公路山岭隧道渗漏水防治技术研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言我国幅员辽阔，山地较多且地形复杂。随着交通建设的蓬勃发展，公路山岭隧道的占比与日俱增。受山地环境的影响，山岭隧道防渗漏技术难度大，常出现渗漏水的现象。这些问题为隧道的修建和使用造成了诸多困难和隐患，严重影响了隧道结构安全1。本文结合水文地质、施工设计及运营管理等不同因素，分析诱发山岭隧道渗漏水的原因，并提出了相应的防治方法。在设计层面设计了防渗漏渠道和排水管优化的方法；在运营管理层面提出了裂缝修复设计和裂缝加固处理措施，通过两个层面结合达到隧道防治漏水的目的。希望本文研究可为山岭隧道建设与运营提供一定的参考。1 工程概况某公路山岭隧道设计为拱形隧道，隧道左幅长760m，右幅长793 m，最大深埋约为108 m。隧道设计的进口标高为117 m，出口标高为124 m。隧道将竖井式作为进口设计形式，台阶式作为出口设计形式，整体采用机械通风的设计。自该山岭隧道通车以来，出现了不同程度的开裂、渗水漏水等现象，日积月累，形成了墙角渗水、路面渗水、拱顶渗水等安全隐患，对隧道行车的安全性造成了严重的影响。2 公路山岭隧道渗漏水的危害和诱因公路山岭隧道设计结构严密，任何轻微的损坏均可能产生裂变，对未来使用产生巨大的影响。隧道长期的运营过程中会逐渐出现腐蚀、冻害、渗漏水等不同类型的病害2。其中渗漏水最为常见，隧道渗漏水主要存在于隧道拱顶、路面、墙角、缝隙等位置，会破坏隧道内部整体框架结构，危害隧道的安全性、稳定性以及耐久性，严重时会出现隧道塌方，造成重大事故和财产损失。2.1 水文地质环境我国属于地质类型丰富的国家，在不同地区进行隧道施工难免会受到断层破碎、土壤沙化等特殊地质的影响。在此类地质地段中，周围岩石变形位移与侧压力作用会形成隧道裂缝，裂缝与某些体积较大的岩体均具有很强的渗透性3。国内山岭隧道大多设立在山体中央位置，随着隧道工程的修建，挖掘过程中会不可避免地造成山体结构松动变形，隧道顶部的土层会出现裂缝，导致山体不再稳固，在雷雨等天气的影响下，雨水会冲刷山体土壤并存留，土壤内的地下水会通过裂缝渗漏流入隧道的岩石处，伴随工程进度逐渐沉积，将触及的岩石软化或泥化，降低其承重力，进而导致隧道的岩土结构被破坏，引发渗漏水现象。2.2 地基沉降施工过程中遇到降雨天气时，即使进行必要的排水工程，新建的隧道基础也会存在浸水现象，在排水过程中土壤含水层的固体物质大量流失，地基周围的土体会变松软，在国内黄土土质的地区山体居多，由此土体强度会明显下降，土体承载力降低，隧道整体的地基将出现不均匀沉降的情况4。地下水中含有腐蚀性的元素，对混凝土和钢筋等材料都具有很强的腐蚀性，若隧道修建时墩柱埋入土层深度较浅，经地下水侵蚀后会出现中性化，混凝土会出现多孔、破碎的现象，随时间推移掩埋墩柱会出现一定程度的位移。处于多雨季节时，伴随山体滑坡等现象会加剧地基基础位移，隧道的混凝土结构更容易出现裂痕导致渗漏水。收稿日期：2023-03-08作者简介：田伟（1979），男，湖北天门人，一级建造师，造价师，高级工程师，从事土木工程研究工作。公路山岭隧道渗漏水防治技术研究田伟1，孙赞2，李旭2（1.中国人民解放军95338部队，广东 广州 510422；2.空军后勤部工程管理代建办公室，广东 广州 510000）摘要：为加强公路山岭隧道渗漏水的防治，结合水文地质、施工设计及运营管理等不同因素，对诱发山岭隧道渗漏水的原因进行研究并提出了应对方法。在设计层面提出了防渗漏渠道和排水管优化设计方法；在运营管理层面提出了裂缝修复设计和裂缝加固处理方法，达到提升隧道防治漏水的效果，为山岭隧道建设的运营提供参考。