摘要：改革开放以来，随着我国的交通运输事业蓬勃发展，我国公路隧道的建设也取得了举世瞩目的成就。然而我国公路隧道在运营过程中出现渗漏水病害的情况十分普遍。究其原因是多方面的，主要有施工质量、防排水系统设计、管理以及材料不符合要求等方面。隧道结构在渗漏水的长期作用下，将极大地降低了其内部各种设施使用寿命和功能，恶化了隧道的运营环境，为隧道结构带来了安全隐患。本文以出现渗漏水病害的重庆地区高速公路运营隧道为工程背景，对渗漏水的成因机理及渗漏水病害的治理对策进行了分析。
关键词：公路隧道；防渗水；治理对策
引言
改革开放以来，随着交通基础设施建设的快速发展，我国的隧道工程建设取得了举世瞩目的成就。据交通运输部统计，截止2013年底，我国营运公路隧道11359座，960.56万米，其中特长隧道562座，250.69万米。目前我国在世界隧道工程领域取得的成就有三个世界之最:隧道数量最多，发展速度最快，总里程最长。
随着隧道数量增多，运营时间增长，各种隧道病害逐步显现，运营隧道病害治理成为未来一段时间内研究与工程实践的重点。隧道工程的常见病害有:渗漏水、衬砌裂损、冻害、衬砌腐蚀等，其中渗漏水病害最为普遍，素有“十隧九漏”之说。调查结果显示:我国约28.6%的铁路隧道都有严重渗漏水病害;约31%的公路隧道都发生了严重的渗漏水病害;在我国北上广深等一线城市运营的地铁隧道中，约30%左右出现渗漏水状况。隧道渗漏水病害会损坏衬砌，降低衬砌的使用年限;渗漏水使路面湿滑，严重威胁行车安全:寒区隧道渗漏水病害会演变成冻害，从而进一步恶化运营环境。隧道渗漏水病害会影响到隧道的正常运营，甚至引发交通安全问题;此外更为严重后果是影响整个隧道结构的安全。渗漏水病害己经成为我国隧道运营管理部门的一个“心病”。
1、公路隧道渗漏水病害成因分析
1.1自然条件因素
1.1.1、由于公路隧道的修建位置处地下水不是很充裕，岩层的渗水以风隙裂化水为主，其重要的补水来源于外部的降雨。随着时间的推移，岩层的裂隙与隧道的衬砌发生了水力联系，一旦地表的降雨量增多，地下水就通过裂隙从隧道的接缝、裂缝、薄弱区等位置渗出，形成渗漏水病害。
1.1.2、公路隧道主要的地质特点表现为浅埋、偏压、岩层节理裂隙发育、地质构造较为复杂。部分隧道的围岩比较破碎，上层滞水较发育，受隧道位置处区域的降雨、气候以及温度等影响较为明显。在多种因素的相互影响和共同作用下引起的公路隧道渗漏水病害较为突出。
1.1.3、公路隧道常见的不良地质现象是岩溶、岩溶水和暗河。当隧道穿越这些不良地质段时，由于岩土中存在的裂隙张开度比较大，使得裂隙局部透水性增强。隧道进行开挖的过程中，裂隙水由于水压力的作用，从高处往低处流动至隧道的洞室内。在下雨时，特别是雨季，有大量的裂隙水从隧道内岩溶中渗透进入隧道洞室，甚至严重的地方会产生涌水的现象。当裂隙水在侵入围岩之后，会和围岩发生溶蚀作用和软化反应，并因此产生静水压力或膨胀压力。围岩由于长期受到裂隙水的作用，其物理性质和化学性质将会发生变化，同时强度和稳定性也将降低。更为严重的是，当裂隙水富集在一起将增大隧道衬砌承受的水压力，而且一旦衬砌存在水路，就会使得裂隙水侵入隧道洞室，就会产生渗漏水病害。
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图1摩天岭隧道岩溶引起的渗漏水
1.1.4、当修建的隧道穿越节理发育带和断层破碎带时，地下水很容易聚集从隧道结构薄弱区域渗出，特别是穿越节理发育的向斜时常常会发生涌水现象。地下水的富水量与断层带的破碎程度和裂隙的发育程度有关，断层越破碎、裂隙越发育，那么隧道也越容易形成渗漏水。
