间可准确掌握；3.注浆方法

①充填注浆法具有大裂隙、洞穴的岩层或衬砌壁后空洞的注浆。

②渗透注浆法在不改变地层结构和颗粒排列的原则下，浆液充填到岩土地层孔隙或裂隙向地层深处渗透的注浆方法，常用于砂层注浆。

③挤密注浆法用较高的压力注入浓度较大的浆液，使浆液在注浆管瑞部附近形成浆液，浆液在注浆压力作用下挤入地层，浆液多呈脉状或条形状胶结地层，在粘土中使用较多。④劈裂注浆法在低渗透地层注浆中，在较高压力的作用下，浆液先后克服地层内的初始应力和抗剪抗拉强度，位其在地层中发生水力劈裂作用，从而破坏和扰动地层结构，使地层内产生一系列裂隙，使原有的孔隙或裂隙扩大，促进浆掖的可注性和扩散范围增大。一般用于渗透系数小，颗粒很小的中、细粉砂层中。⑤电动化学注浆法钻注浆孔作业注浆机注浆作业

边墙凿暗槽作业4.6常用衬砌渗漏水整治措施4.6.1注浆防水

(1)衬砌壁后注浆。在衬砌壁后围岩有疏松或空洞漏水部位，布置间距为2-4m的注浆孔，先疏后密，中间插补，孔深以穿透衬砌厚度进入围岩约10-30cm为宜，直径42cm。埋设注浆管，使用压洗孔，然后采用防水型TGRM水泥基特种灌浆料进行注浆施工，注浆时孔口压力控制在0.4--0.6MPa以下，并注意观察浆液的串孔和裂缝的跑浆情况，注意封堵，直至压满为止。如遇到吃浆量过大时，可暂停注浆，重新设孔隔天再注，以避免浆液扩散过大造成浪费。对于衬砌壁后的较大空洞，有条件时可先灌注不分散砂浆或混凝土，然后补灌防水型TGRM水泥基特种灌浆料;如果衬砌状态欠佳，可考虑采用轻质型TGRM水泥基特种灌浆料进行回填注浆，以减少衬砌负荷。(2)衬砌内防水注浆。针对淌涌水形式的衬砌裂缝，如果衬砌背后没有大的空洞，可根据渗漏水分布情况，在完成拱部衬砌裂缝封堵后，将浆液注入到衬砌体内或初、二衬之间，以加固和密实衬砌、堵塞裂缝，提高衬砌强度和抗蚀防水能力，同时分段赶水，集中由边墙排水槽排至边沟。注浆时，先按1--2m间距布设注浆孔，孔深应严格等于或小于各段的钢筋混凝上衬砌厚度，不能打透初期支护，孔径为42mm,埋设注浆管。先进行压水试验，确定渗透范围和合理孔间距。然后采用超细防水型TGRM水泥基特种灌浆料进行注浆施工，注浆时孔口压力控制在0.4MPa以下，压浆时注意观察浆液的串孔和裂缝的发展情况，注意封堵和调整注浆参数，直至压满为止。衬砌内注浆适合于复合衬砌因一、二衬之间有空隙或衬砌内混凝上疏松、有孔洞而造成的大面积渗漏水。4.6.2凿缝填充堵漏整治衬砌孔洞或比较规则、明晰的衬砌浅表裂缝的渗漏水病害，可采用凿缝填充堵漏措施。先凿除裂缝周围的腐蚀、松散混凝土，并用堵漏剂填塞，以达到治水和修补的双重效果。渗漏裂缝堵水如图3，图4所示。图3漏淌水裂缝堵水示意图图41-1示意图对于一般漏水点，用钢钎或手持式砼切割机在漏水点周围凿一U型坑，宽6cm,深≥4cm，用足够量的腻子状“立止水”瞬间堵漏剂一次填满压实。对于有压力水的漏水点，在漏水点处开宽6cm,深≥4cm的U型坑，在坑中央安放一根管径8mm～12mm软塑管引水，然后用“立止水”从边缘向坑中央封堵，逐渐缩小漏水范围，最后将排水软管扎住，并用“立止水”封堵严实。对于漏水裂缝，沿裂缝方向开U型槽，槽宽6cm,深≥4cm。用钢丝刷将槽缝内的碎石、浮浆、杂物全部清除掉，用高压水冲洗干净。川“立止水”堵，将腻子状“立止水”捏成合适形状，迅速填入U型槽内，挤压密实。遇到长裂缝需分段封堵时，“立止水”间的接茬要成反八字形相接。4.6.3背水面内贴式防水用高效防水剂喷涂在有渗漫水等病害或修补后的衬砌背水而，以封闭表面，达到防水、防潮、防裂等目的。衬砌内贴式防水如图5所示。图5衬砌内贴式防水剖面图首先对拱部衬砌表面进行清理:用钢丝刷和高压水将衬砌表面的灰尘、油污、泛碱、浮浆、松动碎块等杂物清除干净，确保露出砼结构新面。砼表面要平整，若有凹凸不平或孔洞等蜂窝麻面，可用UP2000或聚合物砂浆嵌填抹平，以保证防水材料均匀地覆盖。喷涂“优止水”涂层前先将衬砌表面洒水润湿以利于喷涂，但不能有流淌水;然后用配制好的“优止水”浆液(呈浓奶油状)进行喷涂，喷涂次数不少于两遍，第一遍材料用量为1kg/m2，第二遍材料用≥0.5kg/m2;两次喷涂的时间间隔≥12h。对于修补过的部位适当增加材料用量和喷涂遍数，确保涂层有足够厚度，喷涂过的防水层可适当洒水养护。对隧道衬砌上的施工缝、变形缝要以缝两侧20cm范围为界喷涂“柔性优止水”，以提高防水保护效果。4.6.4边墙盲沟排水对于拱部渗漏水严重的部位以及边墙淌水部位，应先在对应涌水点的边墙位置开泄水孔，以减少涌水点水压，然后再用“立止水”封堵漏水点，如果泄水孔不能有效减少水压，同时隧道所处地质环境允许排水，可采川边墙暗槽排水方法:用钢钎或手持式砼切制机沿涌水点开凿一向下至边墙的U型槽，槽宽24cm,深14cm。在U型槽内理设直径20cm半圆型塑料管，然后用“立止水”UP2000嵌填密实，并在槽宽及两测20cm范围喷涂“柔性优止水”。暗槽排水如图7、图8所示。图7横断面示意图图8暗槽排水口

