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隧道 渗漏水 成因 分析 治理 措施 研究

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隧道渗漏水成因分析及治理措施研究 刘会迎 中铁十七局集团第二工程有限责任公司，西安 摘 要 本文在介绍我国铁路隧道渗漏水的基本情况、主要危害和表现形式的基础上，从防排水系统设计、施工质量、采用防水材料等方面分析了隧道渗漏水的形成原因，提出相应的治理措施，以便在今后的设计、施工中能有效地防止隧道渗漏水，确保隧道的结构安全和设备的正常使用。 关键词 隧道；渗漏水；成因分析；治理措施 一、引 言 目前我国修建的铁路隧道数量和长度已居世界首位。截至l999年底[1]，已建隧道6876座，总长度3670km，近几年则每年以约200km的速度增长。但就隧道工程质量而言，我国同国外先进水平相比仍有较大差距，主要表现在相当数量的隧道存在基底病害、衬砌裂损和渗漏水等。据统计，截至l998年底，我国运营铁路隧道5000余座，总长2500km，其中有水害的隧道约占70％，水害严重导致状态失格的有l362座，占运营隧道的30％以上。 由于隧道渗漏水，增加隧道内空气湿度，造成钢轨、通讯、照明等设施损坏，据铁路公务部门统计，渗漏水隧道钢轨的使用寿命约为正常状态下的一半；由于道床及路面积水，尤其是隧底翻浆冒泥，直接危及隧道的使用功能，造成不应有的交通事故；隧道渗漏水加快衬砌混凝土碳化速度，特别是有腐蚀性的地下水，破坏混凝土结构，减少隧道的使用寿命；隧道渗漏水降低地下水位，对生态环境造成破坏。 鉴于隧道渗漏水的普遍性及严重危害性，对其形成机理及治理措施进行研究具有极其重大的工程实用价值。 二、 隧道渗漏水的主要形式 隧道渗漏水病害主要表现形式有拱顶渗水、滴水，拱脚处渗水、淌水，伸缩缝部位渗水、淌水，侧墙的渗水、淌水、局部涌水、涌泥，道床积水等，在冬天则表现为顶部形成冰挂，侧墙形成冰柱，在道床形成冰堆、冰坡等。 三、隧道渗漏原因 洞悉隧道渗漏水成因，以利于有针对性对其进行预防和治理。隧道渗漏水成因是多方面的[2-4]，最为重要的是人为因素造成的。 （一） 隧道开挖对地下渗流场的影响 赋存于地层中的地下水由高压力区向低压力区渗透、补充、排泄，形成了正常渗流场和循环系统，保持了地下水的基本稳定。 隧道的开挖，在原有地层中形成了一个“空洞”，破坏了原地下水的平衡状态，形成了地下水低压力区，改变地下水地下径流方向，使地下水向开挖后的隧道方向汇集。研究表明，隧道开挖后，在隧道周围一定范围内形成了围岩松动区，由于地层的原始地应力的调整，围岩产生变形，出现裂缝，地下水便沿张开裂缝流入隧道。 在可溶岩地段，一旦隧道开挖时揭开溶管、溶隙、溶洞和暗河，岩溶水就会大量涌入隧道。 （二） 隧道防排水设计上存在的漏洞 长期以来，人们对隧道渗漏水病害的危害性认识不足，因此在隧道设计上存在重结构、轻防水的倾向。在隧道设计时，许多设计人员对结构强度、刚度及稳定度进行多次计算、验算(这是很必要的)，但除了水沟断面尺寸外，很少有人对防排水进行计算，即使在高水压地段水压值的计算，也仅考虑结构设计的需要。在较长时间内，对隧道防水最薄弱的底部，即使软岩或遇水易软化的岩石(如泥岩)，既不设仰拱，又不铺底，放任地下水侵入道床，形成翻浆冒泥，危及行车安全。施工缝、变形缝处理材料只是按工程类比法(有些比较还并不同类)选用，很少按材料性能、地下水压力等进行计算。所有这些，都给隧道渗漏水埋下了隐患。 （三） 隧道施工质量控制对隧道渗漏的影响 隧道施工质量是影响隧道渗漏水主要因素。 1.防水混凝土失效 在隧道结构防水中，防水混凝土是防水的主体，只要让主体达到防水效果，其他问题便比较容易解决。但是在目前的防水混凝土施工中，违规作业的现象时有发生，通常表现在： (1)未按设计配合比配制防水混凝土。 (2)未按规定浇筑混凝土，易造成混凝土离析。 (3)未按规定进行混凝土振捣。 (4)拆模时间过早。 (5)未按规定的时间养护。 由于以上情况存在，使混凝土衬砌不密实，表面蜂窝麻面现象严重，衬砌开裂，防水混凝土失效。 