1.1.5、地下水除了对隧道结构产生了较大的静水压力、动水压力之外，同时其侵蚀性对隧道结构的耐久性也产生了不可忽视的影响。一般在适宜的环境下，隧道结构具有足够耐久性，但是在地下水环境下，混凝土衬砌将受到侵蚀破坏，使结构的使用寿命大大减少。混凝土是多孔非均质材料，地下水携带侵蚀性物质很容易经过混凝土的空隙而渗流进入隧道结构物内部，侵蚀性的地下水会使隧道内钢筋、混凝土、防水材料破坏，降低了其强度及耐久性，致使衬砌裂损，产生裂缝，最终导致渗漏水的产生。这种化学侵蚀作用主要表现为地下水中溶解的某些矿物质离子或化合物与混凝土发生化学反应及相应的物理化学作用。从这种化学反应的特征出发，把地下水的化学侵蚀作用分为：结晶性腐蚀(硫酸类物质与石灰质化合作用产生结晶体)、分解性腐蚀(H+、侵蚀性CO2等酸性物质分解混凝土)以及结晶分解复合型腐蚀(阴离子C1-.SO42-.NO3-等进行结晶性腐蚀;阳离子Mg2+,NH4+等进行分解性腐蚀)。公路隧道的典型腐蚀型是结晶类腐蚀，地下水中的硫酸盐与混凝土中的Ca（OH）2反应生成硬石膏((CaSO4)。硬石膏遇水后生成二水石膏(CaSO4•2H2O)时体积膨胀，产生较大的膨胀压力，与此同时它还能与混凝土中的碱骨料C3A水化反应生成的水化铝酸钙发生反应生成高硫型水化硫铝酸钙(3CaO•A12O3•3CaSO4•31H2O)，生成物中含有有大量的结晶水，体积迅速膨胀，溶解度降低，容易析出结晶体，产生较大的结晶压力和体积膨胀使隧道的衬砌胀裂，产生裂缝，导致地下水的渗漏。
1.2防排水工程设计、施工和维护因素
防排水结构的好坏是防治隧道渗漏水的关键囚素，只有在设计、施工、维护三方面都做的合理、科学，才能最优地发挥防排水结构的作用，达到预期防排水效果。在实际工程中，我们常常会发现由于设计时未考虑难遇的强降雨导致防排水设计能力不足，施工期间防排水设施意外破坏，或者偷工减料、施工质量差，以及运营期间维护不及时导致防排水竹巡的腐蚀与堵塞等现象，都将导致渗漏水病害的发生。
1.2.1防排水工程设计不合理
防排水设计标准低、方案不完善导致防排水能力不能满足实际的工程要求，特别遇到强降雨等情况下，极易引起隧道渗漏。原因主要是设计时隧址区地下水状况及当地降雨量的不合理预测，从而导致防排水能力不足，以及防排水工程本身的不合理设计导致衬砌背后的地下水不及时的排出。
1.2.2防排水工程施工不当
采用防水混凝土，利用衬砌结构的自防水的特性是隧道结构防排水的一部分，若选择的施工工艺不当或者使用不当的外加剂，导致混凝土的抗渗能力不能满足高水压的条件，隧巡很容易发生渗漏水病害。施工中如果选用抗水压能力低的防水板或止水条，在强降雨或者岩溶发育良好导致的地一下水丰富区域很容易遭受高水压力而破坏。因此，要想充分发挥隧道防排水措施的功能，有效的阻止地下水的渗入，在施工时必须选用满足高防水、高质量、高耐久性的防排水材料，防排水管径必须严格的安照实际需要的尺寸来施_巨，更不能偷工减料，以次充好敷衍了事，要以高质量的施工来完成防排水工程。一旦某个环节有失，或者施工不当造成防水管道的破裂，导致防排水工程遭到破坏，就不能很好的实现防排水的功能，从而使隧道发生渗漏现象，如图3为排水管道的破裂。
1.2.3防排水工程维护不及时
在运营期间，由于受到地下水长期的腐蚀，排水管道容易被腐蚀老化而破坏；在地下水的流动过程中，带出的泥砂会在排水管道的低四处淤积，造成管道的堵塞，使管壁水压增大，容易使壁后衬砌结构发生开裂。这两种情况下如果不及时地对管道进行日常的维护，比如更换管道或者及时地清扫疏通，最终都将会导致隧道渗漏。
隧道排水系统常见边沟积尘、排水沟堵塞、排水边沟蓖子缺失等问题，如秀山隧道在施工期间中心水沟有洞渣堆积，在运营期间有岩溶充填物淤积，均影响中心水沟的排泄能力，图4是排水系统的常见问题。
1.3隧道施工操作不规范
公路隧道防排水系统由三道防线组成，第一道防线是软式透水管、环向排水管，第二道防线为防水板，第三道防线为二次模筑衬砌自防水混凝土和隧道施工接缝防水。
