长大隧道渗漏水处理施工技术

长大隧道渗漏水处理施工技术

张琦

【摘 要】新建铁路武广客运专线高岭隧道在运营中出现了渗漏水的问题.详细介绍了长大隧道渗漏水产生的原因、处理方法和施工工艺,推荐采用引排降压和注浆堵水相结合的施工方法,并提出切实可行的技术措施和施工方案.对提高衬砌渗漏水治理水平有着一定的借鉴意义.

【期刊名称】《国防交通工程与技术》

【年(卷),期】2018(016)002

【总页数】5页(P62-66)

【关键词】长大隧道;引排降压;注浆堵水

【作 者】张琦

【作者单位】中铁十一局集团城市轨道工程有限公司,湖北武汉442000

【正文语种】中 文

【中图分类】U457.2

隧道渗漏水对衬砌结构安全、电力牵引设施、地面建筑物以及周边环境都会造成诸多不利因素。地下水长时间的侵蚀、溶解、生化反应会破坏混凝土，使结构开裂、变形侵限，严重影响隧道的使用寿命，威胁高速列车运营安全。武(汉)广(州)铁路客运专线高岭隧道位于广东省英德市境内，起讫里程DK2064+387～DK2069+945，隧道全长5 558 m，设计为单洞双线隧道，开挖最大断面149.6 m2。所在区域属于低山地貌，最大埋深555 m，山坡自然坡度为30～40°，地表水发育，山地节理密集，部分地段岩体破碎，有一定的透水性，在施工过程中采取“防、排、截、堵多种方法相结合，因地制宜，综合治理”的原则，通过对防排水细节施工，前期收到了较好的防水效果。

武广高铁通车运营后，由于长期受到高速动车的风力侵蚀和反复振动作用，加速了隧道部分施工缝密封膏的老化及脱落，受南方地区梅雨季节强降雨持续作用，大量的地表水渗透到隧道中造成了部分施工缝出现渗漏状况，对行车运营造成一定的影响，给高铁运输安全带来了极大的挑战。

1 隧道渗漏水病害特征和成因分析

1.1 渗漏水病害特征

衬砌渗漏水是不良地质隧道中比较常见的一种现象，主要原因是隧道围岩含水量多，衬砌开裂、混凝土不密实、防水系统堵塞或处于不合理状态、防水材料老化、衬砌结构存在工艺性质量缺陷、高速动车动载及风力作用等。衬砌渗漏水易发生在施工缝、变形缝和伸缩缝部位、衬砌开裂或隧道超挖回填不密实部位、道床板接缝部位等。衬砌渗漏水病害类型见图1。

图1 衬砌渗漏水病害类型

(1)渗水：是地下水沿衬砌不良部位逐渐渗入，使得衬砌表面出现大小不均、面积不等的湿渍现象，一般发生在拱顶和边墙。

渗水的围岩一般只含孔隙水或少量裂隙水，获得补给很少。渗水对运营隧道危害不大，但要注意考虑渗水的季节性变化，在南北地区存在冻涝问题。

(2)滴水：衬砌表面发生水滴间断性滴落的病害。在梅雨季节降水量补给充沛时，会出现滴水连续、持续的成线现象，多发生在拱顶部位。

滴水表明围岩多富含裂隙水或孔隙水，并具有补给水源。在评价滴水危害时，要分清其来源是地下水还是地表水。地下水补给的滴水受季节性和降水影响较小，危害较小而稳定。对于地表水补给的滴水，要考虑其季节性尤其是受降水的影响程度以评价其危害。

滴水的主要危害：使得隧道环境潮湿，各种侵蚀损耗、损坏加速。对于排水不良地段，水量积累会造成软岩地基的翻浆冒泥，甚至道床的脱空挤出而产生下沉断裂损害；对于电力牵引区，可能对电路造成危害，比如漏电、感应电甚至短路、跳闸等；岩体侵蚀性强的地下水造成二次衬砌结构腐蚀和溶解等。

(3)淌水：是衬砌结构表面存在连续水线并沿衬砌结构表面缓缓下流的情况，可以是大小不一的散流也可以是汩汩流淌，一般发生在边墙部位。淌水部位的围岩一般富含裂隙水或孔隙水，通常由岩溶或断裂带地下水补给。

岩溶补给的淌水，要考虑其季节性的水量变化，在此基础上去评估其危害程度和级别；断裂带补给的淌水，则要综合考虑断裂带的性质、规模、补给、延伸等因素，在此基础上综合考虑评估其危害程度。