2、 施工缝、变形缝处理不当 施工缝、变形缝是隧道防水的重点[3]，也是隧道渗漏水的多发部位，必须认真细致的处理。但在实际施工中，存在着马虎、粗糙的现象，表现在： (1)止水带固定不牢，浇筑混凝土有卷起现象。 (2)止水条安放不规范，造成扭曲、变形； (3)施工缝、变形缝处混凝土振捣不到位，止水带和止水条与混凝土不密贴。 由于以上原因，隧道建成后施工缝、变形缝渗漏水率最高。有关资料表明[2]，施工缝、变形缝渗漏水占隧道总渗漏水的60％以上，个别工程甚至出现“见缝必漏、无缝不漏”的现象，不得不花费高昂的代价进行整治。 3、 隧道基底处理不当 隧道底板是防水最薄弱的部位。在以往隧道设计中，底板不采取任何防排水措施，仅靠仰拱或铺底混凝土进行防水。但施工中经常出现漏洞，主要是基底处理不干净，有残留的泥水，浇筑时，混凝土不能和地层紧密结合，中间存在泥沙夹层，影响混凝土的质量，给防水造成了极大的隐患。隧道运营后，在列车动载及冲击荷载的作用下，隧道底板破裂，轨道变形，直接危及行车安全。 4、 防水板失效 塑料防水板是复合衬砌结构防水中一道重要的防线，也是我国隧道结构防水的一大进步[6]。但目前，塑料防水板的铺设也不尽人意，表现在： (1)未采用无钉铺设工艺，仍用“铁钉”将塑料板钉在铺设基面上，而对穿透的钉孔不做任何处理。 (2)焊接工艺不过关，漏焊、焊穿现象仍有发生。 (3)对铺设好的塑料防水板保护不够，防水板被扎破、烧破，在二次衬砌前也很少对破损处修补。 实际上，塑料板与二衬之间总留有透水间隙，只要塑料板漏水，就会一漏百漏，而且治理时寻找水源也非常困难。 . 5 、隧道排水系统不健全 有限制地排出衬砌背后的地下水，减小地下水对衬砌的压力，是结构防水的关键所在。 但目前隧道施工中，虽建立了防排水体系，但由于种种原因，常使体系功能失效。如在二衬或注浆施工中，由于对排水盲沟、盲管未进行有效的保护，砂浆堵塞盲沟、盲管，未起到排水作用；有的不设泄水孔或泄水孔堵塞，上部盲沟、盲管的水排不到排水沟中。这样，衬砌背后地下水越积越多，并在衬砌薄弱地方渗流排泄出来。 （四） 防水材料 近几年，隧道地下工程防水材料发展迅速[6-7]，防水注浆材料、混凝土外加剂、各种止水带、止水条、嵌缝防水腻子、渗透结晶型材料等应有尽有，难免会发生鱼目混珠的情况。有些标称为橡胶防水腻子中根本无橡胶成份，抗水性极差，在水中浸泡很短时间便崩解；有些双面复合无纺布的塑料防水板，边上厚、中间薄，更有甚者，中间仅是两层无纺布复合，根本就没有塑料板；止水带、止水条的橡胶成份低，力学性能达不到使用要求；排水盲管刚度小，混凝土浇筑压力将其挤扁等等。虽然这些伪劣产品不是材料的主流，但如果不认真鉴别，使用不慎，定将后患无穷。 由于以上主客观原因的存在，隧道渗漏水现象屡屡发生，“十隧九漏”的说法虽显得有些夸张，但隧道渗漏水的确成了普遍存在的隧道病害，并以此为源，引发隧道其它病害的发生，严重地危害着隧道结构和运营安全。 四、 渗漏水治理措施 （一）隧道渗漏水治理宗旨 隧道渗漏水治理宗旨以“排”为主，“防、排、堵、截”相结合的方法，因地制宜，进行综合治理。 （二） 排水处理 隧道在开挖过程中，首先要对山表渗水及地下涌水引起高度重视[8]。 开挖过程中，发现渗水，应寻找水源，如是地表水，应进行及时引排，在隧道山体表面，不应留有坑槽，以防积水；如是地下水，应找到出水点，进行有力的封堵，如水压过大，则宜将其引排至永久排水系统中。 开挖后，如边墙、拱部渗漏水应在喷射砼之前，将透水软管或塑料盲沟之类排水管道预埋于岩面上的出水点，采用钢钉固定牢固，喷射于初期支护的砼中，将排水管道引入拱脚，可临时开挖排水沟，将水引出洞外，待永久排水系统完工后，再将水引入永久排水沟内。如隧底涌水，可在仰拱开挖成型后，在仰拱下部再开挖纵、横向盲沟，沟内铺碎石并用土工布包裹，盲沟应引出洞外。隧道初期支护完成后，在铺设防水板之前，要对初支表面的钢筋头、锚杆头等尖锐物进行齐根切除，然后检查喷射砼表面的平整度，矢弦比大于1:6的必须予以补喷找平，之后对仍有外露的尖锐物进行砂浆抹平，以防刺破防水板。按设计要求铺设纵、横向排水管及环向排水盲沟，要控制布设间距和数量及长度，环向盲沟的布设间距可做相对控制，即对附近有出水点的，可做适当调整。