1.3.1、目前公路隧道是在防水板与喷射混凝土层之间设置纵向排水盲管和环向排水管来作为隧道衬砌外排水。公路隧道的施工环境大多数比较恶劣，如果工人施工管理不够细致或者操作不当，容易使岩体碎石、水泥浆液、砂浆进入己铺设好未经保护的透水管、排水管，造成排水堵塞。在隧道建成运营后，堵塞的排水管不能将本应排出的地层渗水畅通排出，造成衬砌壁后水压增高，引发隧道渗漏水，致使第一道防线失效。
1.3.2、当前公路隧道在修建开挖过程中，施工工艺比较粗扩，开挖后岩石突兀，轮廓参差不齐，喷射混凝土后形成的一次衬砌面凹凸不平。在凹凸不平的岩面上铺设防水板容易在后期致使其变形过大超过了其材料的延伸性，以致防水膜断裂，地下水通过破损部位渗入结构内部。在铺设防水板过程中，两幅防水板之间存在搭接问题，这是防水层施工中的薄弱环节，搭接不良处将会成为渗漏水的安全隐患。固定防水板时，在一次衬砌混凝层面上还存在大量的尖状锚杆头、钢管和凸起混凝土尖块没有及时处理，容易刺破防水板产生漏洞。同时防水板在施工时容易被人为破坏，例如在隧道二次衬砌钢筋网焊接时，飞溅的焊渣烧穿防水板。以上的种种原因容易导致第二道防线失效。
1.3.3、结构自防水是指采用密实性好、抗渗等级高的防水混凝土，作为结构的承载体系，结构本身即能承重，又能防水。二次模筑自防水混凝土是隧道防排水设计中重要的一部分，由于施工单位对原材料质量的把控不严、施工工序不合理、浇筑过程中振捣不密实、模板接缝不严等原因，容易造成衬砌内部形成蜂窝、空洞，时间长久后成为渗漏水的隐患。
二次衬砌中的施工缝、变形缝、沉降缝是隧道防水的关键。在先浇混凝土表面处未做处理的地方做施工缝，容易导致新旧混凝土结合处不密实，产生渗漏。施工缝施做时，如果混凝土振捣不密实容易导致中埋式止水带与混凝土脱落，产生渗漏。隧道混凝土结构在温度应力和沉降作用下产生很大的次应力，为了消除这种次应力的不良影响，需要在二次模筑混凝土浇筑时设置变形缝。大量的工程实践证明，变形缝设计时虽然采用了多道设防，但是施工单位的不正确做法导致变形缝的防水措施失效，产生严重的渗漏现象。不正确做法主要体现在:中埋式止水带安放的位置不对，根本起不到防水的效果;变形处的防水层没有施做加强层而成为薄弱环节;止水带接头处理不合适，在变形缝处与混凝土结合严密，产生渗漏。
2、公路隧道渗漏水治理对策研究
2.1隧道基底要处理得当
在隧道的防水系统中，隧道底板是防水最薄弱的环节，在以往隧道设计中，底板一般不采取任何防排水措施，仅靠仰拱或铺底硅进行防水然而，在施工中经常会出现漏洞，主要是基底处理不干净，有残留的泥水，浇筑时，硅和地层不能紧密结合，如果中间存在泥沙夹层，必然影响硅的质量，给防水造成了极大的隐患在隧道运营后，列车动载及冲击荷载等因素，都能造成隧道底板破裂，直接危及行车安全，因此，在施工中，隧道基底一定要处理得当。
2.2加强开挖过程监测
抓好开挖过程控制，确保开挖轮廓圆顺，为控制隧道渗漏水奠定了基础隧道开挖轮廓圆顺有利于防水板与围岩无破损、搭接严密地密贴。为了抓好隧道的光面爆破，一方面他们根据围岩类别不同，以及同一断面不同部位围岩状况不同，及时调整爆破参数，另一方面，他们加强了开挖的过程控制，侮茬炮都要进行严格的2次验孔，即:打好眼儿后，由技术人员对炮眼的数量、排距、间距、角度等爆破参数进行检查，装好药后，再对装药量、连线情况进行检查，确保严格按技术交底进行开挖，从而将隧道超挖严格控制在设计范围内。
2.3细部结构的渗漏水治理
在变形缝、施工缝、后浇带、穿墙管、预留通道接头等细部渗漏是构成既有隧道渗漏水的主要原因。目前国内既有隧道的渗漏水有7o%以上表现在衬砌结构的“三缝”上，伸缩缝、沉降缝、施工缝。这是因为在“三缝”上所安装的止水条、膨胀橡胶止水条、水密封材料等构造措施，由于安装、固定质量不高、焊接接头不严、并且止水带与围岩不密贴导致这些防水构造措施不能很好发挥作用。