(4)冒水：也指涌水，是指地下存在一定承压水从衬砌或隧道底部向外涌出，可发生在隧道各个部位。区别于淌水的特征是冒水存在较大的水压力。

冒水部位的衬砌多含承压水、地下暗河水或者断层带水。在暗河、断裂破碎带及其裂隙密集带、向斜轴部、背斜两翼区域的隧道较易发生涌水。

冒水的危害除前三类漏水危害全有且程度更为严重外，还会引发类似边墙压裂、外鼓侵限等，在衬砌漏水情况中，此类危害最严重。

衬砌开裂渗水：由混凝土干缩裂缝、温度裂缝以及高速列车动载作用下所产生的变形裂缝所诱发，不但影响衬砌外观质量，而且会影响结构安全，造成重大的安全隐患。

1.2 衬砌渗漏水产生的原因

1.2.1 不良的地质环境

隧道穿过节理密集、裂隙发育岩层、岩溶发育、岩体破碎、石灰岩、白云岩等可溶性岩层；石英岩加板岩等侵入花岗岩与之接触带、断裂带；地表水、地下侵蚀性水源较发育；透水性较高地段；偏压、浅埋隧道，第四系多裂隙和空洞的土层。

1.2.2 结构自身缺陷(设计不足)

忽视排水设计(武广客运专线线隧道仰拱未考虑具体的防水设施，设计为半包防水)；忽视防腐措施；地质勘查不够详细；隧道偏压、滑坡、地下侵蚀水等外部原因导致衬砌出现裂纹等病害，隧道排水系统不畅通，围岩侵蚀性水沉淀造成对排水管道的阻塞等情况。

1.2.3 施工不良

在施工过程中，骨料受污染、集料有杂物等；衬砌后支撑未拆除；拌合不均；水灰比控制不严；振捣欠佳；模板漏浆；砌体灰缝不实；衬砌后存在空洞及不密实现象；三缝处理不良等。

1.2.4 材料自身缺陷

防排水原材料性能差、耐腐蚀和抗老化等耐久性不强，混凝土抗渗等级低。

1.2.5 外部环境等各种介质侵蚀的破坏作用

防水材料、密封材料等在承受长期自然侵蚀后，会使其失去原有的性能和本有的特征，耐久性大大降低。这些破坏作用主要分为物理作用、化学作用、生物作用，不同的地域环境对原材料会呈现不同的要求。受暴雨、台风以及南方地区梅雨季节气候影响，衬砌结构混凝土、防水材料、施工缝密封材料都会受到环境中的化学侵蚀作用，在高速列车产生流动空气冲击、侵蚀、辐射的作用下，会逐渐老化、变质而破坏。

2 衬砌渗漏水处理技术

2.1 开槽引排及侧沟排水法

(1)对于一般漏水点，主要指边墙部位(3.0～3.5 m以下，与接触网安全保护距离不小于2.0 m的范围内),可采用软管抽空引排法或速凝堵水砂浆快速填满压实法，表面涂抹水泥基渗透结晶防水砂浆进行刚性防护,将渗水点水源引流至侧沟集中排放。

(2)对于拱部渗漏水及边墙涌淌水部位:①首先在渗漏发生点位对应里程边墙部位开2～3个泄水孔进行疏导引流，以减少拱顶漏水点位水压，将水压降低至边墙以下。②采用堵漏材料快速封堵漏水点，并使用化学灌浆材料进行注入；若泄水孔不能有效减小水压，可采用边墙引流排水方法，逐渐将水引流至侧沟。③采用手持式砼切割机沿出水口环形方向向下开凿，槽宽5～8 cm，深约7～10 cm，可根据漏水点大小决定。在槽内埋设∅4 cm塑料钢丝软管，并采用速凝堵水砂浆、聚合物改性水泥砂浆等充填密实。待初凝后，将软管进行抽取，并在槽宽及两侧15 cm范围喷涂水泥基渗透结晶防水材料。④为防止高速风力对缺陷修补部位的二次冲击，以及缓解地下水对修复结构的侵蚀，建议在表层增设高强碳纤维布。施工前应先涂刷2～3遍柔性防水砂浆，涂层厚度不小于2 mm，并检查混凝土表面的密实性。施工缝部位可考虑安装U型镀锌铝槽进行安全防护，两侧采用膨胀螺丝固定牢固，然后用颜色相同的防水砂浆进行喷涂，确保外观质量统一。现场处理情况见图2。