对于高寒地区要对排水盲沟采取保温措施，可以考虑采用深理聚氨酯保温盲沟。其适用温度在-20℃--40℃间，在施做时要结合衬砌、围岩状态及水的分布处理好集水口，防止水在集水口冻结，如果不能保证集水口的防冻，且在围岩、衬砌间存在浅表水，就要考虑衬砌保温---在衬砌表而喷涂聚氨酝保温层，以保证冬季盲沟排水畅通，防止冻害发生。实例如图9所示图9保温水沟

4.7工程实例（巉柳高速下行线土家湾隧道渗漏水病害整治工程）4.7.1土家湾隧道工程概况土家湾隧道位于甘肃省定西市与兰州市榆中县交汇处的土家湾梁，于2001年11月建成，为典型的黄土隧道，梁顶海拔2070m，隧道为上、下行线分离式重丘区高速公路，其中下行线全长1256m，起讫桩号为K28+045~K29+310。隧道净宽10.75m，净空高5.0m，拱顶高7.1m，隧道最大开挖宽度为13.40m。最大纵坡为2%，路面为1.5%横向单坡。巉柳高速下行线土家湾隧道进口洞门远景4.7.2土家湾隧道地质与水文概况

土家湾隧道上下行线均穿越5～50m厚自重湿陷性黄土（风积黄土）、8～45m厚的离石黄土（老黄土）和红色泥岩。在不同地层接触处含水量较高，且有水流出。

4.7.3土家湾隧道施工过程中出现的问题

2000年10月27日在进行K29+144.6～K29+199.8段拱部洞身开挖时，出现掌子面土体不断外挤，含水量加大，同时地表下陷，已完成的拱部一次衬砌沉降量加大，最大累积沉降达30～40cm，并出现环向裂缝。

为解决这一问题，采用水玻璃-水泥双浆溶液在开挖轮廓线周围进行注浆，挤出掌子面淤泥，固结松散土体。共用水玻璃202吨，水泥739吨。

4.7.4土家湾隧道病害调查兰州交通大学勘察设计院会同兰州市高速公路养护中心于2008年2月到现场进行了病害调查，巉柳高速下行线土家湾隧道渗漏水主要存在以下病害：（1）隧道进口200米范围内渗漏水严重巉柳高速下行线土家湾隧道进口200米范围内渗漏水严重，衬砌后地下水和地表渗水由隧道衬砌或施工缝渗出，并流向路面。见下列图。衬砌混凝土渗漏水

