公路隧道滲漏水病害與防治措施探究
2015-05-20
前言
隨著我國公路建設的高速發(fā)展，公路建設給國家經濟帶來新的發(fā)展前景。公路隧道是國家公路建設的重點施工項目，其隧道施工的質量控制更是重中之重。據(jù)對公路隧道的初步調查，占相當比例的隧道有裂縫和滲漏水現(xiàn)象產生。目前，高速公路隧道病害主要表現(xiàn)在：嚴重滲漏水、凍害、襯砌裂損和襯砌侵蝕、結構襯砌的腐蝕裂損、仰拱或鋪底的變形損壞導致路面的破壞，而幾乎所有的隧道病害都與滲漏水有著直接或間接的關系，隧道結構的缺陷給隧道滲漏水提供了通道，隧道滲漏水的長期作用又會加劇隧道侵蝕破壞，特別是在圍巖有地下水并具有侵蝕性的情況下，對襯砌和隧道設備的腐蝕更加嚴重。在運營期間，地下水常通過混凝土襯砌變形縫、施工縫、裂縫甚至混凝土孔隙等通道滲漏進隧道中，造成洞內通信、供電、照明等設各處于潮濕環(huán)境而發(fā)生銹蝕、霉爛、變質、失效，若使路面積水，就會改變路面反光條件，引起眩光，造成車輛打滑，危及行車安全。
因此，對公路隧道滲漏水病害要特別重視，在處理時，要根據(jù)其病害成因、程度，采取科學、經濟、安全的綜合整治措施，以最快最優(yōu)的方式整治病害，充分發(fā)揮公路隧道的交通運輸能力，確保公路交通運輸?shù)臅惩ò踩?br />
1、公路隧道滲漏水的危害
隧道滲漏水是隧道病害中最常見的病害形式，危害極大。比如，滲漏水的長期作用，特別是當水質具有侵蝕性，如含鹽、含堿、含硫、含硫酸根等離子時，可能造成隧道侵蝕破壞，危害隧道結構的耐久性；寒冷地區(qū)，尤其是嚴寒地區(qū)，隧道襯砌滲水反復的凍融循環(huán)，在襯砌內部造成襯砌混凝土凍脹開裂破壞；隧道漏水還將使隧道拱部和側墻產生冰凌侵入凈空；隧道滴水將使路面結冰，降低輪胎與路面的附著力，惡化隧道的營運條件，危及行車安全；隧道內路面冒水、積水不僅影響行車，也會引起路面基層下翻漿冒泥和下沉，造成路面開裂下陷而引起水溝、路面變形等問題：滲漏水使隧道內表面浸跡斑斑，由于車輛尾氣和行車產生的塵土附著于濕潤的隧道表面而形成“花臉”隧道，影響隧道美觀；隧道滲漏水還將極大地降低隧道內各種設施的使用功能和壽命。
2、公路隧道滲漏水病害成因
公路隧道的水害原因是公路隧道在修建中破壞了原來地下水系統(tǒng)的平衡， 比如破壞地下水的儲存點和轉移通道，隨著隧道開挖和臨空面的形成地下水向隧道區(qū)域匯集、滲出，造成地下水的重新分配，從而形成新的含水層和地下水轉移通道，在隧道修建完成后，積聚的地下水將需要新的通道，水從結構薄弱的地方比如施工縫、變形縫、襯砌裂縫等發(fā)生滲漏，形成隧道滲漏水。其主要原因是地質、勘測設計、施工、運營管理幾個方面。比如地質方面，隧道修筑會改變地下水分布，造成地下水沿著隧道圍巖中存在的裂隙、節(jié)理、斷層破碎帶流向隧道，使隧道成為地下水的匯集漏斗，發(fā)生隧道漏水；勘測設計方面， 由于對隧道通過的斷層帶、破碎帶位置判斷不準，沒有采取匹配的防排水系統(tǒng)，導致隧道滲漏；再加上施工時隧道襯砌防水板施工不當，運營管理中防排水系統(tǒng)失效卻并沒有進行有效的管理和修復，造成滲漏現(xiàn)象。