如出水较为集中，管道纵向连接采用套接，丁字交叉口处采用三通连接，连接点要固定牢固并密封。排水管的纵坡顺畅，不能起伏，要保证整体的排水不淤积。 （三）渗漏水处理 由于施工过程中操作不慎，二衬施工完成后施工缝、沉降缝或是其他薄弱环节处发生渗漏水现象。根据出水点位不同，处理方法也不尽相同[9]。 1.衬砌两侧墙部渗水时，沿出水点开凿一道引水小槽，引至永久性排水系统。 小槽断面55cm即可(如渗水较大，可适当开凿深一点)。将小槽四周修整顺畅，平顺。取半根φ50mmPVC反扣于小槽内，要尽量与内壁靠拢，用堵水剂或环氧树脂砂浆等高防渗性的材料将小槽填实并抹平。如还未能解决问题，则要用嵌缝密封胶将整个小槽全部密封。 2.靠近拱部渗漏水处理较为复杂，多采用注浆。 注浆时，按1～2m间距布设注浆孔，孔深应严格不大于各段钢筋混凝土衬砌厚度，不能打透初期支护，孔径为42mm，埋设注浆管(图1)。如有少量渗漏水，可采用电锤打设一个小孔，用小型灌浆机注入堵水剂或环氧树脂砂浆等高防渗性的材料，注浆压力可控制在0.2~0.4 Mpa。若渗水量较大时，宜采用化学浆液注浆，注浆方法与上述类同。 图1 注浆孔布置示意图 Fig.1 the collocation sketch map of pour slurry bores 3.施工缝、沉降缝渗漏水处理 由于不可避免砼浇筑不连续性，导致容易发生渗漏。处理方法比较单一且效果较好，将渗水施工缝或沉降缝沿渗水点开凿1cm的小缝，充分清除石屑、粉尘和松动物，在小缝底部压入底衬泡沫条，起到导流的作用。然后单组反应型聚氨酯嵌缝胶或双组份聚氨酯嵌缝胶等嵌缝材料用灌缝枪压入缝内至密实即可。 五、 实例分析 芭茅沟隧道位于新建遂渝铁路，地处川东丘岭中低山区，地形起伏较缓，采用新奥法开挖施工。据当地气象部门资料显示，当地年平均降水量超过1000mm。 该隧道渗漏水主要是由于防水板损坏、混凝土施工工艺控制不严、施工缝及变形缝止水装置失效、泄水孔堵塞等原因造成。据此，我们遵循“排堵结合、以堵为主”的治水原则进行治理。 对于施工缝及裂缝渗漏水，沿施工缝及混凝土裂缝凿槽后用KT材料对槽底进行封堵后安装PVC管，其上用KP材料封堵，确保管外不渗不漏；混凝土表面点片状渗漏水处将需处理部位的基面凿除后均匀地涂抹KT1溶液。对于较严重的渗水，可先找出渗水点用KT材料堵漏后再涂刷KT1溶液；拱脚处渗漏水采取“先排后堵”的原则，即凿槽冲洗后安装PVC引水管，再采用凯顿系列堵水材料封堵，使渗漏水直接排入纵向排水沟。 芭茅沟隧道渗漏水仅历时三周，经现场检验及观察，采用凯顿系列防水材料治理渗漏水后，隧道渗漏水得到全面解决，不仅达到了“快速高效”的目的，还确保了隧道处理后“不渗不漏”。 六、结论 本文通过对铁路隧道渗漏水的表现形式、主要危害等方面的叙述，从工程上的设计、施工质量及选用材料等方面对渗漏水的形成进行了详细的分析，提出相应的治理措施建议，为隧道渗漏水的防治提供了有价值的参考。 参考文献 [1] 祝和权,李海燕.铁路隧道防水技术现状及趋势[J].铁道建设.2003(10):36～38 [2] 韩忠存,张文强.隧道渗漏水病害的预防及治理[J].公路学报,2005(4):87～92 [3] 曹玉,彭勇,滕伟福等.运营铁路渗漏水与衬砌裂损病害分析及整治[J].西部探矿工程,2003(6):92～95 [4] 铁道部第二勘察设计院主编.铁路工程设计技术手册《隧道》[M].中国铁道出版社,1995 [5] 袁勇,姜孝谟等.我国隧道放水技术现状[J].世界道,1999 (4):40～44 [6] 叶林标等.建筑工程防水施工手册[M].中国建筑工业出版社,1990:32～33 [7] 史常青.确保铁路隧道不渗不漏的施工技术研究[J].隧道标准设计,2005(2):62～64 [8] 赵旭东.隧道渗漏水的病害整治[J].西部探矿工程,2001 (2):69～73 [9] 祝和权,李海燕,杜存山.隧道渗漏水综合治理技术的研究[J].中国铁路,2005(4):42～44

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