施工缝渗漏水

4.7.5渗漏水病害产生的原因（1）土家湾隧道穿越自重湿陷性黄土、离石黄土和红色泥岩，不同地层接触处含水量较高，大部分地段地下水较发育，进洞口含水量最大，达到29.6%，所以进洞口200m范围内渗漏水最严重。由排水盲管排出的地下水（2）巉柳高速下行线土家湾隧道进洞口顶有人居住，日常生活与耕作会使地表黄土松散，甚至形成陷穴，为地表水的快速下渗提供了有力的过水通道。（3）土家湾隧道原有排水系统排水不利，极有可能被地下水所携带的黄土和粘土颗粒堵塞导致失效，因此衬砌背后地下水沿施工缝和裂缝渗流进隧道内部。进洞口顶有人居住民房4.7.6渗漏水病害的危害（1）导致衬砌混凝土腐蚀破损、钢筋外露锈蚀，严重影响隧道混凝土衬砌的力学行能，造成衬砌结构破坏。渗漏水导致衬砌混凝土腐蚀渗漏水导致衬砌混凝土腐蚀渗漏水导致衬砌钢筋锈蚀渗漏水导致施工缝内钢筋锈蚀（2）渗漏水由衬砌渗出，并流向路面，冬季在路面或混凝土边墙冻结成冰后，严重影响隧道内行车，并造成衬砌冻胀裂损。渗漏水导致衬砌边墙结冰渗漏水冬季结冰导致边墙混凝土胀裂渗漏水冬季结冰导致边墙混凝土酥松剥落4.7.7土家湾隧道病害整治关键

通过对巉柳高速下行线土家湾隧道的现场调查结果，以及隧道存在病害的原因分析得到：进洞口200m范围内渗漏水病害是该隧道最为严重的病害，并已经严重影响到该隧道的正常运营，因此土家湾隧道病害治理的关键是以渗漏水病害治理为主，其他病害治理为辅。4.7.7.1土家湾隧道病害整治的原则（1）渗漏水整治原则：“利用原有结构，以排为主，引堵为辅，排引堵结合，注意保温，防止冬季结冰，并提高衬砌结构的自防水。”4.7.7.2渗漏水病害整治方案根据渗漏水的整治原则：“利用原有排水系统和衬砌结构，以引排为主，以堵为辅，排引堵结合，注意保温，防止冬季结冰，并提高衬砌结构的自防水。”整治原则，渗漏水治理方案为：（1）“利用原有排水系统”——疏通隧道原有排水系统，主要是对集水井进行清淤、疏通，保证隧道原有排水系统的畅通性，充分发挥其作用。（2）“引排”——在隧道进口200m渗漏水严重地段，每隔5m的侧墙施工缝处施做引排水暗槽；若明显渗漏水点未位于施工缝处，则在该处加做引排水暗槽。利用原有结构设置的电缆槽，增设纵向排水沟。引排水暗槽在拱脚处与新增纵向排水沟相通，并与外部排水沟相连，用以汇集由引排水暗槽流下的水，并排出隧道。（3）“堵”——对在施工缝之间的衬砌、其他施工缝及拱顶渗漏水处进行凿槽封堵，渗漏水不严重的小裂缝采用掺加堵漏灵的水泥砂浆或防水混凝土，较大裂缝，渗漏水严重处，凿槽封堵后采用聚氨酯溶液进行止水注浆。（4）“保温”——冬季隧道进口处温度较低，渗漏水结冰会导致引排水管和纵向排水沟堵塞，导致渗漏水回流，引起衬砌更大面积的渗漏水及路面结冰，保温是解决这一问题的关键。在排水管外侧设置了3cm厚的保温泡沫塑料，在纵向排水沟浸油木板处设置了12.5cm厚的保温泡沫塑料，增强引排水系统的保温性，确保由隧道衬砌背后引排出的水冬季不结冰。（5）“提高衬砌结构的自防水”——隧道衬砌混凝土整体涂刷一层水泥基渗透结晶性防水材料，提高衬砌混凝土的自身防水性能，在整治补强后，对全隧道重新涂刷防水装饰涂料。4.7.7.3几点说明①排水暗槽的埋藏深度为什么选择20cm？巉柳高速下行线土家湾隧道渗漏水病害曾经采用排水暗槽整治过，但效果较差。分析原因主要是排水暗槽埋藏太浅，冬季气温降低时，暗槽内渗漏水会冻结成冰，导致渗漏水回流引发更大面积的渗水。因此设计对排水暗槽深度设置较大，考虑防冻性，另外该隧道二次衬砌厚度多为35cm，为防止开挖暗槽破坏原有防水板，因此设计为20cm。排水管管径太小宜形成盐堵②拱顶为何不设置引排水管？拱顶未设置引排水管，因为在拱顶进行引排水暗槽外部混凝土的施工难度较大，且无法保证新旧混凝土粘结牢固，另外由于拱顶较平缓，渗漏水会在此处积聚产生较大的自重压力，导致保温层和新增混凝土脱落形成更大的渗漏水。③引水孔的设计说明混凝土衬砌背后的水的位置不确定，因此渗漏水未必都会流入设置的排水暗槽中，为了将衬砌背后各处的水引入排水暗槽中，设计了引水孔，引水孔采用5cm的聚乙烯防腐塑料管，长度1m，以一定角度穿透原有衬砌防水板，伸入围岩内的塑料管钻成梅花状小孔，用土工布包裹绑扎，防止泥土淤积堵塞引水管，并将衬砌背后的水引到排水暗槽中。④引排水管内的水最终流入到新增的排水沟内由衬砌背后渗漏出的水要流入到新增的纵向排水沟内，并从纵向排水沟排出隧道。这是保证隧道冬天混凝土路面和边墙衬砌不结冰的关键，也是渗漏水治理的关键。巉柳高速下行线土家湾隧道渗漏水病害曾经采用外置电热纵向排水管（见下图）整治过，但由于无法保证排水暗槽中的水流入到纵向排水管内，导致病害加剧。外置电热纵向排水管