具體到結構形式上表現(xiàn)為：①隧道接縫防水失效。由于彈性密封膏普遍不易做好，松動脫落，埋式止水帶與防水夾層也存在搭接問題，不易形成一個封閉的防水圈等原因造成變形縫和施工縫處發(fā)生滲漏。② 隧道防水層失效。結構變形過大或裂縫過寬超過了防水材料的延伸性導致防水膜斷裂；防水層的完整性有缺損，致使地下水通過缺損部位滲入結構內部：防水層與基面黏結不良，在澆注二次混凝土襯砌時造成防水層的空鼓、脫落等問題，由此導致了防水層的破損失效。③襯砌混凝土結構自防水失效。片面認為混凝土結構的自防水可以完全抗?jié)B，忽視了施工與養(yǎng)護的重要性：混凝土結構本身存在缺陷，施工不嚴格，襯砌混凝土結構出現(xiàn)裂縫，比如配比、施工等因素造成的干縮和收縮裂縫。這些因素均可以導致結構白防水功能的失效， 出現(xiàn)滲漏水病害。
3、公路隧道滲漏水預防整治方法
對于隧道滲漏整治一定要從實際出發(fā)，選擇滲漏水治理措施需要考慮防排水材料和施工技術水平等因素，還要考慮措施的效果、施工的可操作性、經濟性和耐久性，在變形縫和滲水量較大的集中漏水部位應考慮“以排為主，堵排結合”的方法，對滲漏水較小的大面滲漏部位采用“以堵為主，堵排結合”的方法。
1)如果襯砌混凝土厚度不能滿足凍深要求，就必須對洞口段(拱頂)防水薄弱地點進行二次襯砌，比如高寒地區(qū)隧道一般都在洞口350m范圍設置保溫設置保溫層，用硬質聚氨脂泡沫塑料型材和玻璃鋼組成，厚4cm左右。
2)由于隧道襯砌的環(huán)接縫是隧道防水的薄弱環(huán)節(jié)，隧道襯砌混凝土在溫度變化的情況下必然會出現(xiàn)低溫收縮，使隧道環(huán)接縫變寬，再加上環(huán)接縫處容易出現(xiàn)防水板在施工時易受到損傷、止水帶安裝不佳、接頭處混凝土密實度不夠等質量通病造成滲漏水，因此，必須在二次襯砌內邊緣沉降縫處加設厚0.5mm的鋼板，同時加強止水帶的安裝質量及混凝土的施工質量。對于線狀的“三縫”部位的滲漏水，主要是采用剔槽，加設排水盲溝，外加彈性密封材料封堵的方法。目前，常用的密封材料有改性瀝青密封膏，聚硫、硅酮、聚氮酩密封膠和各種定型橡膠或膨脹橡膠止水條等。
3)由于防水板兩側噴射混凝土與二次襯砌問的變形不協(xié)調，在圍巖應力重分布過程中，噴射混凝土與二次襯砌還可能出現(xiàn)相對錯動，對防水板造成損傷，因此必須保證防水板厚度，重視防水板墊層土工布的質量。
4)由于隧道洞頂開挖使洞項圍巖裂隙張開，滲透性增強，洞項襯砌外表面環(huán)向坡度小，水向兩側流，再加上洞項圍巖凍深較大，如果圍巖含水，則冰凍會給襯砌施加一定的凍脹壓力，反復凍融使襯砌承受交變荷載，導致破壞滲漏，如果治理時以排為主，填充物的流失會造成巖塊間的結合逐漸疏松，自穩(wěn)能力變差，還可能導致排水管堵塞，因此采用注漿加固堵水技術(見圖1)。注漿作為加固圍巖的一種手段，在隧道病害治理中所起的作用主要表現(xiàn)在加固地層，以提高圍巖的承載力和充填襯砌背后空洞使襯砌均勻受力，從而達到阻止襯砌結構繼續(xù)變形或破壞。同時，漿液能充填巖體裂(孔)隙(洞)，降低地層透水系數(shù)，也能夠修補襯砌混凝土結構裂縫，達到加固和阻水的雙重目的。通常采用的漿液有普通硅酸鹽水泥(或特殊)單液漿、水泥水玻璃雙組份漿液及化學漿液等。
5)地下水在高速公路隧道病害成因中是最活躍、最具破壞力的因素，防水板背后的積水就是造成襯砌滲水的根源，將水引導排出是防止?jié)B漏、減小凍脹的關鍵。防治過程中對于滲水、股水量大的地段應加強排水，一般采用加密橡塑排水板(3環(huán)～5環(huán))緊貼巖面鋪設，對于從襯砌表面(主要在“三縫”部位)滲漏出來的地下水，必須配合采用引排技術治理，比較成功和典型的方法如圖2。滲漏水引排的方法還有很多，比如埋入式引排導水法和外貼式引排導水法。埋入式引排導水法是將混凝土襯砌的漏水縫隙鑿成V字形，埋入半圓形塑料或金屬片、泡沫塑料條等，造成暗埋的引水通路，將水排入落水系統(tǒng)；外貼式引排導水法，多用于地下工程的拱項裂縫滲漏水，該法是在水平的滲漏水縫隙下面，安裝不銹鍋導水槽，將水引入排水系統(tǒng)。