关键词：隧道渗漏水；隧道防水；裂缝修复中图分类号：U445.7文献标识码：A133总658期2023年第28期（10月 上）2.3 施工因素隧道建设的施工方案及使用材料存在问题同样会诱发隧道渗漏水。在我国基础设施建设不断发展的大环境下，对施工建筑材料的需求也在不断增加，建设隧道的过程中，防水材料的品质影响着隧道防渗漏水的性能。但因部分防水材料的生产商缺乏专业技术人员和生产技术，市面的防水材料鱼龙混杂，某些质量不合格的防水材料被用于隧道建设，导致施工质量难以达到最初设计需求，最终导致隧道在使用过程中渗漏水现象频发5。同时，根据工程实际情况选择合理可行的施工方法，做到施工全过程合理化和科学化，保障各环节的有效衔接，是施工顺利进行的前提。3 公路山岭隧道渗漏水防治技术3.1 防渗漏渠道设计气候是防渗设计需要考虑的最根本因素，地基土壤的渗透性、冻胀性和抗压性是防渗渠道设计中需要具备的主要性能，材料的选择应因地制宜6。修建渠道的明渠可选择矩形、复合型、弧形等形式，暗渠在渠道断面上，可选择U形、门洞形、圆形等形式。水土平衡以及可持续利用是设计的出发点，做出的防渗渠道经济合理、经久耐用。施工过程中，渠道渗透损失量q可通过式1得出：q=K X L/86.4（1）式（1）中：K 为水渗流量；X 为平均湿周；L 为渠道长度。防渗渠道的断面尺寸根据可施工环境，通过式（2）计算得出：B=S 1q R23（2）式（2）中：B为水流流量；S为断面面积；R为断面半径；q为断面粗糙率。断面设计在形式选择上可优先考虑矩形或梯形，此类设计具有经济性较高的特点。当地下水位偏高时，对渠道的防冻性要求相应增加，此时可选择宽浅断面的设计，确定以上环节后，需校验水流的平均流速，保证渠道满足排水的功能需求。渠道设计的主要功能理念为防堵、限排，在安全稳定、经济环保的基础上允许一定量的水通过渠道排出。此设计可减少全封堵时由于排水压力过大而导致的地下水枯竭、水土流失、植被破坏等环境问题。3.2 排水管优化设计隧道的渗漏水危害大多来自降雨，若隧道配备设计合理的排水管，即使遇见长时间降雨，渗漏水的现象也会大幅缓解7。为保证排水效果持久，排水管需具备控泥、沉沙的特点。排水控泥可以通过设置排水孔实现，在隧道结构缝隙处安置排水管道，管道内部放滤水纤维，通过控制其松紧程度控制泥沙渗入，避免堆积在管道造成堵塞影响排水。常见隧道设计使用的暗埋排水管容易出现堵塞现象8，可将暗埋排水管改成明沟，与隧道路面的排水沟合并，在顶部安放轻便的盖板，对此进行优化设计，方便养护人员后续定期清理养护。参照以往的水管设计，常控制坡度在 0.5%4%，但这种设计常会引发两个问题，一是会因施工误差导致排水管下凹，堆积管道内的泥沙；二是坡度设计过小，水流速度较慢，寒冷天气时易结冰。针对此现象，可提升排水管坡度，局部可优化坡度到 3.1%4.8%，以此提升水流速度，减少管道内泥沙的堆积量，保持排水通畅。设计采用的水管可选择100直径的规格，根据隧道内坡度0.5%4%进行测算，单根排水管过水能力为1013 m3/h，参照点滴状出水标准，10 m范围内出水量为1.8 m3/h，符合设计水管允许的排水量要求，经排水管的优化设计后，可增强隧道的排水能力。3.3 裂缝修复设计投入使用的隧道表面会出现大小不一的裂缝，这些裂缝会为周围地基土体水流提供内部通路，造成钢筋混凝土结构内部钢筋锈蚀。钢筋大面积锈蚀会挤压周边混凝土结构，导致隧道混凝土剥落。严寒地区隧道渗水会引起混凝土发生冻融破坏，造成混凝土耐久性下降，减少隧道使用寿命。对裂缝进行有效修复可大幅减少隧道内出现渗漏水的概率，而不同尺寸的裂缝需要不同的修复技术9。当隧道内的裂缝宽度小于0.3 mm时，可直接在外表面进行修复。修复裂缝之前可先利用钢丝球或剃刀等工具去除裂缝边缘的凸起，然后使用喷水壶对裂缝进行清洗和润湿，将厚环氧树脂水泥涂抹在裂缝表面，涂抹厚度下限为24 mm，最后涂抹沥青将裂缝口覆盖闭合，自然风干。