整治增设的排水暗槽外置电热纵向排水管

5整治的质量检测方法5.1检测目的通过借助仪器设备，利用合理的方法、手段，对既有线隧道进行检测。从而宏观地判断隧道整体情况。对隧道进行二衬质量检测，以了解隧道的当前状况，主要内容有：（1）初期支护和二次衬砌间存在的空洞、空隙情况；（2）二次衬砌的厚度情况。（3）二次衬砌混凝土的强度情况。（4）积累科学资料，为今后隧道的养护、维修和运营健康监测系统提供相关资料。5.2检测内容根据检测目的及现行规范中的有关规定，并结合隧道的结构形式和受力特点，检测主要包括以下内容：隧道衬砌检测:（1）对隧道初衬厚度进行检测。（2）对隧道衬砌的破损情况进行检测。5.3检测隧道的统计与编号

为方便现场试验和报告编写，对隧道检测区域进行统一编号，衬砌强度检测从起始里程桩号开始，每100m为一个编号，衬砌破损程度、浇注混凝土的密实度、是否存在孔洞、衬砌的厚度等检测布设具体参见图1。在隧道拱顶左右两侧各设一条测线、左右拱腰各设一条测线、左右边墙各设一条测线，共设6条测线。以下对构件的描述均以此为准。为了能全面了解隧道衬砌的质量,对隧道初衬厚度，破损情况等进行检测时,在隧道的拱顶两侧,左、右拱腰(起拱线以上1m左右)以及左、右边墙(排水沟盖板以上1.5m左右)六个部位(见图5.1),沿轴(纵)向各布设一条测线。在对隧道二衬厚度进行检测时,只需在拱顶两侧及左、右边墙各布设一条测线。检测点定位以隧道设计图纸所提供的测量为准。图5.1隧道衬砌探地雷达监测测线位置示意图（2）隧道衬砌厚度、破损及混凝土密实度检测仪器:①TerraSIRchSIR-3000探地雷达②数据传送线图5.2探地雷达设备（1）图5.2探地雷达设备（2）（2）隧道衬砌厚度、破损及浇注混凝土密实度检测仪器（探地雷达）基本原理及工作方法①用探地雷达(GroundPenetratingRadar,简称GPR)检测隧道衬砌厚度,采用的是反射测量方式。其工作原理是高频电磁波以宽频带短脉冲形式,通过天线发射器(T),发射至介质内部。经过存在电性差异的介质层,一部分电磁能量被反射折向地面,为雷达天线接收器(R)接收,而另一部分能量被折射进入下一层介质继续传播。通过测得的反射波传播时间τ(双程走时)及电磁波在介质中的传播速度,就可以计算出反射面距表面的距离。并且,根据接收到的反射波的振幅、频谱与波形的变化,可以判定介质的性质及属性,其工作原理如图5.3所示。5.3探地雷达检测原理示意图（1）图5.3探地雷达检测隧道衬砌厚度的工作原理（2）电磁波在隧道衬砌结构中的双程走时为：式中x为发射天线T与接收天线R之间的距离(见图1),在剖面探测中是固定的;ν为电磁波在介质中的波速(m/ns，以宽角方式直接测量,也可根据ν=C/（ε1/2）近似算出,其中C为光速0.3m/ns,ε为地下介质的相对介电常数数值)。当ν已知时,仪器可测到精确反射波的双程旅行时间τ值(ns,lns=10-9s),从而求出反射界面的深度h(m)(见图3)。当发射天线(T)和接收天线(R)相距很近时,目标的深度h可近似为：h=ντ/2②野外采集及雷达剖面成像：㈠测线布设：为了能全面了解隧道衬砌的质量,在检测时,根据隧道设计图布置测线。测线布设详见第5部分检测隧道的统计与编号。实际检测时,由于天线频率和精度是一对永恒的矛盾：天线的频率越低探测深度越大,则精度越低；反之天线的频率越高探测深度越浅,则精度越高。因此,在选择天线频率和采样速度时,应根据施工过程中衬砌的设计厚度进行合理地选择。在测量时,沿着测线方向移动天线,以对混凝土结构进行连续扫描(即发射天线(T)和接收天线(R)以固定间距沿测线同步移动的一种时域测量方法,如图5.4所示,