6)對于施工及地質勘測留下的鉆孔、坑道、洞穴，要做好排水處理或封填，對斷層破壞帶、陷穴、漏斗等，如有較大的徑流進入，宜作截水溝或回填；若無明顯徑流，但造成隧道漏水的，應采取封閉措施(換填、注漿等)。當隧道襯砌周圍地下水有明顯集中的來水通路，導致地下水流量很大，可采取泄水洞、鉆孔截水、攔截暗河、防滲帷幕截水等地下截水設施截斷水源。對地下水豐富，隧道內無排水溝或排水溝深度不足而導致隧道積水的，應增設水溝，加深水溝等措施。當長大隧道僅靠隧道內排水溝不能將流入隧道的地表水及地下水排出時，可以考慮增設或疏通平行導洞。
7)通過調整配合比、摻外加劑、摻合料方式配置抗?jié)B等級應比設計要求提高一級的抗?jié)B混凝土，提高混凝土的密實度，并加強對抗?jié)B混凝土的養(yǎng)護，防止混凝土開裂，保護隧道防水和防凍的最后一道防線。
8)對于已產生裂紋的襯砌混凝土，也可以采用錨桿支護技術。錨桿具有的緊固作用及均勻壓縮拱作用，可有效提高圍巖的整體承載能力，將已產生裂紋的襯砌混凝土與已加固的圍巖結合在一起，阻止襯砌結構的進一步破壞來防治滲漏。
9)如襯砌產生的裂縫不密集，尚不足以危及隧道結構安全，經加固后仍有較強的承載能力，而且存在凈空斷面縮小的余地，在安設錨桿、注漿加固的基礎上，可以考慮使用套襯技術，就是在既有襯砌內表面再灌注一定厚度的混凝土，與既有襯砌共同承擔圍巖壓力，套襯可以有效地阻止既有襯砌進一步裂損變形，進而起到防水滲漏的作用。
10)如果隧道襯砌結構裂縫交錯分布，密度較大，并伴有片塊剝落，嚴重錯臺，侵人凈空限界，使原襯砌失去使用功能， 則應考慮拆除舊的襯砌結構，重新施作新的襯砌，即采用結構抽換技術。抽換技術具體指：架設鋼架支撐，抑制結構變形發(fā)展；注漿加固圍巖，利用注漿管懸吊既有裂損襯砌；運用靜態(tài)破碎及控制爆破技術拆除舊有裂損混凝土，并嚴格控制開挖進尺；及時進行初期支護并加強監(jiān)控量測。
從另一種對隧道滲漏水的情況的分類來說，襯砌結構滲漏水可分為“點狀”滲漏水、“線狀”滲漏水和大面積滲漏水。一般來說，對于“點狀”的漏水，主要采用直接封堵法和注漿堵水法，當滲漏水點比較密集時可以采取埋管引排或是鑿槽引排；對于線狀滲漏水一般可以采取排水法和堵水法，比如溝槽樹狀排水、導管排水、注漿堵水、填縫堵水等方法。大面積襯砌結構滲漏堵漏原則是：大漏變小漏，線漏變點漏，片漏變孔漏，使?jié)B漏水匯集一點或數(shù)點，最后集中堵塞滲漏點。大面積滲漏的堵漏水法，視滲漏的情況及水質對襯砌有無侵蝕作用等，可采用抹砂漿法、噴漿法、壓漿法、防水層法等。
4、結語
滲漏水病害是公路隧道存在最為廣泛的病害，因此有效的治理方法是值得關注的。治理方法的選擇要依據(jù)滲漏水病害成因和程度，因地制宜，不同的環(huán)境成因和病害程度要采取不吲的整治方法，否則就會出現(xiàn)浪費大量財力、物力和人力的情況，或是出現(xiàn)達不到預期治理效果甚至是反效果的現(xiàn)象。因此，對隧道滲漏水病害以及治理方法的分析不論從防止公路隧道滲漏的發(fā)生方面， 還是從提供合理、有效、經濟的治理方法方面都有重要的借鑒和參考價值，對改善和提高公路隧道的運營環(huán)境具有重要的理論和工程意義。