若裂缝的宽度在0.3 mm以上，可使用压力灌浆的方法修复。该方法主要使用环氧树脂等黏度较低的材料，这种材料对钢筋混凝土的修复效果更加明显，通过压力将修复材料灌进裂缝底部，根据裂缝深度选择低压灌注或高压灌注，避免压力过高破坏裂缝周围混凝土结构而扩大裂缝，此方法作用于将材料填充至裂缝内部，以填补缝隙，提升混凝土强度。3.4 缝隙加固处理设计隧道工程在施工建设时可对构造连接处进行加固处理，多层保护易出现渗漏水的部位，如图1所示。该方法多用于宽度大于2 mm的连接缝隙，浅加固层铺设3005 mm的镀锌钢板止水带，将缝隙处完全覆盖，并在止水带表面预留注浆孔。利用注浆孔将浆液施压填充进止水带与隧道混凝土之间的空隙，达到密134交通世界TRANSPOWORLD封的目的。可使用水泥浆作为注浆液，或根据工程情况选择其他化学浆液。过程中若遇到预留注浆孔被封堵的情况，可先保证外包止水带的连续，并预留出通道接口后期做防水的条件。预留的注浆孔部位可使用具有膨胀性质的混凝土进行临时封闭，并预埋注浆管，随时跟踪注浆。浅加固层与深加固层接触面可铺设碳纤维布，其主要材料为具有耐腐蚀性的碳纤维与树脂。深加固层可浇筑添加结晶型防水材料的水泥，可显著降低水泥的渗透性。完成浇筑工序后，会出现水泥本身产生热量，导致混凝土温度升高的现象，此时，可在止水带上方事先安装冷凝管。当检测到混凝土温度升高时，通过冷凝管排出冷水，与混凝土结构结合，降低混凝土内部结构温度，降低温度裂缝生成的概率。针对出现轻微渗漏痕迹的部位，可采用表面封堵的方式进行处理，轻微渗漏部位表面水压较小，属于点渗漏状态。根据点渗漏位置，可优先在表面进行凿毛处理，下陷深度控制在1.5 cm左右，形成一个修补点位，之后在此位置开凿出一个半径约为3 cm、深2 cm的锥形孔，完成后使用钢丝将表面清理干净并用水冲刷，最后在孔内填充止水条。止水条具有遇水膨胀的特性，可对空洞做好无缝填充，填充完成使用防水混凝土将表面进行抹平处理。4 结论本文结合水文地质、施工设计及运营管理等不同因素，对诱发山岭隧道渗漏水的原因进行了研究并得出如下结论：1）通过防水渗漏渠设计，选择宽浅断面设计渠道，计算渠道渗透损失量和防渗渠道的断面尺寸，可减少全封堵时由于排水压力过大而导致的地下水枯竭、水土流失、植被破坏等环境问题，并增强隧道防渗漏能力；2）通过对排水管进行优化设计，控制排水管坡度，减少管道内泥沙的堆积量，可增强隧道的排水能力；3）通过缝隙加固处理设计，对易出现渗漏水的部位进行多层保护，可在阻断渗水、修复裂缝的同时减少对环境的污染。参考文献：1 王辰晨，张彦龙，林海山，等.中山顶隧道渗漏水原因与综合防治研究J.西部交通科技，2021（10）：103-105.2 张廷彪.公路隧道工程渗漏水防治设计优化研究J.工程技术研究，2021，6（17）：236-237.3 龚晓南，郭盼盼.隧道及地下工程渗漏水诱发原因与防治对策J.中国公路学报，2021，34（7）：1-30.4 崔名山，赵小荣.建筑物结构渗漏水成因及防治J.建筑施工，2021，43（2）：262-264.5 陈立保.山岭铁路隧道渗漏水防治思路及策略J.铁道建筑技术，2019（9）：114-117.6 池春生.全封闭防水设计在低水头山岭隧道中的应用分析J.市政技术，2022，40（9）：149-155.7 陈庆武.山岭隧道防排水质量控制要点探析J.四川建材，2021，47（12）：16-17.8 韩翼.铁路隧道防水施工技术的方法与应用J.四川水泥，2021（2）：208-209.9 曾志威.高速公路明挖隧道交工验收质量控制的探讨J.广东公路交通，2020，46（6）：36-38.图1 加固处理示意图135