其测量结果为雷达波从发射天线出发经过介质分界面,回到接收天线所需的走时。图5.4连续扫描㈡地质与工程介质结构雷达的探测对象通常是多界面结构，隧道中的围岩、衬砌、一衬等共同构成了一个多界面结构。当雷达波向介质内传播时，被称为下行波。下行波每遇到一个界面，就发生一次反射和折射，反射波成为上行波，当遇到介质分界面，形成一次反射与折射，折射波作为下一界面的入射波，因此反射与折射是无尽的，反射和折射遵循Snell定律。在实际观测时，由于发射天线与接收天线的距离很近，所以其电磁场方向通常垂直于入射平面，并近似看作法向入射，反射脉冲信号的强度，反射波的振幅、波形将发生变化。这种变化的明显程度，取决于界面反射系数和穿透介质衰减系数的大小，而反射系数和衰减系数的大小，又取决于界面一侧介质的电导率和介电常数。随着反射、折射经历的增多，反射和折射的能量逐渐减小，其能量的分配与反射折射系数的平方成正比。对于雷达波常用频率范围为25MHz～1000MH、一般认为。因而反射系数可近似为式中ε1,ε2分别表示反射界面一侧的相对介电常数(见下页图5.5)。对于以位移电流为主的介质,绝大多数岩石介质属非磁性、非导电介质,常常满足σ/ωε≤1,于是衰减系数(β也称为吸收系数)的近似值为式中σ为电导率;ε为介电常数。接收到的反射信号F(t),是发射的雷达子波与介质折射系数、反射系数和介质损耗的褶积,即各层反射信号的叠加。每层反射信号到达时间不同,其幅值是路径介质损耗、下行折射系数、上行折射系数、折返层的反射系数和几何衰减的乘积,其数学表达式为：F(t)=∑A0·e-∑2ah·Ri·e-iw(t-∑2h/ν)·∏ixΓj·∏isΓk/∑2h式中A0为子波初始幅值;e-∑2ah为传播路径衰减;Ri为折返层反射系数;e-iw(t-∑2h/ν)为反射波对应相位;∏ixΓj为下行波折射系数的联乘;∏isΓk为上行折射系数的联乘;h是深度坐标(见图5.4);t是深度方向上的时间;ν是电磁波在介质中的传播速度(见图5.5)。图5.5介质结构与反射特性③探地雷达检测衬砌的理论依据探地雷达检测隧道衬砌质量是利用隧道衬砌与围岩的电性差异来实现的。由于隧道衬砌混凝土是固、液、气三相多孔状混合体材料构成，不同材质间的接触面及同一材质内部不连续面都是良好的雷达波反射界面，即混凝土与空气的接触面、衬砌与围岩的分界面、衬砌和围岩内部的裂缝面以及钢筋和钢拱架等。当雷达波向下传播经过这些界面时，都会发生不同程度的反射、折射和散射，产生不同程度的波能吸收和衰减，集中反映在波形和波阻特征变化上。分析研究接收回波的特