当运营隧道在施工缝、变形缝上发生渗漏水时，常采用在渗漏部位注射化学浆液进行填实。但在实际中，常见的化学注浆治理在短期内可以见效，但时间久了，又渗漏依旧，究其原因，关键在于结构仍在温度、沉降等因素的变化下产生相对运动，而凝固后的浆体不能适应结构变形，所以堵水也不能长久。因此，施工缝、变形缝的防水除了使用传统方法对地下水进行封堵，还可以考虑结合排水构造措施的方法将渗入施工缝、变形缝处的地下水及时有效地排出。
具体做法是，在渗漏的施工缝、变形缝进行开槽引排，通过埋深排水导管将渗入水引入路侧边沟，对开槽部分进行防水混凝土回填并设置变形假缝满足主体结构的变形要求。
同时，对渗漏较为严重的地方还可考虑在施工缝、变形缝处拆除凿除部分衬砌，重新根据工程的防水等级要求确定止水带类型，在衬砌内部重新安装中埋式止水条和可排泄型复合橡胶止水带，并且严格按照施工工艺进行安装。
2.4排水设施损坏的治理
在隧道建设时，隧道结构排水设施主要有两种形式:在衬砌外面设置排水设施及在衬砌内面设置排水设施。在衬砌外面设置排水设施，常用的做法有:①岩石暗槽。适用于围岩坚实稳定、水流清澈、不合泥沙的地段，一般沿主要含水裂隙的走向开凿盲沟。按设置方向与隧道轴线的关系分为竖向盲沟、纵向盲沟和环向盲沟。②围岩排水钻孔。在衬砌背后的岩体内布置一排或多排钻孔，使之形成一个或多个集渗幕，用以疏干围岩。③纵向排水沟。一般设在隧道两侧或地下水来源侧，也可设在隧道中心。④横向排水沟。当隧道纵向排水沟只设在一侧或位于中心时，需用横向排水沟作导引排水，即将盲沟汇集的水引入纵向排水沟排出。
在衬砌内面设置排水设施主要形式有:①引水管。主要用于衬砌湿痕或背后积水较高位置的引水，一般采用铁管、胶管、硬塑管和竹管，将其固定在拱墙内表面。②泄水孔。主要作用是排出衬砌背后积水，将水引入洞内排水沟。泄水孔位一般不高于水沟盖板或人行道，否则应作引水管或引水暗管。③引水暗槽。衬砌凿出小槽，表面用砂浆封闭，将多个泄水孔的水引入一个槽中排入水沟内。
上述两种排水设施发生损坏时，衬砌外的排水设施修复的难度大。衬砌的排水设施可以进行较好的维护与修复，但缺点是不易对消地下水露头位置，疏于围岩范围小，在冬季发生冰冻段不能采用。
2.5保证施工场地的整洁
在进行防水板的粘接或焊接过程中，其主要目的是为了将防水卷材由一幅一幅的连接为一个整体，这样才能更好的保证防水层的整体防水效果。而防水板的粘接或焊接尽量要采用洞外施工，这就需要一个合适的施工场地，洞外需要硬化一块平整的场地，硬化场地长和宽均大于二次衬砌侮循环的长度及二次衬砌的环向长度。
同时，一定要保证场地硬化表面的大面平整和小面光洁，并在粘接和焊接时保证场地清洁，这样有利于提高粘接或焊接的质量，防比隧道渗漏水。
3、结束语
本文分析了公路隧道渗漏水的原因，主要是目前规范和设计方法、防排水设计以及隧道施工操作不规范等问题。并总结了隧道治理重点主要集中在：隧道基地要处理得当、加强开挖过程监测、治理细部结构渗漏水、治理排水设施、保证施工场地的整洁。
参考文献
[1]洪开荣.我国隧道及地下工程发展现状与展望.隧道建设.2015.
[2]李藏哲.张国珍.公路隧道防水技术的应用现状与发展.中国建筑防水,2015,12:21-25.
[3]付威.公路隧道渗漏水机理分析及治理对策研究.成都：西南交通大学,2013.
论文作者:王路
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：隧道论文; 渗漏水论文; 病害论文; 地下水论文; 混凝土论文; 裂隙论文; 围岩论文; 《基层建设》2018年第29期论文;