图2 对于拱部及边墙渗漏水处理办法

2.2 注浆防水加固

二次衬砌混凝土常常会由于灌注不满、混凝土自然坍落等现象导致拱顶厚度不够，严重时出现混凝土外层钢筋裸露、拱顶脱空或出现不密实等病害现象。对于隧道拱部渗漏水较为严重地段，可采用水泥浆液注浆堵漏加固措施，从渗漏部位向衬砌内钻孔，埋设注浆管，可分为衬砌内防水注浆和衬砌壁后止水注浆(注浆设计见图3)，钻孔2～3个，注浆孔和观测孔(兼顾注浆)可互相利用。

图3 衬砌内防水注浆及壁后止水注浆图

2.2.1 衬砌内防水注浆

衬砌内注浆主要是解决由于初期支护、二次衬砌之间有空隙、防水板松弛造成局部空洞、衬砌内混凝土因欠振捣、工艺质量缺陷等原因造成的疏松、空隙等而导致的结构表面渗水现象。针对存在淌涌水的衬砌裂缝，应先实现衬砌裂缝及临近环形施工缝嵌缝封堵后，再将无机浆液注入、加固、充填和堵塞裂缝，以提高衬砌强度和抗蚀防水能力。

首先在出水部位钻孔，并在对应里程的拱顶和两侧拱腰各布置一个钻孔，纵向间距按照3～5 m均匀布设，环向间距根据渗水实际情况确定，钻孔孔深根据无损检测数据和衬砌厚度来合理控制，严禁打穿防水板。孔径为∅5 cm，埋设注浆管。进行水压试验，确定渗透范围和合理孔间距。浆液采用水泥砂浆或单液浆，水灰比1∶0.6～1，注浆时孔口压力控制在0.3～0.5 MPa以下，并注意观察浆液的串孔和裂痕的发展状况，注意封堵及注浆参数调整，直至注满为止。注浆材料主要为水泥砂浆或水泥单液浆[1]。

2.2.2 衬砌壁后止水注浆

衬砌壁后止水注浆主要针对由于开挖后围岩疏松、空洞、初期支护喷射混凝土不密实、抗水压力不足而造成的积水渗漏现象，衬砌壁后注浆以充填围岩，从而达到改良地层性能，降低地层含水量、孔隙率和渗透系数，提高围岩的强度和整体性，使其密实，从而堵塞裂缝起到加固、防水的作用。

首先根据无损检测情况，对衬砌壁后围岩疏松或出水口部位进行钻孔，注浆孔间距为3～5 m，钻孔深度以穿透衬砌厚度进入围岩约30～50 cm为宜，孔径∅5 cm；使用高压水进行清孔并埋设注浆管。压水试验确定渗透范围和合理孔间距。注浆时孔口压力控制在0.4～0.6 MPa以下，并注意观察浆液的串孔和裂痕的跑浆状况，注意封堵，直至压满为止。注浆材料宜选择水泥单液浆，水量较大部位可采用水泥—水玻璃双液浆注入，如遇到注浆过大或串流时，可暂停注浆，待初凝后进行二次注浆，避免浪费[2]。

2.3 衬砌裂缝修补施工法

在浇筑混凝土的过程中，往往由于材料供应不上，设备发生故障、停电、中断等出现间隙性的浇筑，没有及时处理新老混凝土交界面水平状接触缝隙，在衔接处会通常出现一些渗漏情况；除此之外会因气候、温度等外界因素影响，混凝土出现温度变形、收缩开裂等现象，一般采用封堵修补法或环氧树脂针孔注浆法处理。

关于施工缝、变形缝部位渗漏水病害，可以先采用无机浆液注浆加固方法，然后将嵌补的裂缝清理干净，使用双组分聚硫封缝膏进行嵌缝修补，表面涂抹水泥基渗透结晶防水砂浆进行刚性防护。

对于隧道衬砌由于风蚀、水、冻及骨料溶胀等原因而引起的酥松、蜂窝麻面、起鼓剥落、空洞露石、骨料分离以及钢筋锈蚀等病害，先实现衬砌壁后注浆整治之后，再应用混凝土结构修补防护体系对衬砌表面进行修补防护。裂缝修补方法见图4。

图4 衬砌裂缝修补

2.4 钻孔降压施工法

当地下承压水较大或富水地段，一般表现为冒水现象，对于这种情况一般采用钻孔降压的方式进行处理。主要采用地质钻孔取芯机(孔径∅110 mm)对冒水地段的侧沟、踏步、中心水沟以及无砟基础垫层处进行钻孔，穿破仰拱底部至开挖围岩，通过对地下承压水进行释放从而降低其压力。需要注意的是针对不同的地质地段，钻孔降压需要限量进行，防止因过多排放而造成地下水源流失，基底脱空、软化等，从而引起道床板沉降和衬砌变形等现象发生。